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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