第1页
《生物工程设备》
生物反应器及其生产现状
生物反应器是生化工艺过程的核心设备，本案例主要介绍生物反应器的作用、分类、发展历史和研究现状。并对目前国内生物反应器的突出问题，如检测pH、溶氧传感器性能不稳定需要长期进口等问题展开讨论，通过教师列举日常实例，引出对于核心技术及自主研发能力的思考，学生查找和总结专业产品的相关资料，从专业领域角度引导学生关注我国制造业的发展，并对其进行爱国主义教育，鼓励学生从自身做起，为我国的民族产业出一份力。
一、教学目标
（一）课程教学目标
该章节的主题是生物反应器概述，主要讲生物反应器的作用、地位、分类、发展历史和研究现状。课程的教学目标包括：
1.掌握生物反应器的作用、地位和分类；
2.了解生物反应器的发展历史和研究现状。
（二）思政育人目标
1.设计思路
本课程绪论部分内容介绍国内外生物反应器产业发展概况，其中主导生物工程产业的生物反应器大多为国外（如美国、德国、日本等）研发生产。近些年，我国虽然能够研发一些生物反应器，但仍然存在很多问题。比如生物反应器的核心部件，如检测pH、溶氧传感器性能不稳定需要长期进口。核心部件的依赖必定导致整个产业的对外依赖，不利于今后提高我国生物产业的整体竞争力。因此在讲述这部分内容时，应从爱国主义和建设中国特色社会主义强国出发，鼓励学生学好专业知识，为以后掌握核心技术，强大我国民族制造业打下基础。
2.思政育人目标
使学生认识到掌握核心技术对于提高我国综合国力的重要性，从提高我国制造业市场竞争力角度培养学生学习专业课程的积极性。 第2页
3.育人主题
创新，发展民族产业等爱国主义教育。
二、教学实施过程
1.教学理念：制造业是国民经济的主体，打造具有国际竞争力的制造业，是我国提升综合国力、保障国家安全、建设世界强国的必由之路。然而，与世界先进水平相比，我国制造业仍然大而不强，在自主创新能力、资源利用效率、产业结构水平、信息化程度、质量效益等方面差距明显，转型升级和跨越发展的任务紧迫而艰巨。为此，政府提出“中国制造2025”的行动纲领，以最终实现制造强国的战略目标。
1 / 11 生物工程设备各章节要点
第一章 绪论 题库
1、生物工程的定义
生物工程是指利用生物体系，应用先进的生物学和工程学原理，通过加工（或不加工）底物原料为人类提供所需产品（或社会服务）的一种新型跨学科技术。
2、1857年微生物学的鼻祖、以“发酵学之父”美誉著称的法国人巴斯德首次证明了酒精发酵是由酵母菌引起的，发酵现象是由微生物所进行的化学反应，而且不同的发酵与不同微生物有关。（列文虎克、弗洛里、钱恩）
3、生物工程设备主要包括生物反应器和生物反应物料处理及产物分离纯化设备。
第二章 原料处理及灭菌设备 题库
1、发酵工厂中的原料都含有很多种杂质，为了清楚各种杂质，利用物料与杂质在物理特性上的差异，可以采用一些机械方法和措施将杂质除去，目前常用方法有：筛选法、比重法、浮选法、磁选法。
2、振动筛的筛体包括筛框、筛面、吊杆、筛面清理装置、限振装置（不包括自衡振动器、）
3、振动筛筛体内有有三个筛面，第一层是接料筛面，第二层是大杂筛面，第三层是小杂筛面。（判断，填空）
4、提高粉碎机效率的方法有：①采用密闭循环法②增加吸风装置，可以加速粉料离开筛孔③采用鳞状筛代替平筛
5、生物产品发酵工厂中用到的输送设备按所输送的物料可分为固体物料的输送和液体物料的输送，输送固体物料可采用各种类型的输送机和气体输送装置，输送液体物料则采用各种类型的泵和空气压缩机。
6、根据卸料动力的不同，斗式提升机的卸料方法分为离心式、混合式和重力式
7、培养基灭菌方式有两种：分批灭菌法和连续灭菌法（实消法和连消法）。
分批灭菌方法的优点是不需其他设备，操作简单，适于规模小的发酵罐使用或极易发泡或粘度很大的培养基的灭菌；缺点是加热和冷却所需时间较长，发酵罐利用率不高，培养基中营养成分会遭到一定程度的破坏。
培养基的连续灭菌，就是将配好的培养基在向发酵罐等培养装置输送的同时进行加热、保温和冷却而进行灭菌。
十堰职业技术学院
生物化工专业生物反应工程课程教学大纲
(60-70学时）
马俊林 编
一、《生物反应工程》课程的性质和任务
《生物反应工程》是一门以生物学、化学工程学、计算机与信息技术等多学科为基础的交叉学科，它以生物反应动力学为基础，将传递过程原理、设备工程学、过程动力学及最优化原理等化学工程学方法与生物反应过程的反应特性方面的知识相结合，进行生物反应过程的分析与开发，以及生物反应器的设计、操作和控制等。
生物反应工程主要研究生物反应过程中带有共性的工程技术问题，因此，它在生物工业中起着举足轻重的作用，生物反应工程是工业生物技术的核心。
根据生物体的不同，生物反应过程可分为酶促反应过程，细胞反应过程（包括单一微生物细胞、多种微生物细胞的混合反应、动植物细胞培养等）和废水的生物处理过程。生物反应工程的研究内容就是研究各种生物反应过程的生物反应动力学、生物反应器和生物反应过程的放大与缩小等。
生物反应工程是生物化工专业的一门主干专业课。
二、《生物反应工程》课程的基本要求
通过本课的学习，要求学生了解生物反应工程研究的目的，生物反应工程学科的形成与沿革和生物反应工程领域的拓展。理解酶促反应动力学、微生物反应动力学、动植物细胞培养动力学的特征和生物反应器中的传质过程。掌握微生物反应过程的质量和能量衡算；动植物细胞的生长模型与培养条件。熟练掌握微生物反应器的操作和生物反应器的特征、操作及设计。
三、讲课内容
1、绪论
教学内容：
生物反应工程研究的目的；生物反应工程学的形成与沿革；生物反应工程的研究内容与方法；生物反应动力学；生物反应器；生物反应过程的放大与缩小。
教学要求： 熟练掌握生物反应工程的概念，生物反应工程的研究内容与方法；
理解生物反应工程研究的目的；
了解生物反应工程学科的形成与沿革，生物反应过程的放大与缩小。
教学重点：
生物反应动力学和生物反应器。
教学建议：
教学中注意和化学反应动力学及化学反应器进行比较。
生物反应器的工作原理及应用
生物反应器是一种用于生物工程学实验和研究的仪器设备，它使用微生物、细胞或其他生物体来生产有用化合物和产品。生物反应器在制药、食品、化学等领域都有着广泛的应用，成为了现代生物技术行业必不可少的设备之一。
一、生物反应器的基本原理
生物反应器的基本原理是利用微生物在适宜的环境中进行代谢，从而生产有用的活性物质。这个过程中，微生物进入反应器中，通过呼吸代谢过程吸收营养，释放废物。营养成分是微生物繁殖和生产的原料，而废物是代谢产物，必须及时排出反应器，以避免毒性产物的积累。
反应器的外部有一套控制系统，可清除废物，维持反应器内部的温度、压力和物质的浓度。对反应器的控制非常重要，如果控制失误，反应器内部会出现废物积聚、温度失控等问题，严重时会使微生物死亡，导致产品销毁或者严重缩水。
二、生物反应器的基本组成
生物反应器基本由反应室、进料系统、排出系统、控制系统和取样系统组成。这些系统分别完成进料、排出、控制、采样等操作，在反应器的正常运行过程中扮演着重要的角色。
1. 反应室：生物反应器的核心设备，相当于一个容器或者瓶子，微生物在其中进行生长、繁殖、代谢等过程。
2. 进料系统：用于提供反应室内的养分原料、营养液等，进料系统包括喷泉、泵、管道、阀门等，可根据实际需要配置。
3. 排出系统：用于收集反应室中的废物产物和副产物，排出系统包括泵、管道、阀门等，需要定期清理和检修。
4. 控制系统：主要用于对反应器的温度、压力、气体含量、搅拌速度、pH值等进行调节控制，避免微生物死亡和产物损失。
5. 取样系统：用于取出反应室内的样品，以进行后续的分析和实验研究。
三、生物反应器的应用
生物反应器在生物制药、食品工程、环境保护、合成化学等领域都有着广泛的应用。
1. 生物制药：生物反应器广泛应用于生产抗生素、酶、蛋白质等。比如生产人胰岛素，就需要利用生物反应器培养细胞系统合成，随后分离纯化及检测。
