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绪论1

第1章 酶催化反应动力学5

1.1 酶催化反应原理5

1.1.1 酶的催化反应特性5

1.1.2 酶的活性中心6

1.1.3 酶的催化反应机制7

1.2 单底物酶催化反应动力学8

1.2.1 方程的建立8

1.2.2 方程的特征11

1.2.3 参数的求取12

1.3 有抑制的酶催化反应动力学17

1.3.1 竞争性可逆抑制动力学17

1.3.2 非竞争性可逆抑制动力学19

1.3.3 反竞争性可逆抑制动力学21

1.3.4 混合型可逆抑制动力学22

1.3.5 底物抑制动力学22

1.3.6 不可逆抑制动力学24

1.4 复杂的酶催化反应动力学27

1.4.1 可逆反应动力学27

1.4.2 双底物反应动力学28

1.4.3 变构酶催化反应动力学29

1.5 影响酶催化活性的因素31

1.5.1 pH的影响31

1.5.2 温度的影响32

1.5.3 酶的失活动力学34

1.6 非水相酶催化反应的动力学特性35

重点内容提示37

习题38

第2章 细胞生长反应动力学40

2.1 细胞生长反应概论40

2.1.1 细胞的基本特征40

2.1.2 物质的跨膜输送42

2.1.3 胞内代谢反应42

2.1.4 胞内代谢调控44

2.1.5 细胞生长反应的特点45

2.2 细胞生长反应计量学46

2.2.1 元素衡算方程46

2.2.2 得率系数48

2.2.3 细胞反应热52

2.3 细胞生长动力学的非结构模型54

2.3.1 细胞生长动力学模型的分类54

2.3.2 无抑制的细胞生长动力学56

2.3.3 有抑制的细胞生长动力学60

2.3.4 分批培养时细胞生长动力学63

2.3.5 影响细胞生长速率的主要因素65

2.4 产物生成与底物消耗动力学71

2.4.1 代谢产物生成动力学71

2.4.2 底物消耗动力学73

2.4.3 细胞反应的产热速率75

2.5 细胞生长动力学的结构模型77

2.5.1 分室模型77

2.5.2 控制模型80

2.6 描述细胞群体生长动力学的分离模型83

2.6.1 描述细胞生理特性变化的分离模型83

2.6.2 描述细胞形态变异的分离模型84

2.6.3 描述重组菌细胞生长的分离模型85

重点内容提示88

习题89

第3章 固定化生物催化剂反应过程动力学92

3.1 固定化生物催化剂概论92

3.1.1 生物催化剂的固定化92

3.1.2 固定化对生物催化剂动力学特性的影响95

3.2 外扩散对反应速率的限制效应98

3.2.1 外扩散限制时的表观反应速率98

3.2.2 外扩散有效因子100

3.2.3 外扩散对复杂反应影响的描述103

3.3 内扩散对反应速率的限制效应107

3.3.1 液体在载体微孔内的扩散107

3.3.2 颗粒内扩散-反应的基本关系式109

3.3.3 一级反应的内扩散限制111

3.3.4 零级反应的内扩散限制117

3.3.5 M-M型反应的内扩散限制121

3.3.6 表观梯勒模数125

3.3.7 复杂反应内扩散有效因子的求取126

3.4 内外扩散同时存在时的限制效应128

3.5 扩散影响下的表观动力学特性131

3.5.1 表观反应级数131

3.5.2 表观活化能133

3.5.3 表观稳定性134

重点内容提示138

习题139

第4章 生物反应器的操作模型142

4.1 操作模型概论142

4.1.1 分类142

4.1.2 基础方程144

4.1.3 操作参数145

4.2 分批式操作的搅拌槽式反应器（BSTR）147

4.2.1 基本操作模型147

4.2.2 酶催化反应过程的反应时间148

4.2.3 细胞反应过程的反应时间151

4.2.4 分批操作的最优反应时间155

4.2.5 分批操作反应器的有效体积156

4.3 连续操作的搅拌槽式反应器（CSTR）157

4.3.1 基本操作模型157

4.3.2 酶催化反应的单级CSTR158

4.3.3 细胞反应的单级CSTR160

4.3.4 有细胞循环的单级CSTR168

4.3.5 多级CSTR串联170

4.4 连续操作的管式反应器（CPFR）173

4.4.1 基本操作模型173

4.4.2 酶催化反应时的CPFR175

4.4.3 CPFR与CSTR相串联的操作模型178

4.4.4 带细胞循环的CPFR操作模型179

4.5 流加操作反应过程模型（FBC）183

4.5.1 基本操作模型183

4.5.2 恒速流加186

4.5.3 指数流加188

4.5.4 反复流加190

4.6 反应-分离耦合操作模型192

4.6.1 反应与透析相耦合192

4.6.2 反应与过滤相耦合196

4.6.3 反应与萃取相耦合197

4.7 连续操作生物反应器的动态特性198

4.7.1 环境阶跃变化时CSTR的动态特性198

4.7.2 CSTR的稳定性分析202

4.7.3 混合种群培养时CSTR的动态特性207

重点内容提示208

习题209

第5章 生物反应器的传递与混合特性214

5.1 反应流体的流变与剪切特性214

5.1.1 流体的流变模型214

5.1.2 影响反应液流变特性的因素217

5.1.3 流体的剪切作用219

5.2 氧的传递特性224

5.2.1 细胞反应中氧的传递过程224

5.2.2 气-液相间氧的传递模型226

5.2.3 细胞反应过程耗氧与供氧的动态关系228

5.2.4 影响氧传递速率的因素233

5.2.5 KLα的经验关联237

5.2.6 KLα的实验测定238

5.2.7 细胞团内的氧传递242

5.3 热量传递特性244

5.3.1 细胞反应过程的热平衡244

5.3.2 传热系数的求取247

5.4 混合过程特性249

5.4.1 概论250

5.4.2 理想流动反应器的宏观混合模型251

5.4.3 非理想流动反应器的宏观混合模型254

5.4.4 微观混合的特性258

重点内容提示262

习题262

第6章 生物反应器的设计与放大265

6.1 生物反应器概论265

6.1.1 生物反应器的特点265

6.1.2 生物反应器的分类266

6.1.3 生物反应器的设计要求268

6.2 机械搅拌槽式生物反应器268

6.2.1 反应器的结构269

6.2.2 搅拌器的类型271

6.2.3 搅拌功率的计算272

6.3 气体搅拌塔式生物反应器278

6.3.1 鼓泡塔反应器278

6.3.2 气升式反应器280

6.4 固定床和流化床生物反应器284

6.4.1 固定床反应器概述284

6.4.2 填充床反应器285

6.4.3 滴流床及反应器290

6.4.4 固态发酵反应器291

6.4.5 流化床反应器295

6.5 膜生物反应器297

6.5.1 膜生物反应器的分类297

6.5.2 膜生物反应器的操作特性300

6.6 动植物细胞培养生物反应器302

6.6.1 动物细胞培养反应器302

6.6.2 植物细胞培养反应器305

6.6.3 微藻培养反应器307

6.7 生物反应器的放大307

6.7.1 经验放大法308

6.7.2 其它放大方法314

重点内容提示316

习题316

主要符号一览表318

部分习题参考答案320

参考文献323

索引325