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第1章 绪论 1

1.1生物反应过程的概念、内容和特点 1

生物反应过程的概念 1

生物反应过程的内容 2

生物反应过程的特点 2

1.2生物反应过程检测与调控 3

生物反应过程检测与调控的含义 3

过程检测与调控的目的和任务 3

1.3生物反应过程参数检测概述 4

物理参数 5

化学参数 5

生物参数 5

1.4细胞的代谢调节概述 8

代谢调节机制 8

初级代谢物的调节 9

次级代谢物的调节 9

1.5生物反应过程控制概述 10

过程控制的主要内容 10

控制系统概述 11

1.6计算机在生物反应过程控制中的应用 14

生物反应过程状态估计 14

生物反应过程直接数字控制 15

生物反应过程优化控制 15

第2章 物理参数的检测 18

2.1反应过程参数检测方式与传感器 18

检测方式及原理 18

检测用传感器种类及特征 20

2.2温度的测量 22

热电势式测温元件 22

热电阻式测温元件 26

温度的测量、显示和记录 28

2.3压力和液位的测量 31

压力测量原理 31

波登管式压力传感器 31

波纹管式压力传感器 33

膜式压力传感器 33

电阻应变片 35

压力测量 37

液位和泡沫液位的测量 37

2.4流量测量 39

流量测量概述 39

差压式流量计 40

转子流量计 42

电磁流量计 45

2.5发酵液黏度及搅拌参数的检测 46

发酵液黏度的检测 46

搅拌转速和搅拌功率的检测 47

第3章 化学参数的检测 48

3.1 pH值测量概述 48

pH值测量的目的 48

pH值测量所需电极 49

pH值测量系统 51

3.2 pH值测量方法 52

pH值测量的一般原则 52

生物工厂的pH值测量 53

信号处理和环境影响 54

pH值电极的标定 54

电极的维护 55

温度补偿 57

3.3 pH值测量的基础理论 58

电势测量原理 58

pH值测量系统电势 59

pH值的定义 62

活度与浓度的关系 63

缓冲液 64

pH值与温度的关系 65

信号处理 67

3.4 pH值测量应用示例 69

实验室中pH值测量 69

生物工厂pH值连续测量 70

3.5溶解氧的测量 71

极谱分析法基本原理 71

扩散电流理论 73

溶解氧电极 75

溶氧电极构造 76

溶氧电极技术特性 77

溶氧电极电流放大器 78

溶氧测量系统的校验 79

3.6溶解氧测量与维护 80

第4章 生物反应过程有关生物参数的估算 82

4.1生物反应过程数据采集和滤波 82

过程数据采集和处理 82

简单数字滤波法 83

4.2呼吸代谢的测量及有关算法 85

氧利用率OUR 86

二氧化碳释放率CER 87

呼吸商RQ 89

呼吸代谢参数与生物参数的关系 90

4.3依据发酵热和物料平衡进行估计的方法 91

发酵热的测量 91

发酵热与动力学参数的关系 92

基于化学元素平衡方法来估计生物参数 93

4.4青霉素发酵过程生物质浓度在线估计实例 95

估计算法推导 95

数据采集和计算方法 97

4.5细胞浓度测定 99

全细胞浓度的测定 99

活细胞浓度测定 100

4.6生物发酵溶液中营养成分与产物的分析 100

第5章 参数检测中的生物传感器及流程分析仪 102

5.1生物传感器的类型及其结构原理 102

酶电极 103

微生物电极 106

免疫电极 108

生物传感器的换能器件 110

5.2生物传感器在检测过程中的应用 113

在微生物发酵中的应用 113

动物细胞培养的检测 116

植物细胞培养的检测 116

5.3生产流程分析仪 117

红外气体分析仪 117

氧分析仪 121

反应过程新型检测技术 123

第6章 生物细胞的代谢调节 128

6.1生物细胞的代谢调节特点 128

6.2生物细胞代谢调控机制 128

酶活性的调节 129

酶合成的调节 135

6.3微生物次级代谢与调节 152

微生物次级代谢的特征 152

次级代谢产物的类型 154

次级代谢物生物合成原理 155

6.4微生物次级代谢作用的调控 157

微生物的次级代谢与其生命活动的关系 157

次级代谢产物生物合成的调节与控制 159

基因工程在提高生产性能上的应用 171

第7章 生物反应过程的控制 174

7.1过程控制的目的与意义 174

7.2微生物发酵过程的代谢变化规律 174

分批发酵 175

补料分批发酵 177

连续发酵 178

7.3温度对发酵的影响及其控制 179

影响发酵温度的因素 180

温度对微生物生长的影响 181

温度对发酵的影响 184

最适温度的选择 187

7.4溶解氧浓度对发酵的影响及其监控 187

微生物对氧利用的规律 188

溶氧作为发酵异常情况的指示 191

溶氧作为发酵中间控制的手段之一 193

氧供需与产物形成 194

发酵液中的溶氧控制 197

7.5 pH值对发酵过程的影响及控制 199

pH值对发酵过程的影响 199

最合适pH值的选择 200

pH值的控制 203

7.6二氧化碳和呼吸商 204

二氧化碳对发酵的影响 204

呼吸商与发酵的关系 208

7.7基质浓度对发酵的影响及补料控制 209

基质浓度对发酵的影响 209

补料控制 211

7.8泡沫控制 213

泡沫的产生及其影响 213

发酵过程中泡沫的消长规律 215

泡沫的控制 216

7.9发酵终点的判断 218

第8章 生物反应过程计算机控制 220

8.1过程工业与计算机控制 220

过程工业特点 220

数字计算机在过程控制中应用概述 222

8.2集散型控制系统及接口技术 224

集散型控制系统简介 224

DCS的特点 228

过程接口技术 229

工业发酵过程微机控制过程接口 232

8.3计算机控制中的PID控制算法 233

数字式PID控制算法 233

改进型的PID控制算法 234

DCS中的PID控制算法的实现 236

8.4间歇生产过程控制 238

程序控制概述 238

程序控制的描述方法 239

可编程序控制器及应用 242

8.5生物反应过程计算机辅助优化控制设计 246

动力学模型及求解 247

菌体最佳操作浓度的确定 250

最佳稀释率的确定 251

补料液中基质浓度的确定 252

8.6计算机在生物反应过程控制中应用 253

DCS在链霉素发酵车间控制中的应用 253

谷氨酸发酵过程计算机控制 259

柠檬酸发酵计算机控制 263

酱油生产过程计算机监控 265

参考文献 271