生化工程

生化工程是生物學與化學工程相互滲透而逐步形成的一門新學科，它研究和解決生物反應過程中具有共性的工程技術問題。本書系統闡述了生化工程的基本理論與知識，內容包括培養基滅菌、空氣除菌、通氣和攪拌、培養技術與理論、生物反應器、生物反應器的比擬放大、固定化酶（細胞）反應原理與技術、生物反應過程的質量和能量衡算。

本書可作為普通高等院校生物工程及相關專業的教材，也可供相關領域的科技人員參考。

目錄

第1章引言1

參考文獻5

第2章培養基滅菌6

提要6

2.1濕熱滅菌原理8

2.1.1微生物菌體熱死滅動力學8

2.1.2影響滅菌的其他因素14

2.2間歇滅菌14

2.2.1間歇滅菌的操作15

2.2.2間歇滅菌的設計16

2.3連續滅菌23

2.3.1連續滅菌典型流程23

2.3.2連續滅菌反應器的流體流動模型26

2.3.3連續滅菌設計計算33

習題35

符號説明36

參考文獻37

第3章空氣除菌39

提要39

3.1通風培養對無菌空氣的要求40

3.1.1空氣中的微生物40

3.1.2通風培養對空氣無菌程度的要求41

3.2空氣除菌方法41

3.3空氣過濾除菌的預處理44

3.3.1空氣的預處理方法44

3.3.2空氣壓縮、冷卻、加熱過程中狀態參數的變化47

3.3.3典型空氣預處理流程及分析51

3.4空氣過濾設計54

3.4.1過濾介質54

3.4.2空氣過濾除菌機理57

3.4.3空氣過濾器設計61

習題67

符號説明68

參考文獻68

閲讀書目69

生化工程目錄第4章通氣和攪拌70

提要70

4.1細胞對氧的需求73

4.1.1耗氧速率73

4.1.2臨界溶氧濃度74

4.1.3影響細胞需氧量的因素76

4.2液體培養過程中氧傳遞及速率77

4.2.1氧氣的溶解度77

4.2.2氧傳遞過程78

4.2.3氧傳遞速率（雙膜理論）79

4.3體積溶氧係數KLa的測定方法81

4.3.1亞硫酸鈉氧化法81

4.3.2氧的物料衡算法83

4.3.3動態溶氧電極法83

4.4攪拌器軸功率的計算85

4.4.1攪拌器的型式及流型85

4.4.2牛頓型流體攪拌功率的計算87

4.4.3非牛頓型流體特性及其對攪拌功率計算的影響93

4.5影響KLa的因素99

4.5.1反應器結構參數和操作變量對KLa的影響99

4.5.2反應器結構參數和操作變量與KLa之間的關聯式99

4.5.3液體性質和其他因素對KLa的影響102

4.6培養液中傳氧速率的調節105

4.7傳氧效率107

習題107

符號説明108

參考文獻109

閲讀書目110

第5章培養技術與理論111

提要111

5.1微生物反應過程概論111

5.1.1微生物反應過程的主要特徵112

5.1.2微生物反應過程的計量關係113

5.1.3微生物反應動力學的描述方法117

5.2微生物分批培養及動力學120

5.2.1微生物生長的不同時期120

5.2.2微生物生長速率與底物濃度的關係125

5.2.3有抑制的細胞生長126

5.2.4基質的消耗128

5.2.5產物的生成130

5.3微生物連續培養及動力學131

5.3.1單級恆化器131

5.3.2部分菌體再循環的單級恆化器135

5.3.3多級連續培養136

5.3.4連續培養的應用138

5.4補料分批培養143

5.4.1恆速流加144

5.4.2指數流加146

5.4.3限制性底物濃度線性增加147

習題149

符號説明149

參考文獻150

閲讀書目151

第6章生物反應器152

提要152

6.1生物反應器的設計目標和原則152

6.2生物反應器的分類154

6.3好氧微生物細胞反應器156

6.3.1機械攪拌通風罐式反應器156

6.3.2機械攪拌自吸式反應器160

6.3.3氣升環流式反應器163

6.3.4鼓泡塔反應器164

6.3.5通風固體發酵設備166

6.4嫌氣發酵設備168

6.4.1乙醇發酵設備168

6.4.2啤酒發酵設備169

習題170

符號説明171

參考文獻171

閲讀書目171

第7章生物反應器的比擬放大173

提要173

7.1生物反應器比擬放大的特點174

7.2生物反應器比擬放大的一般方法175

7.2.1相似的放大方法175

7.2.2量綱分析法176

7.2.3數學模型法176

7.2.4經驗準則放大178

7.3機械攪拌式反應器的比擬放大179

7.3.1幾何尺寸的放大179

7.3.2空氣流量的放大180

7.3.3攪拌轉速和攪拌軸功率的放大183

7.3.4攪拌液流速度壓頭H、攪拌液流循環流量QL、QL/VL

以及QL/H對生物反應器放大設計的影響189

7.4氣升式生物反應器的比擬放大190

7.4.1影響氣升式生物反應器性能的結構參數190

7.4.2氣升式生物反應器的能量消耗及溶氧傳質191

7.4.3氣升式生物反應器的放大193

7.5管式反應器的比擬放大194

7.5.1多管並聯放大195

7.5.2多管串聯放大195

7.5.3幾何相似放大197

7.5.4恆壓降放大199

7.6生物反應器的比擬縮小199

習題200

符號説明201

參考文獻202

閲讀書目202

第8章固定化酶（細胞）反應原理與技術204

提要204

8.1酶（細胞）的固定化方法205

8.1.1固定化酶（細胞）的定義205

8.1.2固定化酶（細胞）的優缺點206

8.1.3固定化酶（細胞）的方法206

8.2固定化酶（細胞）的性質210

8.2.1固定化酶（細胞）的活力210

8.2.2固定化酶（細胞）的穩定性211

8.2.3固定化酶的催化特性212

8.3固定化酶（細胞）的應用213

8.3.1L?氨基酸的生產 213

8.3.2果葡糖漿的生產216

8.3.3酶傳感器216

8.3.4生產乙醇和啤酒217

8.3.5抗體和抗原的提純218

8.4固定化酶（細胞）反應動力學219

8.4.1均相酶反應動力學219

8.4.2固定化酶（細胞）反應動力學225

8.5固定化酶（細胞）反應器235

8.5.1酶反應器的操作參數235

8.5.2理想的均相酶反應器系統的動力學237

8.5.3存在抑制劑時酶反應器的特性243

8.5.4固定化酶反應器動力學246

8.5.5固定化酶反應器的選擇249

習題253

符號説明254

參考文獻255

閲讀書目256

第9章生物反應過程的質量和能量衡算258

提要258

9.1質量和能量衡算的意義258

9.2生物反應過程的元素衡算方程及還原度259

9.3生物反應過程中的質量衡算263

9.3.1生物反應過程中的碳源和氮源衡算264

9.3.2生物反應過程中的氧衡算269

9.3.3生物反應過程中的ATP衡算271

9.4生物反應過程中的能量衡算274

9.4.1熱力學基礎275

9.4.2生物反應過程中的能量衡算276

習題282

符號説明282

參考文獻284

閲讀書目284