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第三篇 生化工程原理 1

24 生物反应器及其操作特性 1

24·1 生物反应器 1

24·1·1 生物反应器设计的目标 2

24·1·2 生物反应器设计和操作的限制因素 2

24·1·3 生物反应器开发的趋势和未来方向 3

24·2 生物反应器的型式 4

24·3 连续流动反应器模型 5

24·3·1 理想反应器模型 5

24·3·2 非理想反应器和停留时间分布的概念 7

25·1 灭菌的方法 10

25·2·1 微生物的死亡速率 11

25·2 培养基的灭菌 11

25·2·2 培养基的分批灭菌 14

25·2·3 培养基的连续灭菌 18

25·3 空气的除菌 24

25·3·1 空气的预处理 24

25·3·2 空气的过滤除菌 28

26 氧的供需 34

26·1 细胞对氧的需求 34

26·2 培养过程中的氧传递 38

26·2·1 气-液相间的氧传递 39

26·2·2 液-固相间的氧传递 40

26·2·3 细胞团内的氧传递 40

26·2·4 氧传递速率与细胞呼吸的关系 42

26·3 影响供氧的因素 43

26·3·1 影响推动力的因素 44

26·3·2 影响气液比表面积的因素 46

26·3·3 影响液膜传递系数KL的因素 48

26·3·4 影响KLα的因素 49

26·4 溶解氧、摄氧率和KLα的测定方法 54

26·4·1 溶解氧的测定 54

26·4·2 摄氧率的测定 57

26·4·3 KLα的测定 59

27 培养液的流变特性 64

27·1 牛顿流体与非牛顿流体 64

27·2 影响培养液流动特性的因素 67

27·3 培养液流动特性的测定 69

27·3·1 毛细管粘度计法 69

27·3·2 同心圆筒粘度计法 70

27·3·3 B型粘度计法 71

27·3·4 锥板式粘度计法 72

27·3·5 叶轮粘度计法 72

28 生物反应动力学 75

28·1 酶促反应动力学 75

28·1·1 单底物酶促反应 75

28·1·2 底物抑制 77

28·1·3 抑制剂的影响 78

28·1·4 可逆反应 79

28·1·5 双底物反应 80

28·1·6 酶的稳定性 81

28·2 分批培养动力学 82

28·2·1 分批培养中细胞的生长 82

28·2·2 分批培养中基质的消耗 85

28·2·3 产物的生成 87

28·3 连续培养 90

28·3·1 单级连续培养 90

28·3·2 多级连续培养 93

28·3·3 进行细胞回流的单级连续培养 94

28·3·4 不同种细胞的混合连续培养 95

28·3·5 连续培养的应用 96

28·4 补料分批培养 98

28·5 透析培养 99

28·6 基因工程菌分批发酵动力学 103

29 培养装置 108

29·1 发酵罐 108

29·1·1 通用式发酵罐 111

29·1·2 其他型式的发酵罐 115

29·2 动植物细胞培养装置 121

29·2·1 动物细胞悬浮培养生物反应器 122

29·2·2 动物细胞贴壁培养反应器 122

29·2·3 动物细胞微载体悬浮培养反应器 124

29·2·4 植物细胞反应器 127

29·3 搅拌功率的计算 129

29·4 发酵罐放大 132

29·4·1 几何尺寸放大 132

29·4·2 空气流量放大 133

29·4·3 搅拌功率及搅拌转速的放大 134

30 酶及固定化酶反应器 136

30·1 酶反应器的型式 136

30·1·1 酶或固定化酶反应过程的特性 136

30·1·2 酶反应器的型式 137

30·1·3 酶反应器设计原理及操作参数 139

30·2·1 均相酶反应动力学及其影响因素 140

30·2 均相酶反应器 140

30·2·2 理想的均相酶反应器系统的动力学 141

30·2·3 存在抑制剂时酶反应器的特性 144

30·2·4 酶发生失活时的搅拌罐反应器 146

30·2·5 连续流动搅拌罐--超滤膜反应器（CSTR/UF） 147

30·3 固定化酶反应器 148

30·3·1 固定化酶或固定化细胞制备方法 148

30·3·2 影响固定化酶动力学的因素 149

30·3·3 单颗固定化酶动力学 150

30·3·4 固定化酶促反应受抑制的动力学 156

30·3·5 理想固定化酶反应器的设计参数及操作方程 157

30·3·6 酶反应器的操作及选型 159

31·1 概述 165

31 生化过程的参数检测 165

31·2 直接参数检测 169

31·2·1 物理参数检测 169

31·2·2 化学参数检测 178

31·2·3 生物传感器 195

31·3 间接参数检测 205

31·3·1 数据处理 205

31·3·2 间接参数的获得 207

32 生化过程的模型化与优化控制 211

32·1 概述 211

32·2 生化过程的模型化的目的 211

32·2·1 过程模型建立方法 212

32·2·2 过程模型分类 213

32·3·1 过程变量估计的意义 216

32·3 生化过程变量估计 216

32·3·2 过程变量估计的分类和方法 217

32·3·3 过程变量（状态、参数）的在线估计 218

32·4 生化过程的最优控制 222

32·4·1 静态过程最优控制 223

32·4·2 动态过程最优控制 224

第四篇 产品生产举例 226

33 氨基酸生产工艺 226

33·1 概况 226

33·1·1 氨基酸的用途 226

33·1·2 氨基酸的生产方法 226

33·2·2 控制细胞渗透性 227

33·2·1 控制发酵的环境条件 227

33·2 氨基酸发酵的代谢控制 227

33·2·3 控制旁路代谢 228

33·2·4 降低反馈作用物的浓度 229

33·2·5 消除终产物的反馈抑制与阻遏作用 229

33·2·6 促进ATP的积累，以利氨基酸的生物合成 229

33·3 氨基酸发酵的工艺控制 230

33·3·1 培养基 230

33·3·2 pH值对氨基酸发酵的影响及其控制 232

33·3·3 温度对氨基酸发酵的影响及其控制 232

33·3·4 氧对氨基酸发酵的影响及其控制 233

33·4 谷氨酸生产工艺 235

33·4·1 淀粉水解糖的制备 235

33·4·3 谷氨酸发酵 236

33·4·2 菌种扩大培养 236

33·4·4 谷氨酸提取 237

33·5 谷氨酸制造味精的工艺流程 239

34 抗生素生产工艺 241

34·1 抗生素概述 241

34·2 抗生素的发展 241

34·3 抗生素的分类 242

34·3·1 根据抗生素的生物来源分类 242

34·3·2 根据抗生素的作用分类 242

34·3·3 根据抗生素的化学结构分类 242

34·4 抗生素的应用 243

34·4·1 抗生素在医疗上的应用 243

34·3·5 根据抗生素的生物合成途径分类 243

34·3·4 根据抗生素的作用机制分类 243

34·4·2 抗生素在农牧业中的应用 244

34·5 抗生素生产的工艺过程 244

34·5·1 菌种 244

34·5·2 孢子制备 244

34·5·3 种子制备 244

34·5·4 培养基的配制 245

34·5·5 发酵 246

34·5·6 发酵液的过滤和预处理 246

34·5·7 抗生素的提取 247

34·5·8 抗生素的精制 248

34·5·9 抗生素生产实例 249

34·6 半合成抗生素 251

35·1·1 微生物酶生产的发展概况 254

35·1·2 微生物酶的生物合成及其活性的控制 254

35 微生物酶制剂生产工艺 254

35·1 概况 254

35·2 微生物酶的生产技术 255

35·2·1 微生物酶生产的培养基 255

35·2·2 pH值对酶生产的影响及其控制 258

35·2·3 酶生产的温度控制 259

35·2·4 通气搅拌对酶生产的影响 259

35·2·5 微生物生长期与产酶的关系 260

35·2·6 酶的提取技术 260

35·3 微生物蛋白酶生产工艺 261

35·3·1 黑曲霉3.350酸性蛋白酶生产工艺 261

35·4 微生物淀粉酶生产工艺 262

35·4·1 枯草杆菌BF7658α-淀粉酶生产工艺 262

35·4·2 黑曲霉A. S. 3.4309糖化酶生产工艺 263

36·1·1 单细胞蛋白的概念 265

36·1·2 开发SCP的意义 265

36 单细胞蛋白生产工艺 265

36·1 概述 265

36·1·3 SCP生产的现状及其发展趋势 267

36·2 生产SCP的微生物 268

36·2·1 SCP微生物的种类 268

36·2·2 SCP生产菌种的筛选 269

36·3 生产SCP的基质 270

36·4 SCP生产的工艺过程 271

36·4·1 石油单细胞蛋白的生产 271

36·4·2 利用纤维素废料生产SCP 273

36·4·3 SCP中蛋白质的提取和核酸分离 275

36·5 SCP的展望 276

37·1·1 甾体化合物 278

37 甾体激素的微生物转化工艺 278

37·1 概述 278

37·1·2 甾体化合物微生物转化的特点 279

37·2 甾体的微生物转化反应类型 280

37·2·1 羟基化 280

37·2·2 A环上[C1]及[C2]脱氢 282

37·2·3 甾醇侧链的降解 282

37·2·4 转化酶及反应机理 283

37·3 微生物转化工艺 285

37·3·1 生产工艺过程 285

37·3·2 几种转化方法 286

37·3·3 改进转化工艺的途径 288

37·4 转化工艺实例 289

37·4·1 黑根霉的11α-羟基化工艺 289

37·4·3 节杆菌的脱氢工艺 291

37·4·2 犁头霉菌的11β-羟基化工艺 291

38 污水生化处理技术 292

38·1 污水处理概述 292

38·1·1 水污染概述 292

38·1·2 衡量水质污染的指标及国家允许的排放标准 293

38·1·3 污水处理的基本方法 295

38·2 好气生化处理技术 297

38·2·1 活性污泥法 297

38·2·2 生物膜法 305

38·3 厌氧生化处理技术 309

38·3·1 厌氧生化处理的一般概念 309

38·3·2 污泥消化 311

38·3·3 高浓度废水的厌氧发酵 314

38·4 A/O系统处理污水技术 314