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目录1

第1章绪论1

1.1 生化反应过程概述1

1.1.1 生化反应过程的任务1

1.1.2生化反应过程的特点2

1.1.3生化反应过程的分类3

1.2生化工程与生化反应工程4

1.2.1 生化工程的研究对象4

1.2.2生化反应工程的内容5

1.2.3生化反应工程的研究方法8

第2章均相酶催化反应动力学10

2.1 酶催化反应的基本特征11

2.1.1酶的催化共性11

2.1.2酶的催化特性11

2.2简单的酶催化反应动力学13

2.2.1 Michaelis-Menten方程15

2.2.2 Briggs-Haldane方程16

2.2.3动力学特征与参数求取20

2.3.1竞争性抑制动力学27

2.3有抑制的酶催化反应动力学27

2.3.2非竞争性抑制动力学30

2.3.3反竞争性抑制动力学32

2.3.4线性混合型抑制动力学33

2.3.5底物的抑制动力学35

2.3.6产物的抑制动力学36

2.3.7各种抑制的比较37

2.4复杂的酶催化反应动力学41

2.4.1 多底物酶反应动力学41

2.4.2 变构酶催化反应动力学43

2.5.1 pH值的影响45

2.5影响酶催化反应速率的因素45

2.5.2温度的影响47

2.6酶的失活动力学48

2.6.1 未反应时酶的热失活动力学49

2.6.2反应时酶的热失活动力学51

习题52

第3章 固定化酶催化反应过程动力学56

3.1 固定化酶催化的动力学特征58

3.1.1 酶的固定化对其动力学特性的影响59

3.1.2影响固定化酶动力学的因素60

3.2外扩散限制效应64

3.2.1 外扩散速率对酶催化反应速率的限制65

3.2.2外扩散限制与化学抑制同时存在的动力学72

3.3 内扩散限制效应76

3.3.1载体的结构参数与微孔内的扩散77

3.3.2微孔内反应组分的浓度分布80

3.3.3 内扩散有效因子87

3.4 内外扩散同时存在时的限制效应100

3.4.1 内外扩散同时存在时的有效因子100

3.4.2化学抑制和分配效应对有效因子的影响103

3.5.1 扩散对反应速率与浓度关系的影响105

3.5 扩散影响下的表观动力学参数与稳定性105

3.5.2扩散对反应速率与温度关系的影响108

3.5.3扩散对固定化酶失活速率的影响109

习题114

第4章细胞反应过程动力学117

4.1细胞反应过程计量学118

4.1.1 细胞反应的元素衡算方程118

4.1.2细胞反应过程的得率系数121

4.2 细胞生长的非结构动力学127

4.2.1 细胞生长动力学的描述方法127

4.2.2分批培养时细胞生长动力学130

4.2.3无抑制的细胞生长动力学133

4.2.4有抑制的细胞生长动力学137

4.2.5 温度和pH值对细胞生长速率的影响140

4.3 基质消耗与产物生成动力学142

4.3.1 基质消耗动力学142

4.3.2代谢产物生成动力学145

4.3.3细胞反应中的产热速率148

4.4细胞死亡动力学149

4.5.1实验反应器153

4.5 细胞反应动力学参数的估算153

4.5.2动力学参数的估算156

4.6 固定化细胞反应动力学167

4.6.1 生物膜内的扩散限制168

4.6.2絮凝物内的扩散限制170

4.7细胞生长和代谢的结构模型172

4.7.1 室模型172

4.7.2代谢模型175

4.7.3产物生成模型177

习题179

5.1.1 生化反应器的分类185

第5章 生化反应器的设计与分析185

5.1 生化反应器设计概论185

5.1.2生化反应器的基本设计方程190

5.2间歇操作搅拌槽式反应器（BSTR）192

5.2.1反应时间的计算192

5.2.2反应器有效体积的确定198

5.2.3间歇反应过程的优化199

5.3连续操作的搅拌槽式反应器（CSTR）202

5.3.1 CSTR的基本设计式202

5.3.2酶催化反应时的单级CSTR203

5.3.3细胞反应时的单级CSTR205

5.3.4 带有细胞循环的单级CSTR217

5.3.5 多级CSTR串联221

5.4 连续操作的管式反应器（CPFR）226

5.4.1 CPFR的基本设计式226

5.4.2 酶催化反应时的CPFR228

5.4.3 带有循环的CPFR230

5.4.4 CPFR与CSTR的性能比较234

5.5 半间歇半连续操作的生化反应器242

5.5.1流加操作反应器242

5.5.2生化反应－分离耦合过程248

5.6动植物细胞培养反应器255

5.6.1笼式通气搅拌反应器257

5.6.2贴壁培养反应器258

5.6.3微载体悬浮培养反应器258

5.6.4植物细胞培养反应器262

5.7生化反应器的动态特性263

5.7.1稳定性分析的基础264

5.7.2具有基质限制动力学时CSTR的稳定性267

5.7.3具有基质抑制动力学时CSTR的稳定性270

5.7.4微小扰动时CSTR的瞬时动态特性274

习题279

第6章生化反应器的传递过程290

6.1发酵介质的流变特性290

6.1.1 流变模型290

6.1.2影响发酵介质流变特性的因素292

6.2氧的传质反应模型294

6.2.1气液相间氧的传质与反应296

6.2.2液固相间氧的传质300

6.2.3细胞团内氧的传质与反应301

6.2.4影响氧传质速率的因素302

6.3.1反应器的结构307

6.3机械搅拌槽式反应器的传递特性307

6.3.2搅拌功率的计算312

6.3.3流体的混合与分散316

6.3.4传质系数kLα的计算319

6.4气体搅拌塔式反应器的传递特性321

6.4.1 反应器的结构322

6.4.2反应器的操作状态323

6.4.3气泡直径的确定326

6.4.4气含率与传质系数328

6.5.1 生化反应器的传热过程332

6.5生化反应过程的传热特性332

6.5.2灭菌过程中的传热337

习题342

第7章生化反应器的流动模型与放大345

7.1 停留时间分布345

7.1.1 停留时间分布的定量描述346

7.1.2停留时间分布的实验测定349

7.1.3停留时间分布函数的统计特征值355

7.2生化反应器的理想流动模型359

7.2.1活塞流模型359

7.2.2全混流模型361

7.3 生化反应器的非理想流动模型364

7.3.1槽列模型366

7.3.2一维扩散模型370

7.3.3组合模型378

7.4非理想流动对细胞反应过程的影响380

7.4.1 对连续灭菌过程的影响380

7.4.2对鼓泡塔反应器内细胞生长的影响383

7.4.3对气升式反应器内细胞生长的影响388

7.5流体的混合特性390

7.5.1微观混合特性391

7.5.2宏观混合特性393

7.6生化反应器的放大397

7.6.1经验放大法397

7.6.2因次分析法402

7.6.3时间常数法404

7.6.4数学模拟法406

习题408

主要符号一览表411

主要参考文献415