生物过程工程 动力学，生物系统，可持续性和反应器设计

Bioprocess Engineering

Kinetics, Biosystems, Sustainability, and Reactor Design

作者：Shijie Liu

出版：ELSEVIER

索书号：Q81/L783/2013/Y

ISBN: 978-0-444-59525-6

藏书地点：武大外教中心

计算机时代给文学带来了真正的革命，而不仅仅是纸张的大量生产或可用性以及通过图书馆分发书籍所带来的文学革命。在过去的几十年里，文学的爆炸式增长，跨学科和学科或学科领域的诞生是惊人的。生物过程工程是生物技术与化学工程相结合的产物。随着生物过程工程作为一门学科的成熟，它从一门交叉学科发展而来，生物和化学工程领域。一门涵盖生物技术、绿色化学、生物质或可再生资源工程等工程和工程科学方面的学科。因此，该领域的教科书需要涵盖教育新一代优秀生物过程工程师的需求，而不仅仅是将精通化学工程师和精通工程的生物学家转变为生物过程工程师。我希望这本教材能够填补这一空白，带来生物过程工程的成熟。然而，本文中的一些材料深入分析，适合研究生工作和/或研究参考。使生物过程工程特别的关键方面是，生物过程工程作为一门学科，以解决源于细胞功能和生物和/或化学转化的问题为中心，涉及可再生生物质的可持续利用。生物过程系统的机制、速率、动态行为、转化性能和操作是本书的主要主题。

本书的主要内容如下：

第1章是生物过程工程专业的介绍，包括绿色化学、可持续性考虑和监管约束。第2章概述了细胞化学的生物学基础，包括细胞、病毒、干细胞、氨基酸、蛋白质、碳水化合物和各种生物质成分，以及发酵介质。第3章介绍了化学反应分析的研究概况，包括反应速率、转化率、产率、化学计量学和能量规律的基本知识，对生物反应进行了综述。介绍了近似和耦合反应的概念，为本书后面的代谢途径表示提供了理解的基础。在介绍反应器系统分析之前，介绍了反应器分析的质量和能量平衡，以及理想反应器和常见生物反应器的定义。第4章和第5章是反应器分析基础，包括反应动力学的影响、流动接触模式和反应器系统优化。第五章还介绍了气化(煤和生物质)。如何选择理想反应器，选择何种流动反应器以及采用何种进料策略都将在第5章中讨论。

第6、7、8、9、10和11章是生物过程动力学的研究。在第6章中，我们可以学习到反应动力学的碰撞理论和通常用于得到简单反应速率关系的近似。作为一个案例，介绍了生物质转化过程中一个重要的单元操作——酸水解动力学。在第7章中，书中讨论了从实验数据中估计动力学参数的技术，这种技术打破了计算机时代之前发展起来的传统直线方法。读者可以学习如何使用现代工具可靠而快速地提取动力学参数，而无需对数据进行复杂的操作。在第八章和第九章中，书中讨论了动力学理论在催化体系中的应用。第8章讨论酶、酶促反应和酶的应用，第9章讨论吸附和固体催化。推导了简化的反应速率关系，如酶促反应的Michaelis-Menten方程和固体催化反应的LHHW方程，作者讨论了这些简单动力学关系的适用性。第9章的主要内容是理想和非理想吸附动力学和吸附等温线。多层吸附是物理吸附的标志吗?非均相动力学分析理论应用于涉及木质生物质的反应，其中固相没有催化作用。第10章讨论了细胞遗传学和代谢，讨论了遗传信息的复制、蛋白质的产生、底物的吸收和主要的代谢途径，暗示了动力学理论在复杂系统中的应用。在第11章中，主要介绍和讨论了细胞是如何生长的:细胞材料的定量，批量生长模式，细胞维持和内源性需求，介质和环境条件，以及动力学模型。反应器分析主要在第8章和第11章中介绍。第14章讨论了进化和基因工程，重点是生物技术的应用。读者可以学习细胞如何转化，如何操纵细胞，以及细胞转化和重组细胞的一些应用。第15章介绍了可持续发展的观点。应用生物过程工程原理来研究生物质经济和大气二氧化碳的可持续性。地热能是可持续的或可再生的能源吗?第十六章讨论了催化剂的稳定性:化学催化剂的活性，细胞和混合培养物的遗传稳定性，以及反应器系统的稳定性。讨论了生物工艺操作的可持续性和稳定性。稳定的过程是可持续的。讨论了多稳态、稳态逼近、稳态操作条件和捕食者-猎物相互作用。连续培养受到细胞生物量稳定性的挑战。在生态应用中，生物过程的可持续性是可取的。对于工业应用，期望生物过程系统在受到轻微干扰后能够恢复到先前的设定点。在第十七章，讨论了传质对反应器性能的影响，特别是对生物催化的影响。主要讨论了外部传质(如悬浮介质)和内部传质(如固定化系统)以及温度效应。直接从例子中推导，可以避免或大大简化详细的数值解。教师在介绍本章节的内容时，建议在课堂上讲授例子，而不是单纯阅读材料。第18章讨论了反应堆的设计和运行，主要讨论了反应器的选择、混合方案、放大、灭菌和无菌操作。

概括来说，作者在书中主要介绍了化学动力学和反应器工程应用于生物技术和可持续性的综合方法。该书包括:化学动力学和反应器分析(动力学理论，催化，理想反应器，数据分析，均质以及多相反应反应器的分析与设计。基本生物学基础:微生物结构和功能，酶。微生物遗传学，发酵，持续和混合文化)和可持续性。本书反映了正在改变该领域的强大进步，从简单的化学动力学到代谢途径，从绿色化学到生物过程的稳定性和可持续性。它介绍了广泛应用于可再生生物质转化的技术:化学品、材料、药品、生物制品和医疗应用商品的生产，如组织工程和基因治疗;解决关键的环境问题。这是一本非常值得推荐的书，读者包括相关学科领域的学生，教师，从业者，工程师，化学家，生物学家和研究人员等等。

总之，本书结构层次清晰，内容充实完整，非常值得阅读。

本书目录：

前言

命名法

1. 介绍

2. 生物学基础概述

3. 化学反应概论分析

4. 批处理反应堆

5. 理想流反应器

6. 动力学理论与反应动力学

7. 参数估计

8. 酶

9. 固体表面的化学反应

10. 细胞代谢

11. 细胞如何生长

12. 连续培养

13. 馈料式栽培

14. 进化与遗传工程

15. 可持续性:人类的角度来看

16. 可持续性和稳定性

17. 传质效应:固定化和非均相反应体系

18. 生物反应器设计操作

索引

胡萌欣  武大生科院 博士研究生