生物反应过程检测与控制

作者：赵寿经、梁彦龙 主编

出版日期：2014年5月

书号：978-7-122-19408-4

开本：16K　787×1092　1/16

装帧：平

版次：1版1次

页数：258页

本书以生物反应过程需要检测控制的重要参数为主线，基于生物代谢调节规律，阐述了这些参数的检测方法、仪器和原理，以及基于参数检测的生物反应过程最佳化控制的方法原理。由于生物反应过程中化学参数的检测多用到电化学分析原理，本书也对电化学分析原理做了简明扼要的论述。同时，全书参考了新的文献，力图反映该领域最新的发展成果。

本书可作为生物工程及相关专业的本科生及研究生教材，也可作为相关企业的参考用书

第1章绪论

11生物反应过程的概念、内容和特点

111生物反应过程的概念

112生物反应过程的内容

113生物反应过程的特点

12生物反应过程测控技术的含义、目的和任务

121生物反应过程测控技术的含义

122过程检测与调控的目的和任务

13生物反应过程参数检测概述

131物理参数

132化学参数

133生物参数

14细胞的代谢调节概述

141代谢调节机制

142初级代谢物的调节

143次级代谢物的调节

15生物反应过程控制概述

151过程控制的主要内容

152控制系统概述

16计算机在生物反应过程控制中的套用

161生物反应过程状态估计

162生物反应过程直接数字控制（DDC）

163生物反应过程最佳化控制

第2章物理参数的检测

21反应过程参数检测方式与感测器

211检测方式及原理

212检测用感测器种类及特性

22温度的测量

221热电势式测温元件

222热电阻式测温元件

223温度的测量、显示和记录

23压力和液位的测量

231压力测量原理

232波登（Bourdon）管式压力感测器

233波纹管式压力感测器

234膜式压力感测器

235电阻应变片

236压力测量

237液位和泡沫液位的测量

24流量测量

241流量测量概述

242差压式流量计

243转子流量计

244电磁流量计

25发酵液黏度及搅拌参数的检测

251发酵液黏度的检测

252搅拌转速和搅拌功率的检测

第3章化学参数的检测

31电化学分析

311电化学分析法基本原理

312电化学分析的分类

313主要电化学分析方法原理

314扩散电流理论

315电化学分析的特点及套用

32pH测量概述

321pH测量的目的

322pH测量所需电极

323pH测量系统

33pH测量的基础理论

331电势测量原理

332pH测量系统电势

333pH值的定义

334活度与浓度的关係

335缓冲液

336pH与温度的关係

337信号处理

34pH测量方法

341pH测量的一般原则

342生物工厂的pH测量

343信号处理和环境影响

344pH电极的标定

345电极的维护

346温度补偿

35pH测量套用示例

351实验室中pH测量

352生物工厂pH连续测量

36溶解氧的测量

361溶解氧电极

362溶解氧电极构造

363溶解氧电极技术特性

364溶解氧电极电流放大器

365溶解氧测量系统的校验

37溶解氧测量与维护

第4章生物反应液生物参数的检测与估算

41生物反应过程数据採集和滤波

411过程数据採集和处理

412简单数字滤波法

42呼吸代谢的测量及有关算法

421氧利用速率

422二氧化碳释放速率

423呼吸商

424呼吸代谢参数与生物参数的关係

43依据发酵热和物料平衡进行估计的方法

431发酵热的测量

432发酵热与动力学参数的关係

433基于化学元素平衡方法来估计生物参数

44青霉素髮酵过程生物质浓度线上估计实例

441估计算法推导

442数据採集和计算方法

45细胞浓度测定

451全细胞浓度的测定

452活细胞浓度测定

46生物反应液成分分析

461原位线上检测的技术

462非原位线上检测技术

463各检测技术的套用前景分析

第5章参数检测中的生物感测器及流程分析仪

51生物感测器的类型及其结构原理

511酶电极

512微生物电极

513免疫电极

514生物感测器的换能器件

52生物感测器在检测过程中的套用

521在微生物发酵中的套用

522动物细胞培养的检测

523植物细胞培养的检测

53生产流程分析仪

531红外气体分析仪

532氧分析仪

533反应过程新型检测技术

第6章生物细胞的代谢调节

61生物细胞的代谢调节特点

62生物细胞代谢调控机制

621酶活性的调节

622酶合成的调节

63微生物次级代谢与调节

631微生物次级代谢的特徵

632次级代谢产物的类型

633次级代谢物生物合成原理

64微生物次级代谢作用的调控

641微生物的次级代谢与其生命活动的关係

642次级代谢产物生物合成的调节与控制

643基因工程在提高生产性能上的套用

第7章生物反应过程的控制

71生物反应过程控制的简介

72微生物发酵过程的代谢变化规律

721分批发酵

722补料分批发酵

723连续发酵

73温度对发酵的影响及其控制

731影响发酵温度的因素

732温度对微生物生长的影响

733温度对发酵的影响

734最适温度的选择

735发酵过程温度控制

74溶解氧浓度对发酵的影响及其监控

741微生物对氧利用的规律

742溶解氧作为发酵异常情况的指示

743溶解氧作为发酵中间控制的手段之一

744氧供需与产物形成

745发酵液中的溶解氧控制

75pH值对发酵过程的影响及控制

751pH值对发酵过程的影响

752最合适pH值的选择

753pH的控制

76二氧化碳和呼吸商

761二氧化碳对发酵的影响

762呼吸商与发酵的关係

77基质浓度对发酵的影响及补料控制

771基质浓度对发酵的影响

772补料发酵工艺控制

78泡沫控制

781泡沫的产生及其影响

782发酵过程中泡沫的消长规律

783泡沫的控制

79发酵罐压力的控制

710发酵终点的判断

第8章生物反应过程计算机控制

81过程工业与计算机控制

811过程工业特点

812数字计算机在过程控制中套用概述

82集散型控制系统及接口技术

821集散型控制系统结构及功能

822集散型控制系统的发展

823DCS的特点

824过程接口技术

825工业发酵过程微机控制过程接口

83计算机控制中的PID控制算法

831数字式PID控制算法

832改进型的PID控制算法

833DCS中的PID控制算法的实现

84间歇生产过程控制

841程式控制概述

842程式控制的描述方法

843可程式序控制器及套用

85生物反应过程计算机辅助最佳化控制设计

851动力学模型及求解

852菌体最佳操作浓度的确定

853最佳稀释速率的确定

854补料液中基质浓度的确定

86计算机在生物反应过程控制中的套用

861DCS在青霉素髮酵补料过程中的套用

862谷氨酸发酵过程计算机控制

参考文献