生物反應工程

生物反應工程（第二版）

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作者：戚以政、夏傑、王炳武 編著

出版日期：2009年8月 書號：978-7-122-06025-9

開本：16 裝幀：平 版次：2版1次 頁數：312頁

本書編著體繫上，依次從分子水平、細胞水平、顆粒水平和反應器水平四個層次描述生物反應過程動力學；從操作模型、傳遞特性、混合特性和反應器的設計與放大四個方面論述生物反應器的有關內容，以突出生物反應器工程的特點。

本書可作為高等院校生物工程、生物技術專業師生的教材和參考書，也可供從事生物技術產品開發和生產的科技人員參考。

緒論1

01生物反應過程的主要特徵1

02生物反應工程學的任務2

03《生物反應工程》的重點內容3

第1章酶催化反應動力學6

11酶催化反應概論6

111酶的催化反應特性6

112酶的催化反應機制7

12簡單的酶催化反應動力學8

121MichaelisMenten方程的建立9

122MM方程的動力學特徵11

123MM方程參數的確定13

13有抑制的酶催化反應動力學17

131競爭性抑制動力學17

132非競爭性抑制動力學19

133反競爭性抑制動力學21

134混合型抑制動力學22

135底物抑制動力學22

136不可逆抑制動力學23

14複雜的酶催化反應動力學26

141可逆酶催化反應動力學26

142雙底物酶催化反應動力學27

143變構酶催化反應動力學28

15反應條件對酶催化反應速率的影響29

151pH的影響29

152溫度的影響30

153酶的失活動力學31

16酶的界面催化反應動力學32

161液固界面的酶催化反應動力學32

162液液界面的酶催化反應動力學33

重點內容提示34

習題34

第2章細胞反應動力學37

21細胞反應概論37

211細胞的基本特徵37

212物質的跨膜輸送38

213胞內代謝反應39

214胞內代謝調控40

22細胞反應計量學40

221元素衡算41

222得率係數42

223細胞反應熱46

23細胞反應動力學的非結構模型48

231動力學特性與模型分類48

232無抑制的細胞反應動力學49

233有抑制的細胞反應動力學56

234細胞不同生長階段的動力學特性58

235影響細胞反應速率的主要環境因素60

236細胞死亡動力學63

24底物消耗與產物生成動力學67

241底物消耗動力學67

242代謝產物生成動力學69

25細胞反應動力學的結構模型72

251分室模型72

252控制模型75

26描述細胞群體反應動力學的分離模型77

261描述細胞生理特性變化的分離模型77

262描述細胞形態變異的分離模型78

263描述重組細胞反應的分離模型79

重點內容提示81

習題82

第3章固定化生物催化劑反應過程動力學84

31固定化生物催化劑概論84

311生物催化劑的固定化84

312固定化生物催化劑的催化特性86

313影響固定化生物催化劑特性的因素87

32外擴散對反應速率的限制效應90

321外擴散限制時的表觀反應速率90

322外擴散有效因子91

323描述外擴散限制效應的普遍化方程95

33內擴散對反應速率的限制效應98

331液體在載體微孔內的擴散98

332顆粒內擴散反應的基本關係式99

333一級反應的內擴散限制101

334零級反應的內擴散限制105

335MM型反應的內擴散限制109

336表觀梯勒模數112

337描述內擴散限制效應的普遍化方程113

34內外擴散同時存在時的限制效應115

35生物膜和菌絲團的擴散反應模型117

351生物膜的擴散反應模型117

352菌絲團的擴散反應模型120

36擴散影響下的表觀動力學特性122

361表觀反應級數122

362表觀活化能124

363表觀穩定性125

重點內容提示127

習題128

第4章生物反應器的操作模型130

41操作模型概論130

411分類130

412基礎方程132

413操作參數133

42分批操作的攪拌槽式反應器(BSTR)135

421基本操作模型135

422酶催化反應的反應時間136

423細胞反應的反應時間138

424分批操作的最優反應時間141

425分批操作反應器的有效體積142

426反覆分批操作142

43連續操作的攪拌槽式反應器(CSTR)143

431基本操作模型143

432酶催化反應的單級CSTR144

433細胞反應的單級CSTR146

434帶細胞循環的單級CSTR159

435多級CSTR串聯165

44連續操作的管式反應器(CPFR)169

441基本操作模型169

442酶催化反應時的CPFR169

443CPFR與CSTR相串聯172

444帶細胞循環的CPFR173

45補料分批操作反應器(FBR)177

451補料分批操作概論177

452恆速流加180

453指數流加182

454反覆流加184

455反饋控制流加185

456補料分批操作過程的優化186

46反應分離耦合操作模型189

461反應與透析相耦合190

462反應與萃取相耦合192

47連續操作生物反應器的動態特性193

471環境階躍變化時CSTR的動態響應194

472CSTR的穩定性分析196

473混合種群培養時CSTR的動態特性199

重點內容提示201

習題202

第5章生物反應器的傳遞特性206

51反應流體的流變與剪切特性206

511流體的流變特性模型206

512影響反應液流變特性的因素209

513流體的剪切作用210

52生物反應器的傳質特性214

521細胞反應中氧的傳遞過程214

522氣液相間氧的傳遞模型215

523細胞反應過程耗氧與供氧的動態關係217

524影響氧傳遞速率的因素220

525KLa的經驗關聯223

526KLa的實驗測定224

53生物反應器的傳熱特性226

531細胞反應的產熱速率226

532細胞反應器的熱量平衡227

533傳熱係數的求取228

534滅菌過程的傳熱230

重點內容提示233

習題233

第6章生物反應器的混合特性235

61混合過程概論235

62宏觀混合特徵的描述236

621停留時間分佈的定義237

622停留時間分佈的實驗測定238

623停留時間分佈的統計特徵值240

63理想流動反應器的宏觀混合模型243

631平推流流型243

632全混流流型243

64非理想流動反應器的宏觀混合模型245

641多釜串聯模型246

642軸向分散模型248

643組合模型251

65非理想流動對生物反應過程的影響254

651對連續滅菌過程的影響254

652對連續攪拌槽式反應器中細胞反應的影響255

653對塔式反應器中細胞反應的影響256

66微觀混合的特性259

661微觀混合特性的描述259

662微觀混合對反應的影響261

重點內容提示264

習題264

第7章生物反應器的設計與放大266

71生物反應器概論266

711生物反應器的特點266

712生物反應器的分類266

713生物反應器的設計要求268

72機械攪拌槽式生物反應器268

721反應器的結構268

722攪拌器的類型270

723攪拌功率的計算271

73氣體攪拌塔式生物反應器275

731鼓泡塔反應器276

732氣升式反應器277

74固定床和流化床生物反應器280

741固定床反應器概述280

742填充床反應器281

743滴流床反應器284

744固態發酵反應器284

745流化床反應器287

75膜生物反應器289

751膜生物反應器概論289

752膜生物反應器的操作特性291

76動植物細胞培養生物反應器292

761動物細胞培養反應器292

762植物細胞培養反應器295

763微藻光照培養反應器296

77生物反應器的放大297

771放大原理與準則297

722經驗放大法299

773其他放大方法304

重點內容提示306

習題307

部分習題參考答案308

參考文獻311