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第1章 绪论 1

1．1 生物反应工程是生物技术产业化的桥梁 1

1．2 生物反应工程的主要研究内容 2

1．2．1 生物反应动力学 3

1．2．2 生物反应器及相关技术 4

1．2．3 生物反应过程的放大 4

1．3 生物反应工程的发展趋势 4

1．3．1 从微观角度揭示细胞内反应过程规律 4

1．3．2 在基础生物学研究中发挥重要作用 5

1．3．3 揭示重组微生物与动、植物细胞等新型催化剂的生物过程规律 5

第2章 酶反应动力学 8

2．1 酶的基本特征 9

2．1．1 酶的作用体现为可降低反应活化能 9

2．1．2 中间复合物学说 9

2．1．3 酶催化反应特性 10

2．1．4 酶活力 11

2．1．5 酶作用高效率的机制 12

2．2 均相酶反应动力学 12

2．2．1 简单的酶反应动力学 12

2．2．2 多底物酶反应动力学 22

2．2．3 有抑制剂的酶反应动力学 25

2．2．4 激活剂对酶促反应速度的影响 29

2．2．5 固定化酶反应动力学 29

2．3 固定化酶的性质 30

2．3．1 酶的固定化方法 30

2．3．2 固定化对酶性质的影响 33

2．3．3 影响固定化酶促反应的主要因素 35

2．3．4 酶固定化的效率评价 36

2．3．5 固定化酶促反应过程分析 37

2．4 酶的失活动力学 40

2．4．1 未反应时的热失活动力学 40

2．4．2 反应时酶的热失活动力学 42

2．4．3 失活动力学研究实例 44

2．5 非水相酶催化反应 45

2．5．1 非水相酶的特点 45

2．5．2 酶非水相催化的几种类型 45

2．5．3 有机介质对酶性质的影响 46

2．5．4 有机介质酶催化反应的优点 48

2．5．5 有机介质中酶催化反应的条件及其控制 49

2．5．6 非水介质中酶催化反应在有机合成中的应用 51

2．6 辅助因子工程 52

2．6．1 酶的辅助因子及其作用 53

2．6．2 辅助因子的再生策略 53

2．7 酶反应工程应用 60

第3章 微生物反应质能平衡与计量 68

3．1 物质平衡 68

3．1．1 黑箱模型 68

3．1．2 元素平衡方程 69

3．2 微生物反应的呼吸商和还原度 70

3．3 微生物反应的得率系数 73

3．3．1 微生物反应的菌体得率 73

3．3．2 微生物反应的代谢产物得率 76

3．4 微生物反应的质量衡算 77

3．4．1 碳源衡算 77

3．4．2 碳元素衡算 78

3．4．3 氧衡算 78

3．5 微生物反应的能量代谢与计量 79

3．5．1 生物能学与热力学基础 79

3．5．2 微生物反应热的计量 81

3．5．3 以总有效能量为基准的菌体得率 82

第4章 代谢网络及其分析、设计基础 86

4．1 代谢途径与代谢网络 87

4．1．1 代谢途径及调控原理 87

4．1．2 代谢网络的构建 88

4．2 代谢通量分析 89

4．2．1 代谢通量分析的基本理论 89

4．2．2 正定系统的代谢通量 90

4．2．3 超定系统的代谢通量 92

4．2．4 不定系统的代谢通量——线性规划 93

4．3 代谢控制分析 97

4．3．1 代谢控制分析的一些概念 97

4．3．2 代谢控制分析的基本理论 98

4．3．3 通量控制系数的确定 98

4．4 代谢网络结构分析 99

4．4．1 代谢网络的结构分析简介 99

4．4．2 单一分支点处通量分布的控制 100

4．4．3 反应分组 102

4．5 代谢途径优化 105

4．5．1 酶反应动力学 105

4．5．2 幂函数近似法 105

4．5．3 S系统方法 106

4．5．4 S系统的灵敏度分析 107

4．5．5 代谢途径的S系统优化方法 109

4．6 代谢工程的应用 110

4．6．1 代谢通量分析的应用 110

4．6．2 代谢控制分析在微生物代谢工程中的应用——酿酒酵母发酵葡萄糖生产乙醇的代谢优化 111

4．6．3 代谢分析在动、植物细胞代谢中的应用——哺乳动物细胞培养的代谢通量分析 119

第5章 微生物反应动力学 124

5．1 细胞反应过程动力学模型 124

5．2 微生物生长非结构模型 127

5．2．1 细胞生长过程的速率与比速率 127

5．2．2 微生物生长动力学 128

5．2．3 多底物培养动力学模型 137

5．2．4 产物合成动力学 139

5．2．5 底物消耗动力学 141

5．3 微生物生长结构模型简介 149

5．3．1 分室模型 149

5．3．2 控制模型 153

5．3．3 形态结构模型 155

5．3．4 遗传结构模型 156

5．4 固态发酵微生物反应动力学 157

5．4．1 固态发酵微生物的特点 157

5．4．2 固态发酵菌体生长模型 158

5．4．3 固态发酵基质消耗模型 161

5．5 微生物致死和过滤动力学 162

5．5．1 高温灭菌动力学 162

5．5．2 过滤除菌动力学 170

第6章 生物反应过程的传递 175

6．1 生物反应体系的流变学 175

6．1．1 生物反应体系的流变学性质 176

6．1．2 影响流变性质的因素 178

6．1．3 流体性质对生化过程的影响 180

6．2 生物反应体系中的流体流动模型 182

6．2．1 理想反应器的流动模型 182

6．2．2 非理想反应器的流动模型 185

6．3 生物反应器中的搅拌与混合 193

6．3．1 混合的基本理论 193

6．3．2 宏观流体与微观流体 195

6．3．3 生物反应器中混合时间的测定 197

6．3．4 体系均一性对生物反应的影响 198

6．4 剪切应力对生物反应的影响 199

6．4．1 剪切应力的概念 199

6．4．2 剪切作用对生物过程的影响 203

6．4．3 低剪切反应器的设计 210

6．5 气－液传质动力学与氧的传递 211

6．5．1 气－液传质 212

6．5．2 摄氧率 213

6．5．3 体积传质系数 214

6．5．4 有关传质系数的关联 216

6．5．5 界面面积的测定 217

6．6 热量传递 218

6．6．1 传热原理 218

6．6．2 稳态传热 219

6．6．3 生化反应过程的传热 229

第7章 生物反应器工程 234

7．1 生物反应器的概念、分类与设计基础 235

7．1．1 生物反应器的概念 235

7．1．2 生物反应器的分类 235

7．1．3 生物反应器的设计基础 238

7．2 机械搅拌式生物反应器 241

7．2．1 结构特点及操作 241

7．2．2 搅拌功率的计算 245

7．2．3 机械搅拌式生物反应器的应用 249

7．3 气升式生物反应器 249

7．3．1 气升式生物反应器的结构特点及操作 250

7．3．2 气升式生物反应器的应用 252

7．4 膜生物反应器 253

7．4．1 膜生物反应器的结构特点及操作 254

7．4．2 膜生物反应器的应用 256

7．5 管式生物反应器 260

7．5．1 管式生物反应器的结构特点及操作 260

7．5．2 管式生物反应器的应用 260

7．6 生物传感器及过程控制 261

7．6．1 生物反应过程的重要相关参数 261

7．6．2 典型生物传感器 263

7．6．3 生物反应过程控制 267

7．7 生物反应器的放大 274

7．7．1 放大对细胞代谢的影响 275

7．7．2 放大过程的重要步骤 278

7．7．3 放大原则与经验放大方法 278

第8章 发酵过程设计 286

8．1 生物过程设计基础与选择原则 286

8．2 分批反应过程 288

8．2．1 分批反应过程曲线 288

8．2．2 分批反应过程优化 294

8．3 连续反应过程 295

8．3．1 连续过程的动力学特点 295

8．3．2 连续反应过程的动力学响应（过程参数变化对平衡的影响） 296

8．3．3 细胞回流连续过程 309

8．3．4 连续反应过程的优化 314

8．3．5 连续反应过程的应用 319

8．4 流加反应过程 323

8．4．1 流加过程动力学 324

8．4．2 流加过程控制技术 331

8．5 废水生物处理工艺 333

8．5．1 SBR生物反应过程 333

8．5．2 UASB生物反应过程 334

第9章 重组微生物反应工程 339

9．1 重组微生物的构建——基因工程与代谢工程 341

9．2 重组微生物的反应动力学基础 342

9．2．1 重组微生物的发酵特点 342

9．2．2 重组微生物的质粒稳定性问题 343

9．2．3 影响质粒载体稳定性的因素 344

9．2．4 质粒丢失动力学 346

9．2．5 解决质粒不稳定性问题的策略 354

9．3 重组蛋白的高表达 356

9．3．1 异源蛋白在重组微生物中高表达的基本策略 356

9．3．2 异源蛋白在酵母中的重组表达 359

9．4 利用重组微生物生产细胞代谢产物 360

9．4．1 重组微生物生产细胞代谢产物的形式 360

9．4．2 利用重组大肠杆菌生产可生物降解材料 360

9．4．3 利用重组微生物生产透明质酸 365

9．4．4 利用重组大肠杆菌生产胰岛素 366

9．4．5 利用重组酿酒酵母生产生物乙醇 368

9．5 抗逆性重组微生物的构建与应用 370

9．5．1 重组酶和重组细胞的抗逆性 370

9．5．2 重组酶的抗逆性改造研究 371

9．5．3 重组细胞的抗逆性改造研究 372

9．6 重组微生物培养过程中的关键问题 373

9．7 重组微生物的综合评价 375

第10章 动、植物细胞反应工程 378

10．1 动、植物细胞工程概论 379

10．1．1 动、植物细胞概述 379

10．1．2 动、植物细胞工程的地位及主要技术组成 381

10．1．3 动、植物细胞工程的应用 381

10．2 动物细胞反应原理 382

10．2．1 细胞分类和细胞系 382

10．2．2 细胞的坏死与凋亡 386

10．2．3 动物细胞生长动力学 387

10．2．4 动物细胞培养工艺 388

10．2．5 哺乳动物外源蛋白质表达宿主细胞改造 390

10．3 动物细胞反应过程关键技术 393

10．3．1 培养基 393

10．3．2 细胞培养的基本条件和常规操作 397

10．3．3 细胞培养生物反应器 400

10．4 动物细胞培养技术的应用 403

10．4．1 细胞生物学基础研究 403

10．4．2 细胞作为毒性实验及安全性实验的工具 403

10．4．3 细胞培养在病毒学及病毒疫苗生产中的应用 404

10．4．4 细胞工程学研究手段的建立及应用 404

10．4．5 遗传疾病的产前检查 405

10．4．6 细胞培养药物测试 405

10．5 植物细胞反应原理 406

10．5．1 培养体系的流变学特性 406

10．5．2 植物细胞培养体系的混合 410

10．5．3 剪切应力对悬浮培养细胞的影响 411

10．5．4 植物细胞培养动力学 413

10．6 植物细胞反应过程关键技术 417

10．6．1 细胞固定化 417

10．6．2 植物细胞培养反应器 418

10．6．3 植物细胞培养规模的放大 419

10．7 植物细胞培养技术的应用 420

10．7．1 食品添加剂相关产品 420

10．7．2 利用植物细胞培养进行植物无性系快速繁殖 421

10．7．3 在药物生产方面的应用 421

10．7．4 利用植物细胞生物转化 422

10．7．5 其他 423

10．7．6 植物细胞培养技术应用前景 423