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第1篇一、实验背景随着生物技术的快速发展，生物设备在生物学研究、医学诊断和治疗等领域发挥着越来越重要的作用。
为了深入了解生物设备的工作原理和应用，我们开展了本次生物设备实验，旨在通过实际操作，掌握生物设备的操作方法、功能特点以及在实际应用中的注意事项。
二、实验目的1. 了解生物设备的基本结构和工作原理。
2. 掌握生物设备的操作方法和注意事项。
3. 熟悉生物设备在实际应用中的功能和作用。
4. 分析生物设备在实验过程中可能出现的问题及解决方法。
三、实验设备与材料1. 实验设备：PCR仪、荧光显微镜、凝胶成像系统、细胞培养箱等。
2. 实验材料：DNA模板、引物、荧光染料、细胞样本等。
四、实验步骤1. PCR仪操作（1）准备PCR反应体系，包括DNA模板、引物、dNTPs、缓冲液和Taq酶等。
（2）将PCR反应体系加入PCR仪的样品管中。
（3）设置PCR程序，包括变性、退火和延伸等步骤。
（4）启动PCR仪，进行扩增反应。
（5）观察PCR反应结果，分析扩增效果。
2. 荧光显微镜操作（1）准备待观察的细胞样本。
（2）将细胞样本涂片，固定并染色。
（3）将涂片置于荧光显微镜载物台上。
（4）调整显微镜焦距和光源，观察细胞形态和荧光信号。
（5）拍照记录观察结果。
3. 凝胶成像系统操作（1）准备待检测的PCR产物或电泳胶。
（2）将凝胶置于凝胶成像系统上。
（3）打开凝胶成像系统，调整曝光参数。
（4）拍照记录凝胶图像。
（5）分析凝胶图像，判断PCR产物或电泳结果。
4. 细胞培养箱操作（1）准备细胞培养容器，如培养皿、培养瓶等。
（2）将细胞接种于培养容器中。
（3）将培养容器放入细胞培养箱，设置适宜的温湿度、CO2浓度等参数。
（4）定期观察细胞生长情况，记录实验数据。
（5）进行细胞实验，如细胞凋亡检测、细胞增殖实验等。
五、实验结果与分析1. PCR仪扩增效果良好，产物大小与预期相符。
2. 荧光显微镜观察结果显示细胞形态正常，荧光信号清晰。
第一章生物质原料预处理设备1.固体物料的粉碎有可能受那些力作用引起的？挤压粉碎、冲击粉碎、磨碎、剪碎、劈碎2.锤式粉碎机有哪些部件构成？它是如何粉碎物料的？工作原理：物料从上方料斗加入，在悬空状态下就被锤的冲击力所破碎。
然后物料被抛至冲击板上，再次被击碎。
此外物料在机内还受到挤压和研磨的作用。
（1）锤片是粉碎机的主要工作部件。
基本形状有8种，其中以矩形最多。
锤片的形状由被粉碎物料而定，锤片菱角多，粉碎力强，耐磨性差，尖角适合粉碎纤维性物料，环形锤片磨损均匀。
锤片长度一般不超过200mm。
(2）筛板筛板是锤式粉碎机的排料装置，一般用1-1.5mm厚的优质刚板冲孔制成。
通常设在转子的下半周的位置，为了提高粉碎机的排料能力，可使筛板占整个粉碎室内周面积的3/4以上，或者是将筛板置于粉碎室侧面。
筛孔的形状和尺寸是决定粉料粒度的主要因素，对机器的排料能力也有很大的影响。
筛孔的形状一般是圆孔或长孔。
直径分四个等级：小孔1-2mm，中孔3-4mm，粗孔5-6mm，大孔 8mm以上。
3.辊式粉碎机是如何粉碎物料？它有几类？原理：主要工作机构为两个相对旋转的平行装置的圆柱形辊筒，装在两辊之间的物料通过辊筒对其的摩擦作用而被拖入两辊的间隙中被粉碎。
两辊式、四辊式、五辊式、六辊式4.简述湿法粉碎的优点.1.消除了粉尘危害，改善了劳动环境，降低了原料消耗；2.粉碎过程中，淀粉已开始吸水膨胀，提高了蒸煮效果；3.粉碎后经预热，提高了蒸汽的利用率；4.机器零件的磨损减少，节省了设备维修费用。
5.按筛面的运动规律不同，摇动筛可分为哪三种？直线摇动筛、平面摇晃筛和差动筛6.影响筛分效率的因素有哪些？（1）筛面上物料层厚度（2）筛下颗粒百分含量、颗粒级配和形状（3）物料含水量此外，筛孔形状、筛面种类、筛分机械的运动方式、加料量的多少及均匀程度也直接影响筛分效率。
7.球磨机粉碎时，粒度，研磨体的尺寸，装填量之间有什么样的关系？在粒度较大物料研磨时，研磨体的尺寸要大些，装填量少些，使冲力作用加强；反之，研磨体尺寸小些，装填量多些，则有利于小粒物料的研磨。
1.在工业化生产中，发现溶氧速率偏低，造成产品质量降低，试问有哪些方法可以提升溶氧速率，进而提升产品的质量？答1 增加搅拌转速；2 增加通气量；3 通入纯氧；4 增加罐压力；5 加入促进氧气溶解的试剂6 减少装液量或减少发酵罐体积2.试解释为什么生物反应器体积增加，传质效率降低？答：生物反应器的传质效率主要用T f对流传递时间常数，值等于L/V；T d 为扩散传递时间常数L/k2；T C 等于基质消耗时间常数。
随着生物反应器的增加，T f 和T d急剧增加，因为L 增加。
T C值不随体积增加而改变，这就造成营养物质供应速率随体积增加而急剧减小，营养物质消耗速率不变，结果是物质供应相对于营养需求不足，总的表象就是传质性能差，所以要求大幅度提升传质性能，强化传质。
3.气升式生物反应器是如何强化传质的？答 1 高茎比较大，增加气体溶解效率，同时减少对径向传质的需求。
2 底部较大的通气量，强化轴向传质4.气升式生物反应器的优缺点是什么？答：优点：1 反应溶液分布均匀；2 较高的溶氧速率和溶氧效率 3 剪切力小，对生物细胞的损伤小4 传热良好；5 结构简单，易于加工制造；6 操作和维修方便。
缺点：1空气吞吐量大2有机体、营养物质、溶氧混合控制难度高3 不适于颗粒和粘度大的培养基1 某个企业从高校研究室购买一株亚油酸高产菌株，在20 L发酵罐内验收的指标都达到企业购买合同中对菌株实验室的性能要求，企业在合同中没有涉及工业化生产的要求，企业在工业化生产时发现，在20 m3发酵罐中的产量远低于实验室水平，企业以菌株不合格为由，把高校诉讼到法院，你认为谁会胜诉，说明原因。
答企业败诉，因为合同仅仅要求实验室规模的产品质量，对工业化生产产品的质量没有要求。
实验室规模产品质量与工业化生产产品质量有很大的可能性存在巨大差异。
因为，随着发酵体积增加，对流传递时间常数和扩散传递时间急剧增加，而基质消耗时间不变，所以工业化生产往往存在溶氧工业不足或营养物质供应不足，温度或酸度控制不均匀或不灵敏的问题，这就造成产品质量或产量急剧下降。
绪论1.生物技术产品的生产过程主要由哪四个部分组成？（1）原材料的预处理；（2）生物催化剂的制备；（3）生化反应器及其反应条件的选择和监控；（4）产物的分离纯化。
2.什么是生化反应工程,生化反应工程的研究的主要内容是什么?定义：以生化反应动力学为基础，运用传递过程原理及工程学原理与方法，进行生化反应过程的工程技术分析、开发以及生化反应器的设计、放大、操作控制等综合边缘学科。
主要内容：生物反应动力学和生物反应器的设计，优化和放大3. 生物反应过程的主要特点是什么？1.采用生物催化剂，反应过程在常温常压下进行，可用DNA重组及原生质体融合技术制备和改造2.采用可再生资源3.设备简单，能耗低4.专一性强，转化率高，制备酶成本高，发酵过程成本低，应用广，但反应机理复杂，较难控制，反应液杂质较多，给提取纯化带来困难。
4. 研究方法经验模型法、半经验模型法、数学模型法；多尺度关联分析模型法（因次分析法）和计算流体力学研究法。
第1章1. 酶作为生物催化剂具有那些催化剂的共性和其独特的催化特性？谈谈酶反应专一性的机制。
催化共性:降低反应的活化能，加快生化反应的速率；反应前后状态不变.催化特性:高效的催化活性;高度的专一性;酶反应需要辅因子的参与;酶的催化活性可被调控;酶易变性与失活。
机制：锁钥学说；诱导契合学说2. 什么叫抑制剂？某些物质，它们并不引起酶蛋白变性，但能与酶分子上的某些必需基团（主要是指活性中心上的一些基团）发生化学反应，因而引起酶活力下降，甚至丧失，致使酶反应速率降低，能引起这种抑制作用的物质称为抑制剂。
3. 简单酶催化反应动力学（重点之重点）4．酶动力学参数的求取方法(L-B法、E-H法、H-W法和积分法)L-B法: E-H法：H-W法：积分法：抑制百分数：竞争性抑制：非竞争性抑制：反竞争性抑制：kd 可称为衰变常数。
kd 的倒数称为时间常数td 。
t1/2称为半衰期第2章得率系数对底物的细胞得率系数：消耗1g 基质生成细胞的克数称为细胞得率或称生长得率Yx/s非结构模型：把细胞视为单组分，不考虑细胞内部结构，则环境变化对细胞组成的影响可忽略，在此基础上建立的模型。
上篇小结第一章物料输送设备1、生物工业生产常用物料类型及主要输送设备特点A、物料类型：固体物料、液体物料、气体物料三类B、固体物料输送有机械输送：带式输送、螺旋输送均为水平或倾斜方向，斗式提升机为垂直方向；气力输送：真空~、压力~、压力真空~。
风机是气力输送的唯一动力设备，真空输送风机在物料的后面，压力输送风机在物料的前面。
液体、酱体物料输送多用离心泵、往复泵以及螺杆泵，使用最多的是离心泵和往复泵。
气体输送：气体加压后在圆形或方形管道中实现输送。
2、三种机械输送的原理A、带式输送机[皮带运输机]：水平或倾斜方向结构原理：利用一根封闭的环形带，绕在相距一定距离的滚轮上，由滚轮带动运行，物料放在带上，靠摩擦力随带前进，到带的另一端靠自重卸下B\斗式提升机:垂直方向提升结构原理：胶带或链条作牵引件，将若干料斗固定在牵引件上，牵引件由上下转鼓张紧并运行，料从下部装入料斗提升至上部绕过转鼓从斗内卸出。
C、螺旋输送机(绞龙)：水平或倾斜方向用于粉状、小颗粒状输送、加料及料水混合等。
原理：由外壳和一个旋转的螺旋料槽和传动装置构成，当轴旋转时，物料因受重力和摩擦力作用，螺旋将物料沿轴向推进，一般用于水平或少倾斜方向物料输送。
3、气流输送：气流输送是指在输送管道中，空气以高速流动，借助空气的动能，使物料在气流中被悬浮输送到指定地点的输送方式。
4、混合比：是指气流输送系统中，单位时间输送的物料质量G物与单位时间所需的空气质量G气的比值，即每1kg空气所能提升的物料质量。
μ＝ G物/ G气5、输料管布置原则•2个以上时，料量大的靠近风机；•尽量缩短水平段；•先沿垂直管提升至所需高度，再水平运至卸料点；•物料易停滞或易堵塞处，预设吹气口或易拆件；•弯头：曲率半径应取输料管的5~10倍,减少90度弯•弯头外壁易磨损，可采用加厚或做更换管件。
6、重力式卸料器气-固分离的原理：带物料气流进入一个较大空间，速度降低，物料因自身重力而沉降，气体经过滤后排出。
体积溶氧系数kLa：单位时间单位体积溶液所吸收的气体。
影响kLa的因素：物系的性质——粘度，扩散系数，表面张力操作条件——温度，压力，通气量，搅拌转数反应器的结构——反应器的结构型式，搅拌器结构，搅拌方式剪切力的作用1、增加质量与热量传递速率2、对微生物，动植物细胞的培养造成影响机械搅拌通风发酵罐的搅拌与流变特性1、搅拌叶轮尺寸与类型●叶轮尺寸与罐直径比Di/D=0.33~0.45选用较大的叶轮或Di/D：多糖发酵，动物细胞培养；●叶轮类型的选择功率准数、混合特性，产生的液流作用力的大小2、搅拌叶尖速度与剪应力●细胞与剪切作用损害程度：细胞特性、搅拌力的性质、强度、作用时间；定性关系：球状和杆状细胞：耐受力强，丝状、动物细胞：耐受力弱；●关于搅拌剪切的反应器设计准则以搅拌叶尖线速度v为基准：v≤7.5m/s3、发酵液的流变特性液体流变特性的影响：传质、传热、混合；发酵罐设计与运转；●发酵液流变特性的类型：（1）牛顿型流体黏度不随搅拌剪切速率和剪应力而改变（粘性定律）；剪应力与剪切速率的关系：τ=F/A=μ(du/dy)=μγτ为剪应力，Pa或N/m2；F为切向力，A 为流体面积；μ为流体黏度Pa·s，γ为剪切速率（速度梯度，s－1 )；非牛顿型流体（2）宾汉塑性流体τ=τ0+μsγτ0为屈服应力，Pa;μs为表观黏度,Pa·s;如黑曲霉发酵液；（3）拟塑性和涨塑性流体τ=KγnK：均匀系数，稠度系数，Pa·sn；n：流体状态特性指数，拟塑性：0﹤n﹤1涨塑性：n﹥1如丝状菌（青霉素）、液体曲、多糖；机械搅拌通风发酵罐的的热量传递1、发酵过程的热量计算●生物反应热的计算Q发酵=Q生物+Q搅拌－Q散Q搅拌：与搅拌功率Pg有关，η功热转化率，取η=0.92；Q散发：Q蒸发、Q显、Q辐射，Q散发=0.2 Q生物；●冷却水带出的热量计算发酵过程的最大放热：Q发酵=[Wc(T2－T1)]/ VL [kJ/(m3·℃)]W:冷却水流量，kg/h；c：水的比热容，kJ/(kg·℃)；T1、T2:冷却水进出口温度，℃；VL：发酵液体积，m3;●发酵液温升测量计算旺盛期，先使罐温恒定，关闭冷却水，30min后测定发酵液的温度：Q发酵=[ (w1c1+w2c2) △T]/VL [kJ/(m3·℃)]w1、w2：发酵液和发酵罐的质量，kg；c1、c2：发酵液和发酵罐的比热容，kJ/(kg·℃)；△T：30min内发酵液的温升，℃；2、发酵罐的换热装置●换热夹套换热系数低：400~600 kJ/(m3·h·℃)；适应：5m3发酵罐；●竖式蛇管4~6组换热系数高：1200~4000 kJ/(m3·h·℃)；要求水温较低；●竖式列（排）管传热推动力大，用水量大；机械搅拌通风发酵罐的几何尺寸及体积标准发酵罐的几何尺寸H/D=1.7~4d/D=1/2~1/3W/D=1/8~1/12B/D=0.8~1.0(s/d)2=1~5H0/D=2●公称体积指罐的筒身（圆柱）体积与底封头体积之和。
九1常压蒸发设备类型及结构特点。
夹套加热式和内置加热式(加热器位于锅体内)2循环式蒸发设备类型及结构特点●中央循环管式：结构紧凑、制造方便、传热较好及操作可靠等，应用十分广泛。
循环速度较低溶液粘度大、沸点高，有效温度差小。
设备的清洗和维修也不够方便。
●悬框式：加热室可由顶部取出进行清洗、检修或更换，而且热损失也较小。
结构复杂，单位传热面积的金属消耗较。
●列文式（外循环）：循环速度快，总传热系数亦较大。
液柱静压头效应引起的温度差损失较大，要求加热蒸汽有较高的压力。
设备庞大，消耗的材料多，需要高大的厂房。
●外热式：采用了长加热管，且液体下降管不再受热●强制循环式：循环速度大可用于蒸发粘度大，易结晶结垢的物料；传热系数较大。
能耗大。
3非循环式发设备类型及结构特点真空蒸发主要设备由于减压，沸点降低，有利于溶液汽化。
蒸发器的热损失较少。
适用于热敏性溶液和不耐高温的溶液；可利用二次蒸汽作为加热热源；需要有抽真空装置，保持真空度，消耗额外能量。
4升膜式蒸发设备的工作原理物料从加热器下部进入，在加热管内被加热蒸发拉成液膜，浓度液在二次蒸汽带动下一起上升，从加热器上端沿汽液分离器筒体的切线方向进入分离器，浓缩液从分离器底部排出，二次蒸汽进入冷凝器。
5常用结晶设备类型及结构特点按操作方式①间歇结晶设备：简单、方便②连续结晶设备：复杂、晶体小、不采用改变溶液浓度方法分①冷却结晶设备结晶箱②浓缩结晶设备煮晶锅③其他结晶设备等电点结晶设备十1.列举生物工业常用干燥方法空气干燥真空干燥冷冻干燥微波干燥2.常压干燥设备有哪些类型？麦芽干燥塔箱式干燥箱烘房滚筒干燥器（双滚筒干燥器）红外线干燥器转筒干燥器洞道式干燥器3.真空干燥设备有哪些类型？真空箱式干燥器带式真空干燥器耙式真空干燥器4.绝热干燥设备有哪些类型？气流干燥设备喷雾干燥设备流化床干燥设备5.长管气流干燥的关键设备是什么？脉冲式干燥管6.喷雾干燥的原理与特点利用不同的喷雾器，将悬浮液或黏滞的液体喷成雾状，与热空气之间发生热量和质量传递而进行干燥的过程。
K la:单位体积液体所能吸收的氧气,也可以说是溶氧的速率比拟放大：将实验室进行的小规模实验结果，根据相似原理在大的反应器中进行一定程度的放大，获得大规模的生产量。
带式输送机：利用一根封闭的环形皮带，绕在相距一定距离的2个鼓轮上，皮带由主动轮带动运行，物料在带上靠摩擦力随带前进，到另一端卸料。
由皮带、托辊、鼓轮、传动装置、张紧装置、加料装置和卸料装置组成。
适用于松散干湿物料、谷物颗粒及成件制品气蚀：指当贮槽叶面的压力一定时，如叶轮中心的压力降低到等于被输送液体当前温度下的饱和蒸汽压时，叶轮进口处的液体会出现大量的气泡，这些气泡随液体进入高压区后又迅速被压碎而凝结，致使气泡所在空间形成真空，周围的液体质点以极大的速度冲向气泡中心，造成瞬间冲击压力，从而使得叶轮部分很快损坏，同时伴有泵体震动，发出噪音，泵的流量，扬程和效率明显下降。
装料系数：发酵罐在设计时考虑到传质溶氧的效果、发酵时泡沫所占的空间，发酵罐不能装满。
发酵时，料液体积占罐总体积的比例即称为填充系数，也成装料系数。
一般情况下，据罐类型不同和操作的要求，填充系数在0.6~0.9的范围内贴壁依赖：正常的真核细胞需要吸附表面才能在培养基上生长联合罐：CIP:又称原位清洗或定位清洗。
指不用拆开或移动装置，即采用高温、高浓度的洗净液，对设备装置加以强力作用，把与食品的接触面洗净,对卫生级别要求较严格的生产设备的清洗、净化。
能保证一定的清洗效果，提高产品的安全性；节约操作时间，提高效率；节约劳动力，保障操作安全；节约水、蒸汽等能源，减少洗涤剂用量；生产设备可实现大型化，自动化水平高；延长生产设备的使用寿命。
CIP清洗的作用机理化学能主要是加入其中的化学试剂产生的，它是决定洗涤效果最主要的因素。
单级压缩制冷循环：制冷系统由蒸发器、单级压缩机、油分离器、冷凝器、贮氨器、氨液分离器、节流阀及其它附属设备等组单级制冷机是应用比较广泛的一类制冷机，它可以应用于制冰、空调、食品冷藏及工业生产过程等方面。
第二篇总结第一章过滤离心膜分离设备一、发酵液预处理的方法1、加热：最常用，可使蛋白质变性，粘度低2、凝聚和絮凝：加凝/絮剂破坏胶体稳定性.凝聚用于细小菌体且较高粘度发酵液，在中性盐作用下双电层排斥，电位降低，使胶体不稳定；絮凝用高分子聚合物，通过静电引力、分子间力或氢键作用，吸附在胶粒表面，形成架桥，常用聚丙烯酰胺，用量由试验确定。
聚合铝盐、聚合铁盐或天然有机高分子海藻酸钠、明胶、骨胶、壳聚糖。
3、加入盐类：用某些盐可除去高价无机离子.除Ca2+可用草酸钠；三聚磷酸钠除Mg2+、Ca2+、黄血盐可除Fe3+；4、调节发酵液的pH值：Pr属两性物质,pH等电点Pr析出。
5、加入助滤剂：活性炭、纤维素改变滤饼结构,有利于过滤二、固液分离的方法。
过滤：依靠介质进行过滤；离心：分离心沉降、离心过滤；重力沉降：在沉降槽中利用重力作用沉降固体颗粒；浮选：在浮选罐中鼓入气泡，颗粒附于气泡表面而除去；悬液分离：悬浮液以高速切线进入悬液分离器，因离心力大小不同而离固体颗粒。
三、过滤设备类型及选择按推动力分：常压～、加压～、真空～。
常压（重力式）：啤酒生产的过滤槽；加压式~：硅藻土过滤机、板框压滤机等真空式~：真空带式~、转鼓~、水平翻盘式~、圆盘式~、叶片式的~等。
1、按滤饼形成特性、固形物含量及沉淀特性将过滤液分五类：A】固形物含量＞20%，数秒内可形成50mm滤饼，且搅拌器也不能使其保持悬浮，可用内部给料式真空转鼓过滤机、带式过滤机、水平翻斗式~；B】固形物10~20%：能在30s形成50mm滤饼，可用真空转鼓~、水平翻盘式、圆盘式、叶片式过滤机.C】固形物1 ~10%：在5min内形成3mm滤饼，可用转鼓~、叶片机、板框~ D】固形物0.1 ~1%：不能连续排除滤渣，可用预涂助滤剂的间歇过滤设备eg硅藻土过滤机E】固形物＜0.1%：属于澄清过滤（添加固体作过滤层或截留、吸附固体颗粒）。
2、生产规模：规模大用连续式，规模小用间歇3、操作条件、要求以及设备材质要求。
