《生化工程》学习指南

《生化工程》学习指南一、课程性质生化工程，也称生物反应工程，是化学工程与生物技术的交叉学科，也是应用化学工程的原理与方法将生物技术的实验室成果进行工业开发的一门学科，是生物工程专业的一门核心课程。该研究主要采用化学动力学、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原理，也涉及到生物化学、微生物学、微生物生理学和遗传学等许多学科领域。二、学习方法 《生化工程》是一门理论与工程实践相结合的应用基础课程。它重点研究了酶反应动力学、细胞反应动力学、理想反应器模型、传质与传递过程以及反应器的选择、设计与放大，这些内容都是相互关联，有机结合的。在学习过程中，要理解各种理想数学模型的原理和推导过程，重点考察物料平衡，注意培养逻辑推理能力，多想、多看，理解并记住一些经典理论方程。另外，以工程放大的角度，从点到面，系统思考一个生物过程体系的方方面面。三、各章学习指南 本课程是学习如何将实验室的研究成果进行工业化开发的一门学科，是工程放大的基础。本课程的模式和公式比较多，有些必须要记住，有些可以推导或了解一下。第一章绪论主要内容：从青霉素、链霉素的发现及其工业化生产中引出现代发酵工程及产业，生化工程的研究进展重点：生化工程的定义，生物反应过程的特点难点：了解生化工程与化学工程之间的差别与共同点。第二章均相酶催化反应动力学主要内容：包括酶反应的特征，可逆酶反应的动力学，影响酶反应的因素重点：酶促反应的影响因素，米氏方程表达式，Km的含义，L-B双倒数法测定参数，别构酶的Hill方程，pH的对酶动力学的影响及pK-pH关系。难点：反应级数判定和计算理解快速平衡学说与稳态学说之间的区别，会用两种学说进行反应动力学推导掌握几种不同可逆抑制的原理及动力学推导，包括竞争性抑制、非竞争性抑制和反竞争抑制第三章固定化酶反应动力学主要内容：包括固定化酶反应动力学的特征，外扩散限制反应，内扩散限制反应。重点：固定化酶的定义、优缺点，几种固定化酶的方法，外扩散限制下的酶反应速率与传质关系，内扩散限制条件下的φ（Thile）西勒模数的意义，如何减少内扩散限制的对酶动力学的影响。难点：对外扩散限制以及内扩散限制条件酶动力学的推导的理解和模型的建立。第四章细胞反应过程动力学主要内容：包括细胞反应的化学计量学，Monod方程，底物消耗动力学与产物生成动力学，动力学参数的测定和估算，固定化细胞反应动力学。重点：Monod方程及其推导的假设，Monod方程的优缺点及应用范围，产物合成动力学表达式，底物消耗动力学表达式，动力学参数的测定方法。难点：什么是限制性底物和细胞维持系数？掌握分批培养过程不同阶段细胞生长特点及动力学，掌握动力学参数测定的线性化处理方法。第五章理想流动生化反应器主要内容：包括理想流动反应器概述，流体的停留时间分布，连续操作的全混流理想反应器，连续操作的活塞流理想反应器。重点：BSTR反应器停留时间计算，CSTR反应器停留时间计算，CSTR最佳和临界稀释率，带细胞循环时CSTR的计算及优点，多级CSTR串联的特点，CPFR停留时间的计算方法。难点：理解每一个反应器的物料平衡的计算，了解稳态条件下CSTR反应器的特点，确定最佳细胞培养反应器的组合及原理。第六章传递过程主要内容：包括氧传递的双膜理论，，影响氧传质的因素，体积传氧系数的测定。重点：OURORT的定义，双膜理论，传质系数，如何解除传氧的限制，KLa的测定方法，搅拌功率的计算式难点：KLa的测定中几种不同方法特点及应用（稳态法，非稳态发，动态法，稳态动态相结合法），理解增加OTR的几个措施，影响KLa的几个因素，搅拌功率与通气搅拌功率的区别。第七章工业反应器装备及放大设计主要内容：包括反应器放大设计的依据和方法，工业反应器放大设计实例，生化工程设计与工程计算重点：反应器放大的几种重要方法，剪切作用对细胞的影响，气升式反应器的设计，酶反应器选择与设计，动物植物细胞培养反应器的设计，反应器的传感及控制难点：反应器的放大方法（KLa恒定，单位体积的输入功率恒定，搅拌器末端速度恒定等），混合时间与停留时间的