生物工程设备重点(1)

1 第一章

1生物工程设备的五个发展阶段

传统经验制造技术——天然发酵阶段

纯种培养技术的成熟——初级代谢产物生产阶段

通气搅拌技术的成熟—— 好氧培养阶段

代谢控制发酵技术的成熟

基因重组技术的成熟——现代生物技术阶段

2生物工程设备的特点

① 对于所有微生物或动植物细胞来讲，提供必要和足够的营养和能量，才能维持其生命代谢活动。

② 培养基原料的预处理不仅影响细胞代谢生长，而且对于培养基原料成本大小和是否造成环境污染等具有决定性影响。

③ 如何合理的设计种子培养系统，以及各级种子培养时间和接种比例，达到种子系统与生产培养过程合理配套，获得最大的得率。

④ 生物反应过程中的细胞培养一般都是纯种培养过程。

⑤ 如何保证足够的氧气供给，又尽可能节省能量，是好氧培养过程的重要组成部分。

⑥ 从培养液中得到所需产品的合适、高效、低成本的分离纯化方法，是决定生产成败的关键。

3生物工程的硬件-设备系统

①为顺利实现工艺流程所制定的各项工艺指标, 各种生物工程支撑设备系统必不可少。

②一套较完整的生物工程设备系统包括：生物反应器、蒸汽系统、制冷系统等。

第二章

4通风发酵罐的基本要求

1.结构严密，耐灭菌，耐腐蚀；

2.良好的气-液-固接触和混合性能，高效的热量、质量、动量传递性能；

3.易于放大

4.满足生物反应要求下，尽量降低能耗

5.良好的热量交换性能

2 6.良好的检测与控制设备

5. 通风发酵罐的类型

类型：机械搅拌式，气升环流式，鼓泡式，自吸式

6.机械通风发酵罐的基本要求

① 发酵罐应具有适宜的径高比。

②发酵罐能承受一定压力。

③发酵罐的搅拌通风装置能使气液充分混合保证发酵液必需的溶解氧。

④发酵罐应具有足够的冷却面积。

⑤发酵罐内应尽量减少死角，避免染菌。

⑥搅拌器的轴封应严密，尽量减少泄漏。

7.机械通风发酵罐的结构、主要部件的类型（如搅拌叶）及其工作原理；

罐体：在发酵工业中，微生物需要进行纯培养，罐体为微生物的纯培养提供了一个密闭无菌的环境。

传动与搅拌系统：通过电机驱动减速皮带轮，使搅拌叶快速的旋转，搅拌叶将通入 罐底的空气充分打散，从而促进氧气在液体与微生物细胞之间的传递。搅拌叶类型：一般分为六平叶、六弯叶、六箭叶。

冷却列管：冷却水在列管里循环，通过液-固- 液传递将发酵过程产生的热量持续不断地带走，从而达到控制温度目的。

8.机械通风发酵罐的主要尺寸大小及比例

①罐体各部分的尺寸有一定的比例，罐高度与直径之比一般为~左右。

②发酵罐通常装有两组搅拌器，两组搅拌器的间距S约为搅拌器直径的2-5倍。对于大型发酵罐以及液体深度较高的，可安装三组或三组以上的搅拌器。最下面一组搅拌器通常与风管出口较接近为好，与罐底的距离一般等于搅拌器直径

7.气升式发酵罐的特点、主要类型及其工作原理

特点：反应溶液分布均匀

溶氧效率高

传热性好

3 结构简单

能耗小

不易被污染

维修容易

剪切力小

常见类型：气升环流式、空气喷射式、鼓泡塔

工作原理：

8.自吸式发酵罐的特点、主要类型与其工作原理

特点：

优点：

1.不需要空压机和附属设备，节省设备投资和厂房投资

2.溶氧速率、效率高，能耗低

3.设备自动化、连续化，降低劳动强度，减少劳动力。

4.设备结构简单，操作方便。

5.生产效率高、经济效益好

缺点：发酵罐是负压吸入空气，罐压低，容易污染。可过滤前加鼓风机给空气适当的压力，降低污染，增加风量，提高溶氧系数。

• 类型：机械搅拌自吸发酵罐 喷射自吸发文氏管发酵罐酵罐 伍式发酵罐 溢流喷射自吸发酵罐

工作原理：不需要空气压缩机提供加压空气，而依靠特设的机械吸气装置或者液体喷射吸气装置吸入无菌空气，实现混合搅拌与溶氧传质。

9.通风固相发酵设备的类型及主要结构

组成：曲室、架子和曲盘。

类型：浅盘式、旋转式、厚层式

第三章

4 10酒精发酵罐的主要结构特点

①酒精发酵罐筒体为圆柱形，底盖和顶盖均为碟形或锥形的

立式金属容器

②罐顶装有废气回收管，压力表、各种测量仪等

③大型发酵罐为了方便维修和洁，往往在罐底也装有人孔

④身上下部装有取样口和温度计接口

11现代啤酒发酵设备的主要类型

锥形罐

朝日罐

联合罐

不锈钢罐

12圆筒体锥底发酵罐的主要结构特点

①筒体常为拱形盖锥形底，筒体外壁装有各种形式的冷却夹套

②筒体的直径和告诉是主要参数

③发酵罐锥底角通常取73~75°

④贮酒罐锥底角通常为120~150°

13圆筒体锥底发酵罐的优缺点

优点：发酵速度快

厂房投资节省

冷耗节省

可依赖CIP自动程序清洗消毒卫生更容易保证

缺点：酵母泥使用代数一般比传统低

贮酒时，澄清比较困难，过滤必须强化；

短期贮酒不能保证温度一致。

第四章

14植物细胞培养反应器的主要类型

悬浮细胞培养反应器

---机械搅拌式反应器

---非机械搅拌式反应器

5 固定 化细胞生物反应器

---填充床反应器

---流化床反应器

---膜反应器

15动物细胞培养方法有哪几种

贴壁培养

悬浮培养

固定化培养

16.动物细胞培养反应器的主要类型

通气搅拌式细胞培养反应器

气升式动物细胞培养反应器

中空纤维细胞培养反应器

微囊培养系统

大载体系统

微载体系统

17.笼式通气搅拌细胞培养反应器的工作原理和优缺点

原理：反应器运转时，圆筒转动，由于离心力的作用，搅拌器中心管内产生负压，使搅拌器外培养基流入中心管，沿管螺旋上升，再从导流筒口排出，从搅拌器外沿下降，形成循环流动。在气腔内气体由分布管鼓泡，气体溶于液体中，依靠气腔丝网外液体的循环流动及扩散作用，使溶于液体中的气体成分均匀地分布到反应器内。

优点：避免向培养基直接通气时气泡损伤细胞

没有移动部件

密封好

氧转换率较高

便于放大。

缺点：氧传递系数小，不能满足高密度培养的耗氧

气路系统不能就地灭菌

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6 18何谓微载体培养系统，它的优点是什么

原理：

用固体小颗粒作为载体，细胞在载体的表面附着，通过连续搅拌悬浮于培养液中，并形成单层生长、繁殖。随着细胞附着面的扩大，细胞能充分利用生长空间和营养液，提高细胞生产效率和产量。

优点：

具有较高的表面积体积比

生长环境均一，条件易于控制，放大容易；

兼具贴壁培养和悬浮培养的优势，而且是均相培养；

取样和细胞汁数简单；

细胞和培养液易于分离；

大规模培养只需对微生物搅拌式或气升式培养系统稍加改进即可

适合于培养原代细胞、二倍体细胞株，它对生产重组产品来说是必不可少的有效方法。

第五章

19 生化过程主要检测的参数有哪些

物理参数

温度、压力、通气量等

化学、生物参数

氧化还原电位、碳源、氮源、金属离子等

20生物反应器的温度、体积流量（液体和气体）、pH、溶氧的在线测量仪表有哪些

（温度：半导体热敏电阻、玻璃温度计、热电偶

体积流量：电磁流量计、漩涡流量计、液体质量流量计

Ph：复合电极

溶氧：溶氧电极、氧气分析仪）

在线分析仪器设备：

高压液相分析系统

流动注射式分析系统

映像在线监控系统

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21生物反应器的温度、pH、溶氧是如何实现自动调节的 温度：控制器使用温度探头感应反应器内的温度，当温度大于设定值时，将电加热器关闭，通入的冷水很快使温度降低。当温度低于设定值时，控制仪打开电加热器，使温度升高。

Ph：pH控制系统是一开关控制系统，控制器根据pH偏差信号计算出开关阀门开关周期和开与关的时间长短，来控制输入的氨水的量，从而达到控制pH的目的。

溶氧：通过控制发酵罐压力、空气流量及搅拌转速的方法来控制。提高发酵压力，使发酵中二氧化碳的溶解度也增加，这不仅会改变发酵液的pH值，而且会影响氧的溶解度。

第六章

22原料的粗选、精选、分级设备哪些试举例说明。

粗选：大麦粗选机、力除铁器

精选：碟片式精选机、筒精选机

分级：平板分级筛、圆筒分级筛

23原料干式粉碎机有的主要类型

锤片式粉碎机

辊式粉碎机（对辊粉碎机）

圆盘钢磨

钢片式磨粉机

球磨机

24湿法粉碎的优点有哪些

消除了粉尘危害，改善了劳动环境，降低了原料消耗

粉碎过程中，淀粉已开始膨胀，提高了蒸煮效果

提高了蒸汽的利用率

由于粉碎在有水的情况下运转，使得机器零件的磨损减少，节省了设备维修费用。

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8

25糖蜜的连续稀释设备包括哪些类型

间歇式稀释器

连续稀释器

水平式连续稀释器

立式稀释器

错板式稀释器

胀缩式糖蜜连续稀释器

变管径式连续稀释器

26淀粉质原料的罐式蒸煮糖化流程包括哪些主要设备

蒸煮设备

真空冷却器

糖化设备

27啤酒的四器组合方式主要包括那些设备，各有什么作用

糊化锅：糊化锅是用来加热煮沸辅助原料和部分麦芽粉醪液，

使淀粉液化和糊化。

糖化锅：啤酒糖化锅的用途是使麦芽糖与水混合，并保持一定温度进行蛋白质分解和淀粉糖化。

过滤槽：获得澄清麦汁的一个关键设备。

麦汁煮沸锅：用于麦汁的煮沸和浓缩，把麦汁中多余水分蒸发掉，使麦汁达到要求浓度，并加入酒花，浸出酒花中的苦味及芳香物质。还有加热凝固蛋白质、灭菌、灭酶的作用。

28常用连续灭菌设备有哪些

连消塔加热的连续灭菌流程

喷射加热的连续灭菌流程