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第1章 生物反应过程动力学1

1.1 酶催化反应动力学2

1.1.1 单底物酶反应动力学2

1.1.2 酶的抑制动力学5

1.1.3 多底物酶反应动力学8

1.1.4 别构酶反应动力学11

1.1.5 pH和温度对酶反应的影响12

1.2 细胞反应过程动力学15

1.2.1 细胞反应的特征及其动力学的描述方法15

1.2.2 细胞反应计量学16

1.2.3 细胞生长的非结构动力学18

1.2.4 产物生成与底物消耗动力学20

1.2.5 细胞生长的结构模型23

1.2.6 细胞生长的分离模型28

1.3 固定化生物催化反应过程动力学32

1.3.1 固定化生物催化反应的特征32

1.3.2 外扩散对反应速率的影响35

1.3.3 内扩散对反应速率的影响38

1.3.4 内外扩散同时存在时的有效因子44

1.3.5 化学抑制和分配效应对扩散过程的影响46

1.3.6 固定化生物催化剂的表观稳定性46

主要符号一览表47

参考文献48

第2章 生物反应器50

2.1 生物反应器的操作模型51

2.1.1 间歇操作的搅拌槽式反应器（BSTR）52

2.1.2 连续操作的搅拌槽式反应器（CSTR）55

2.1.3 连续操作的管式反应器（CPFR）61

2.1.4 半间歇式操作的反应器（Fed-Batch）63

2.1.5 反应-分离偶合操作的反应器64

2.2 机械搅拌槽式反应器65

2.2.1 反应器结构与搅拌装置65

2.2.2 反应器的传递特性67

2.2.3 反应器的混合特性74

2.3 气体搅拌塔式反应器78

2.3.1 鼓泡式反应器78

2.3.2 气升式反应器82

2.4 固定床式生物反应器85

2.4.1 固定床式反应器85

2.4.2 固态发酵反应器87

2.5 膜式生物反应器89

2.5.1 直接接触式膜式反应器89

2.5.2 扩散式膜式反应器90

2.5.3 多相式膜式反应器90

2.6 生物反应器的动态特性91

2.6.1 底物限制动力学条件下CSTR的稳定性92

2.6.2 底物抑制动力学条件下CSTR的稳定性93

2.7 生物反应器的放大94

2.7.1 经验放大法95

2.7.2 缩小-放大法96

2.7.3 数学模型法97

主要符号一览表100

参考文献101

第3章 酶和细胞的固定化技术及其应用102

3.1 酶的概述102

3.2 酶固定化的概念和优点103

3.3 固定化载体的选择104

3.3.1 常用的固定化酶载体104

3.3.2 新型固定化载体105

3.4 酶的固定化方法105

3.4.1 常见的固定化法105

3.4.2 新型固定化方法112

3.5 固定化酶的性质114

3.5.1 稳定性114

3.5.2 最适温度115

3.5.3 最适pH值115

3.5.4 催化活性115

3.6 细胞固定化116

3.6.1 吸附法固定细胞116

3.6.2 包埋法固定细胞117

3.7 固定化酶在精细化学品合成方面的应用117

3.7.1 类可可脂的合成117

3.7.2 酶促长链单脂肪酸甘油酯的合成118

3.7.3 酶促维生素A棕榈酸酯的合成119

3.7.4 酶促维生素棕榈酸异辛酯的合成120

参考文献120

第4章 非水相生物催化122

4.1 概述122

4.2 典型的生物催化介质系统124

4.2.1 单一的水或缓冲溶液系统125

4.2.2 水-有机溶剂单相系统125

4.2.3 水-有机溶剂两相系统125

4.2.4 含有表面活性剂的乳液或微乳液系统126

4.2.5 微水有机溶剂单相系统127

4.2.6 超临界流体系统128

4.2.7 离子液体介质系统128

4.2.8 无溶剂或少溶剂反应系统129

4.3 非水溶剂的影响及其选择原则130

4.3.1 非水溶剂对酶选择性的影响130

4.3.2 非水溶剂对酶稳定性的影响130

4.3.3 非水溶剂的选择原则131

4.4 水活度的影响及其控制方法132

4.4.1 酶的柔性与结合水132

4.4.2 水活度与酶的活性133

4.4.3 水活度缓冲体系134

4.5 添加剂对非水相生物催化反应的影响135

4.5.1 无机盐类添加剂135

4.5.2 有机助溶剂135

4.5.3 多醇类添加剂136

4.5.4 表面活性剂136

4.6 非水介质中酶的活化方法137

4.6.1 有机溶剂中酶的活力为何不如水相中高138

4.6.2 提高有机相酶催化活力的对策140

4.7 非水相生物催化的主要特征141

4.7.1 酶在有机溶剂中的催化活性142

4.7.2 酶在有机溶剂中的稳定性142

4.7.3 溶剂对酶选择性的调控作用142

4.7.4 非水相酶催化的其他特征144

4.8 非水相生物催化的典型反应144

4.8.1 酯合成反应145

4.8.2 酰胺化反应150

4.8.3 多肽合成反应151

4.8.4 氧化还原反应153

参考文献154

第5章 生物过程优化控制157

5.1 生化过程控制概述157

5.2 生化过程状态监测158

5.2.1 生化过程参数检测方法158

5.2.2 生物参数在线检测和计算161

5.3 生化过程最优控制167

5.3.1 生化过程的基本数学描述模型167

5.3.2 生化过程常规控制方法168

5.3.3 动态最优控制方法169

5.3.4 利用遗传算法的最优控制方法171

5.4 生化过程的在线自适应（预测）控制173

5.4.1 基于时间序列模型的自适应控制173

5.4.2 基于神经网络的自适应控制177

5.4.3 结合模糊技术的发酵过程控制178

5.4.4 基于专家系统的发酵过程控制180

5.5 结语181

参考文献181

第6章 代谢工程184

6.1 代谢工程概述184

6.2 代谢通量分析技术185

6.2.1 化学计量模型185

6.2.2 代谢通量分析186

6.2.3 代谢通量模型186

6.2.4 代谢通量分析的应用187

6.2.5 代谢通量测量技术187

6.2.6 实例：甘油代谢途径最大理论得率计算188

6.3 代谢控制分析191

6.3.1 代谢控制分析的一些概念191

6.3.2 代谢调控机理192

6.3.3 通量控制系数的确定方法192

6.3.4 代谢网络的控制分析193

6.4 代谢途径优化195

6.4.1 酶反应动力学195

6.4.2 幂函数近似法196

6.4.3 S系统方法197

6.4.4 综合质量作用系统197

6.4.5 S系统的灵敏度分析198

6.4.6 代谢途径的S系统优化方法200

6.5 葡萄糖发酵生产乙醇的代谢优化201

6.5.1 葡萄糖产乙醇代谢机理202

6.5.2 物料平衡方程203

6.5.3 动力学模型204

6.5.4 建立GMA方程206

6.5.5 S系统表示法207

6.5.6 模型对数增益分析208

6.5.7 乙醇生产的优化209

6.6 结语211

参考文献212

第7章 细胞破碎和生化分离技术214

7.1 细胞固液分离214

7.1.1 细胞回收与液固分离214

7.1.2 过滤215

7.1.3 微滤219

7.1.4 离心221

7.2 细胞破碎和分离提取技术226

7.2.1 细胞破碎方法及机理226

7.2.2 机械法226

7.2.3 物理法229

7.2.4 化学法230

7.2.5 生物法231

7.2.6 超临界细胞破碎技术232

7.2.7 胞内产物的选择性释放232

7.3 从发酵液中直接分离产物235

7.3.1 双水相分离技术235

7.3.2 膨胀床吸附技术235

7.3.3 泡沫分离技术241

参考文献244

第8章 生物产品的萃取和富集246

8.1 生物产品萃取246

8.1.1 双水相萃取246

8.1.2 反胶团萃取251

8.1.3 凝胶萃取256

8.1.4 固相微萃取259

8.1.5 超临界萃取260

8.1.6 超声波和微波萃取264

8.2 沉淀分离技术268

8.2.1 沉淀分离技术概述268

8.2.2 有机溶剂沉淀268

8.2.3 盐析269

8.2.4 高聚物沉淀271

8.2.5 其他沉淀方法271

8.3 膜分离技术272

8.3.1 膜分离技术概述272

8.3.2 超滤膜分离技术275

8.3.3 纳滤膜分离技术278

参考文献281

第9章 色谱分离技术284

9.1 色谱技术概述284

9.1.1 色谱基本原理284

9.1.2 色谱的分类285

9.1.3 液相色谱的主要检测器285

9.1.4 生物分离制备液相色谱的类型和特点285

9.2 色谱理论286

9.2.1 吸附平衡热力学287

9.2.2 塔板理论290

9.2.3 非平衡速率理论291

主要符号一览表294

9.3 凝胶色谱294

9.3.1 凝胶色谱原理294

9.3.2 凝胶色谱介质295

9.3.3 凝胶色谱的应用300

9.4 离子交换色谱301

9.4.1 离子交换色谱原理302

9.4.2 离子交换介质302

9.4.3 离子交换吸附和解吸条件305

9.4.4 离子交换树脂的再生、操作方式306

9.4.5 离子交换色谱的应用306

9.5 正相色谱和反相色谱307

9.5.1 正相色谱和反相色谱原理307

9.5.2 正相色谱和反相色谱的介质308

9.5.3 流动相的选择309

9.5.4 正相色谱和反相色谱的放大310

9.5.5 正相色谱和反相色谱的应用310

9.6 疏水色谱313

9.6.1 疏水色谱原理313

9.6.2 疏水色谱介质制备314

9.6.3 疏水色谱的吸附和解吸条件314

9.6.4 疏水色谱的应用315

9.7 共价色谱318

9.7.1 共价色谱原理318

9.7.2 共价色谱的介质合成319

9.7.3 色谱吸附和解吸条件319

9.7.4 共价色谱的应用320

参考文献320

第10章 亲和色谱323

10.1 概论323

10.1.1 亲和配基324

10.1.2 亲和洗脱326

10.2 亲和色谱分离技术327

10.2.1 亲和色谱的理论327

10.2.2 亲和色谱介质的制备328

10.2.3 常见的亲和色谱335

参考文献345

第11章 电泳分离技术347

11.1 概述347

11.2 凝胶电泳349

11.2.1 凝胶电泳的介质349

11.2.2 凝胶电泳的应用352

11.3 等电聚焦355

11.3.1 等电聚焦的基本原理355

11.3.2 pH值梯度的形成356

11.3.3 等电聚焦的应用357

11.3.4 双向电泳357

11.4 毛细管电泳358

11.4.1 毛细管电泳原理358

11.4.2 毛细管电泳的进样技术359

11.4.3 毛细管电泳的检测器360

11.4.4 毛细管电泳的应用360

11.4.5 亲和毛细管电泳363

11.4.6 毛细管电泳色谱364

11.5 制备电泳综述367

11.5.1 制备等电聚焦367

11.5.2 自由流动电泳369

11.5.3 梯度流系统374

11.5.4 多通道流动电泳376

11.5.5 制备电泳的发展方向378

主要符号一览表378

参考文献378