第一章 导论 1
1.1 原型和模型 1
1.2 计算机模拟 4
1.3 细胞反应过程模型 4
1.4 模型与模拟的作用 5
第二章 数学模型的建立方法 8
2.1 建立数学模型的全过程 8
2.2 数学模型的种类 9
2.3 数学模型的建立原则 11
2.4 建立数学模型的方法和步骤 13
2.5 建立数学模型的实验方法 16
2.5.1 试验设计 16
2.5.2 试验设计的基本原则 17
2.5.3 常用的试验设计方法 18
2.6.1 可疑值的舍弃 22
2.6 实验数据的预处理 22
2.6.2 插值 24
2.6.3 因子的显著性检验 25
2.7 模型函数的选择及其参数估计 27
2.7.1 模型函数形式的选择 27
2.7.2 模型的参数估计 29
2.8 模型的鉴别与筛选 31
2.8.1 诊断参数法 32
2.8.2 相关系数法 33
2.8.3 方差分析法 35
2.9 动态试验建模 37
第三章 细胞反应过程建模 39
3.1 细胞反应过程的特点 39
3.2 细胞反应过程中的参数与变量 40
3.3 细胞反应过程模型的建立方法 42
3.4 细胞反应的元素衡算 46
3.5.1 物料衡算方程 50
3.5 物料衡算和能量衡算方程 50
3.5.2 能量衡算方程 52
3.6 速率方程与得率系数 52
3.6.1 速率方程 55
3.6.2 得率系数 59
第四章 模型的模拟与参数估计 59
4.1 概述 60
4.2 模型的计算机模拟 61
4.2.1 以微分议程为基础的解析模型模拟 63
4.2.2 常微分方程（组）的数值解法 68
4.2.3 欧拉法解常微分方程 69
4.2.4 MATLAB的常微分方程解题器 72
4.3 模型参数的最优估计 73
4.3.1 参数最优估计的计算方法 80
4.3.2 基于MATLAB的参数优化 81
4.4 由纤维素生产单细胞蛋白的过程模拟 86
4.3.3 酒精间歇发酵数学模型的参数估算及过程仿真 86
4.4.1 反应的机理模型 87
4.4.2 过程模拟 88
4.5 液体曲生产过程的模拟 89
4.5.1 液体曲生产过程的数学模型 89
4.5.2 模型参数的优化与过程模拟 91
程序清单4 93
5.1 细胞反应动力学模型的分类 103
第五章 细胞反应动力学模型 103
5.2 细胞生长的非结构动力学 106
5.2.1 分批培养时细胞生长动力学 106
5.2.2 单一基质限制的细胞生长动力学 109
5.2.3 多基质限制的细胞生长动力学 115
5.2.4 与基质无关的细胞生长动力学 119
5.2.5 基质和产物抑制的细胞生长动力学 120
5.2.6 温度和pH值对细胞反应过程的影响 124
5.3.1 基质消耗速率与比消耗速率 128
5.3 基质消耗动力学 128
5.3.2 包括维持代谢的基质消耗动力学 129
5.3.4 氧消耗速率 132
5.4 代谢产物生成动力学 132
5.4.1 胞内代谢产物的生成速率 133
5.4.2 胞外代谢产物的生成速率 133
5.5 细胞死亡动力学 137
5.5.1 对数死亡定律 138
5.5.2 非对数死亡定律 140
5.5.3 温度对死亡速率的影响 141
5.6 细胞生长和代谢的结构模型 144
5.6.1 分室模型 144
5.6.2 产物生成模型 146
程序清单5 149
6.1 间歇细胞反应过程概述 155
第六章 间歇细胞反应过程模型 155
6.2 间歇反应器操作衡算方程 156
6.3 反应时间的计算 157
6.4 间歇细胞反应过程的优化 158
6.4.1 反应时间的优化 159
6.4.2 反应条件的优化 160
6.5 螺旋霉素间歇发酵模型 163
6.5.1 模型的建立 163
6.5.2 参数优化与模型模拟 164
程序清单6 166
第七章 连续反应过程概述 168
7.1 连续反应过程概述 168
7.2 单级恒化器 169
7.2 1 单级恒化器连续培养模型 170
7.2.2 稀释率D对X、S、PX的影响 171
7.2.3 CSTR操作优化 173
7.2.4 考虑维持代谢的CSTR 174
7.2.5 有产物生成的CSTR 175
7.3 带有细胞循环的单级CSTR 177
7.4 多级CSTR串联 180
程序清单7 185
第八章 流加操作反应过程模型 188
8.1 流加操作概述 188
8.2 流加操作模型 189
8.2.1 无反馈控制流加操作 191
8.2.2 反馈控制的流加操作 195
8.3 流加操作中的参数控制 196
8.3.1 溶氧浓度[DO] 197
8.3.2 呼吸商（RQ） 197
8.3.3 pH值和出口气体中的二氧化碳分压 198
程序清单8 199
第九章 氧的传质反应模型 201
9.1 氧的传递过程 201
9.2 气液相间氧的传递——双膜理论 204
9.3 氧消耗动力学模型 208
9.4 氧传递模型 211
9.4.1 稳态过程 211
9.4.2 非稳态过程 212
9.5 加强氧传递的方法 214
程序清单9 216
10.1 动植物细胞培养模型 218
10.1.1 动植物细胞培养特点 218
第十章 动植物细胞及基因工程菌培养模型 218
10.1.2 培养模型 220
10.2 基因工程菌细胞反应模型 222
10.2.1 基因工程菌分批培养动力学 222
10.2.2 基因工程菌连续培养动力学 224
附录 工程计算软件——MATLAB 227
5.3.3 包括产物生成的基质消耗动力学 231
参考文献 238