本書將內(nèi)容分為生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和生物反應(yīng)器兩部分。前者包括均相酶、固定化酶和細(xì)胞反應(yīng)動(dòng)力學(xué)；后者包括生物反應(yīng)器的操作方式和操作模型、物理過(guò)程特性、基本配置與設(shè)計(jì)、放大研究原理和計(jì)算方法。由于這些內(nèi)容涉及生物反應(yīng)工程的基本概念和原理，因此作了較全面的敘述。生物反應(yīng)工程以數(shù)學(xué)模型法為其研究方法，強(qiáng)調(diào)以簡(jiǎn)化的方法對(duì)研究對(duì)象作定量分析，為此，本書以此為核心準(zhǔn)則作透徹的分析和討論，注重以工程觀點(diǎn)揭示生物反應(yīng)過(guò)程的本質(zhì)和規(guī)律。在動(dòng)力學(xué)部分主要討論基本動(dòng)力學(xué)概念和規(guī)律，在反應(yīng)器部分著重以物理過(guò)程機(jī)制分析為基礎(chǔ)介紹反應(yīng)器設(shè)計(jì)與放大方法。考慮到生物反應(yīng)工程研究還涉及過(guò)程工藝和實(shí)驗(yàn)技術(shù)，為方便教學(xué)，并且出于將本書也可用作發(fā)酵工程、細(xì)胞培養(yǎng)工程和酶催化反應(yīng)工程等課程的教學(xué)參考書的目的，因此還重點(diǎn)介紹了非水相酶催化、動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)和微型生物反應(yīng)器等相對(duì)較新的過(guò)程技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)。
本書每章附有重點(diǎn)內(nèi)容提示，配有典型的例題和習(xí)題，并提供習(xí)題參考答案，以幫助讀者對(duì)有關(guān)知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握。
夏杰，華東理工大學(xué)生物工程學(xué)院，教授，1999年至今，華東理工大學(xué)生物工程學(xué)院生物工程系，本科《生物反應(yīng)工程原理》授課，學(xué)時(shí)數(shù)48。
2007年至今，華東理工大學(xué)生物工程學(xué)院，工程碩士《生物反應(yīng)器工程》授課，學(xué)時(shí)數(shù)40。
2010年至2013年，第二軍醫(yī)大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)部生物技術(shù)專業(yè)，本科《生物反應(yīng)器與發(fā)酵工程》授課，學(xué)時(shí)數(shù)65。
1緒論/1
1.1生物反應(yīng)工程概論1
1.1.1生物反應(yīng)工程的對(duì)象與優(yōu)化目標(biāo)1
1.1.2生物反應(yīng)工程研究?jī)?nèi)容3
1.1.3生物反應(yīng)工程研究方法4
1.2生物反應(yīng)器簡(jiǎn)介5
1.2.1反應(yīng)器類型5
1.2.2操作方式6
1.2.3理想生物反應(yīng)器模型7
重點(diǎn)內(nèi)容提示10
習(xí)題11
2酶反應(yīng)動(dòng)力學(xué)/12
2.1酶催化反應(yīng)特性12
2.2Michaelis-Menten動(dòng)力學(xué)13
2.2.1反應(yīng)機(jī)理與反應(yīng)速率13
2.2.2米氏方程的基本特性15
2.2.3米氏方程參數(shù)的測(cè)定17
2.2.4雙底物酶反應(yīng)的簡(jiǎn)化分析18
2.2.5可逆酶反應(yīng)動(dòng)力學(xué)19
2.3受抑制的酶反應(yīng)動(dòng)力學(xué)20
2.3.1競(jìng)爭(zhēng)性抑制20
2.3.2非競(jìng)爭(zhēng)性抑制22
2.3.3反競(jìng)爭(zhēng)性抑制24
2.3.4混合型抑制26
2.3.5不可逆抑制27
2.4變構(gòu)酶反應(yīng)動(dòng)力學(xué)28
2.5反應(yīng)條件對(duì)酶反應(yīng)速率的影響29
2.5.1pH對(duì)酶反應(yīng)速率的影響29
2.5.2溫度對(duì)酶反應(yīng)速率的影響30
2.6線性多步酶反應(yīng)動(dòng)力學(xué)32
2.6.1代謝控制分析的基本概念32
2.6.2線性兩步酶反應(yīng)的分析34
重點(diǎn)內(nèi)容提示37
習(xí)題37
3固定化酶反應(yīng)過(guò)程動(dòng)力學(xué)/40
3.1固定化酶及其催化特性40
3.1.1酶的固定化方法40
3.1.2固定化酶的催化特性與影響因素43
3.2外擴(kuò)散對(duì)反應(yīng)速率的限制45
3.2.1表觀反應(yīng)速率及其控制45
3.2.2外擴(kuò)散有效因子的求取46
3.2.3外擴(kuò)散對(duì)受抑制反應(yīng)的速率限制49
3.3內(nèi)擴(kuò)散對(duì)反應(yīng)速率的限制50
3.3.1顆粒內(nèi)的濃度分布50
3.3.2內(nèi)擴(kuò)散有效因子和表觀反應(yīng)速率54
3.3.3內(nèi)擴(kuò)散對(duì)受抑制反應(yīng)的速率限制59
3.3.4內(nèi)擴(kuò)散對(duì)顆粒內(nèi)pH梯度的影響61
3.4內(nèi)外擴(kuò)散同時(shí)存在時(shí)的反應(yīng)速率63
3.5固定化酶的表觀穩(wěn)定性64
3.6動(dòng)力學(xué)和傳質(zhì)參數(shù)的測(cè)定66
3.6.1本征動(dòng)力學(xué)參數(shù)的測(cè)定66
3.6.2傳遞系數(shù)和有效擴(kuò)散系數(shù)的測(cè)定68
重點(diǎn)內(nèi)容提示69
習(xí)題69
4細(xì)胞反應(yīng)動(dòng)力學(xué)/72
4.1概述72
4.1.1細(xì)胞反應(yīng)的基本特性72
4.1.2細(xì)胞反應(yīng)的速率表示73
4.1.3動(dòng)力學(xué)模型的分類74
4.2化學(xué)計(jì)量學(xué)74
4.2.1化學(xué)計(jì)量方程74
4.2.2得率系數(shù)76
4.2.3底物消耗的質(zhì)量衡算79
4.2.4黑箱計(jì)量模型的一般形式80
4.2.5細(xì)胞反應(yīng)熱82
4.3非結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)模型83
4.3.1基本生長(zhǎng)過(guò)程83
4.3.2Monod方程84
4.3.3其他非結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)模型87
4.3.4受抑制的生長(zhǎng)模型88
4.3.5環(huán)境因素對(duì)生長(zhǎng)的影響91
4.3.6細(xì)胞死亡動(dòng)力學(xué)95
4.4產(chǎn)物生成動(dòng)力學(xué)96
4.4.1產(chǎn)物生成的非結(jié)構(gòu)模型96
4.4.2產(chǎn)物生成過(guò)程的機(jī)制分析99
4.5結(jié)構(gòu)模型102
4.5.1動(dòng)力學(xué)模型的一般結(jié)構(gòu)102
4.5.2分室生長(zhǎng)模型104
4.5.3控制模型106
4.5.4形態(tài)結(jié)構(gòu)模型108
4.5.5重組細(xì)胞生長(zhǎng)模型110
4.6代謝反應(yīng)的通量分析模型112
4.6.1基本概念與方法112
4.6.2簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)的代謝通量分析114
4.6.3代謝網(wǎng)絡(luò)速率模型的一般矩陣形式115
重點(diǎn)內(nèi)容提示118
習(xí)題118
5生物反應(yīng)器的操作特性/121
5.1分批操作121
5.1.1分批操作的特點(diǎn)121
5.1.2分批操作的反應(yīng)時(shí)間121
5.1.3反應(yīng)器有效體積的計(jì)算126
5.2連續(xù)操作126
5.2.1連續(xù)操作的特點(diǎn)126
5.2.2連續(xù)操作的酶反應(yīng)127
5.2.3單級(jí)CSTR中的連續(xù)培養(yǎng)131
5.2.4基于單級(jí)CSTR的連續(xù)培養(yǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)135
5.3半分批操作142
5.3.1半分批操作概論142
5.3.2補(bǔ)料分批培養(yǎng)的操作模型145
5.4補(bǔ)料分批操作的最優(yōu)化152
5.4.1補(bǔ)料分批操作優(yōu)化概論152
5.4.2優(yōu)化問(wèn)題的表示與求解方法154
5.4.3細(xì)胞生物質(zhì)生成過(guò)程的優(yōu)化158
5.4.4產(chǎn)物生成過(guò)程的優(yōu)化161
5.5連續(xù)培養(yǎng)過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性163
5.5.1CSTR連續(xù)培養(yǎng)的穩(wěn)定性163
5.5.2CSTR連續(xù)培養(yǎng)的瞬態(tài)響應(yīng)動(dòng)力學(xué)165
5.6反應(yīng)-分離耦合過(guò)程167
5.6.1膜透析培養(yǎng)過(guò)程168
5.6.2萃取發(fā)酵過(guò)程170
重點(diǎn)內(nèi)容提示171
習(xí)題171
6生物反應(yīng)器的物理過(guò)程特性/174
6.1流體力學(xué)174
6.1.1反應(yīng)介質(zhì)的流變特性174
6.1.2反應(yīng)器中的流體剪切作用177
6.2氣液傳質(zhì)過(guò)程特性183
6.2.1氧傳遞的基本過(guò)程與速率方程183
6.2.2氧傳遞速率的影響因素186
6.2.3體積氧傳遞系數(shù)的計(jì)算189
6.2.4反應(yīng)器操作時(shí)的氧傳遞過(guò)程分析191
6.2.5體積氧傳遞系數(shù)的測(cè)定194
6.3傳熱過(guò)程基本原理195
6.3.1反應(yīng)過(guò)程的傳熱195
6.3.2滅菌過(guò)程的傳熱197
6.4反應(yīng)器的混合特性200
6.4.1混合的概念200
6.4.2宏觀混合模型201
6.4.3反應(yīng)器的混合性能分析205
6.5生物反應(yīng)器的放大210
6.5.1放大原理與方法210
6.5.2基于過(guò)程機(jī)制分析的放大研究213
重點(diǎn)內(nèi)容提示219
習(xí)題219
7生物反應(yīng)器的設(shè)計(jì)/221
7.1設(shè)計(jì)要求與內(nèi)容221
7.2通氣式機(jī)械攪拌反應(yīng)器222
7.2.1反應(yīng)器結(jié)構(gòu)與操作參數(shù)222
7.2.2攪拌功率計(jì)算226
7.2.3放大計(jì)算227
7.3氣流攪拌塔式反應(yīng)器229
7.3.1鼓泡塔反應(yīng)器230
7.3.2氣升式反應(yīng)器231
7.4固定床和流化床反應(yīng)器234
7.4.1填充床反應(yīng)器235
7.4.2滴流床反應(yīng)器236
7.4.3流化床反應(yīng)器237
7.5膜生物反應(yīng)器238
7.5.1膜生物反應(yīng)器概述238
7.5.2膜生物反應(yīng)器的設(shè)計(jì)240
7.6動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器241
7.6.1動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器概述241
7.6.2基于機(jī)械攪拌的反應(yīng)器設(shè)計(jì)242
7.6.3基于氣流攪拌的反應(yīng)器設(shè)計(jì)247
7.6.4中空纖維細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器247
7.6.5固定化動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器248
7.7植物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器250
7.7.1植物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器概述250
7.7.2反應(yīng)器類型251
重點(diǎn)內(nèi)容提示253
習(xí)題253
8生物反應(yīng)過(guò)程技術(shù)/255
8.1非水相酶催化反應(yīng)過(guò)程255
8.1.1非水介質(zhì)與酶的制備方法255
8.1.2影響非水相酶催化反應(yīng)的因素257
8.1.3酶的種類及其催化反應(yīng)過(guò)程261
8.2動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程265
8.2.1動(dòng)物細(xì)胞的種類與特點(diǎn)265
8.2.2培養(yǎng)過(guò)程的影響因素266
8.2.3基本代謝過(guò)程特性268
8.2.4培養(yǎng)過(guò)程的類型269
8.3高通量生物反應(yīng)器技術(shù)270
8.3.1高通量技術(shù)與微型生物反應(yīng)器270
8.3.2微型生物反應(yīng)器主要類型271
8.3.3微流控生物反應(yīng)器274
8.3.4微型生物反應(yīng)器在縮小-放大研究中的應(yīng)用278
重點(diǎn)內(nèi)容提示278
部分習(xí)題參考答案/279
參考文獻(xiàn)/282
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