生物反应工程 课程教学大纲

1、生物反应工程课程教学大纲课程内容：生物技术作为具有巨大发展潜力的高科技之一，不断取得新的研究成果，在医药、食品、环境、卫生、能源等诸多领域发挥的重要作用日益受到广泛关注。在加速生物技术实验室成果的开发，以形成相应的工业生产规模的进程中，工程技术的应用发挥了积极的作用，衍生出一批与生物技术相关的分支学科。生物反应工程（或称生化反应工程）解决的是生化反应过程中与反应有关的技术问题。具体来说，生物反应工程以生化反应动力学为基础，通过运用传递过程原理、设备工程学、过程动态学及最优化原理等化学工程学的方法，进行生化反应过程的工程分析与开发，以及生化反应器的设计、放大、操作和控制等。本课程不仅为生物工程专

2、业的学生提供了一门重要的必修课，也可为食品和药学专业的学生提供一门选修课。一、 教学内容第一章：绪论1.1生物反应工程的发展历史1.2生物反应工程的范畴1.3 生物反应工程的应用教学难点：生物反应过程的任务、特点、分类及研究方法。教学重点：生物反应工程的发展与应用。第二章：酶催化反应动力学2.1 酶的来源、分类、命名及特征2.2 一种或两种底物反应时单酶催化2.3 基元反应速率常数的确定2.4 酶催化反应的抑制2.5 影响酶活性的因素2.6 酶失活机理和酶失活动力学重点：酶促反应过程的特点；均相系酶促反应动力学；影响酶促反应速率的因素；单底物酶促反应动力学。难点：酶促反应过程的特点；均相系酶促

3、反应动力学。第三章 固定化酶催化反应动力学3.1酶的固定化3.2 固定化酶催化的动力学特征；3.3 固定化酶的活性与失活重点：固定化酶的内外扩散效应。难点：固定化酶的内外扩散效应。第四章 细胞反应过程动力学4.1细胞反应过程的计量学4.2 细胞生长的非结构动力学4.3基质消耗与产物生成动力学4.4 细胞死亡动力学4.5 细胞反应动力学参数的估算4.6 固定化细胞反应动力学4.7 细胞生长和代谢的结构模型重点：细胞生长的非结构动力学、细胞反应动力学参数的估算、固定化细胞反应动力学。难点：细胞反应动力学参数的估算、固定化细胞反应动力学。第五章 生物反应器的传递过程5.1 细胞反应体系中的气-液传质

4、；5.2 氧传递速率系数的测定5.3 自由上升或下降气泡的传质5.4通气搅拌罐总括传质系数和输入功率的估算掌握气体搅拌塔式反应器的传递特征；5.5生物反应器的放大。重点：氧气的传递过程，输入功率的估算，生物反应器的放大。难点：输入功率的估算，生物反应器的放大。第六章 生物反应器6.1 生物反应器的分类和结构特点6.2 通气搅拌罐生物反应器的设计与分析 6.3鼓泡式和气升式生物反应器的设计与分析6.4固定化细胞生物反应器6.5 非理想生物反应器的流动模型和微观混合特性。6.6 动植物细胞反应器重点：生化反应器设计概论、各类反应器的特点和设计。难点：通气搅拌式生化反应器的设计与分析。二、教学要求第

5、一章 绪论教学要求：了解生物反应过程的任务、特点和分类；了解生物反应工程的研究对象；了解生物反应工程的内容及研究方法。第二章 酶催化反应动力学教学要求：掌握酶催化反应的基本特征；掌握简单酶的催化反应动力学的M-M方程、B-H 方程；掌握有抑制的酶催化反应动力学；掌握底物的抑制动力学、产物的抑制动力学；掌握影响酶催化反应速率的因素了解动力学特征与参数求解；理解线性混合性抑制动力学，理解各种抑制的比较；理解多底物的酶反应动力学。第三章 固定化酶催化反应动力学教学要求：掌握固定化酶催化的动力学特征及酶的固定化对酶动力学特征的影响； 掌握影响固定化酶动力学的因素；掌握内、外扩散限制的效应和内外扩散速率

6、对酶催化反应速率的限制；掌握内扩散有效因子；理解内、外扩散限制与化学抑制同时存在的动力学；理解内扩散情况下载体的结构参数与微孔内的扩散；理解扩散影响下的表现动力学参数与稳定性，理解扩散反应速率与浓度关系的影响，理解扩散反应速率与温度的影响。第四章 细胞反应过程动力学教学要求：掌握细胞反应过程计量学，细胞反应过程的得率系数，细胞生长动力学的描述方法，无抑制的细胞生长动力学，温度和pH 值对细胞生长速率的影响，基质消耗与产物生成动力学，基质消耗动力学；掌握固定化细胞反应动力学，掌握生物膜内的扩散限制。理解分批培养时细胞生长动力学，有抑制的细胞生长动力学，代谢产物生成动力学，细胞反应的元素衡算方程，

7、絮凝物内的扩散限制。第五章 生物反应器的传递过程教学要求：了解发酵介质的流变特征；了解氧的传质与反应；了解机械搅拌槽式反应器和气体搅拌塔式反应器的传递特性；掌握生化反应过程的传热特性。第六章 生物反应器教学要求：了解生化反应器的分类，掌握间歇操作搅拌槽式反应器，反应器有效体积的确定，了解连续操作的搅拌槽式反应器，了解连续操作的管式反应器，了解CPFR 与CSTR的性能比较，掌握半间歇半连续操作的生化反应器，掌握流加操作反应器，掌握动植物细胞培养反应器；理解生化反应器的基本设计方案；理解反应时间的计算，理解CSTR 的基本设计式，理解多极CSTR串联；了解间歇反应过程的优化；了解酶催化反应、细胞

8、反应时的单级CSTR，了解带有细胞循环的单级CSTR。三、章节学时分配章节 总课时 课堂讲授 实验 上机 其它 备注 1 2 2 0 0 0 0 2 2 2 0 0 0 0 3 440 0 0 0 4 12120 0 20566000习题课06660000总计32320000四、教材与主要参考资料教材1岑沛霖，关怡新，林建平. 生物反应工程第一版（2005）. 高等教育出版社.参考资料1戚以政,夏杰.生物反应工程第一版(2003). 化学工业出版社2 邢新会.译 (日)山根恒夫.著生物反应工程原著第三版(2006). 化学工业出版社.3 贾士儒.生化反应工程原理第一版(2002). 南开大学出版社.4 Jeans Nielsen and John Villadsen. Bioreaction Engineering Principles(2nd ed.) Kluwer