生物工程设备各章节要点3及三套题

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。连续灭菌具有如下的优点：（1）提高产量。与分批灭菌相比培养液受热时间短，可缩短发酵周期，同时培养基成分破坏较少。（2）产品质量较易控制。（3）蒸汽负荷均衡，锅炉利用率高，操作方便。（4）适宜采用自动控制。（5）降低劳动强度。8、培养基灭菌常用的加热设备、保温设备和冷却设备都有哪些，试举例。目前常用的加热设备是喷射加热器，其特点是结构简单，体积小，操作噪声低，蒸汽与料液混合充分，并在瞬时内即可完成加热。（可用于判断题）保温设备有两种：一种是罐式保温设备，即维持罐，另一种是管式保温设备，即维持管。冷却设备有：喷淋冷却器、真空冷却器、薄板换热器和螺旋板换热器9、为什么说培养基在维持罐中的停留时间应比按对数残留定律计算的维持时间要长？维持罐的高径比较小，不以保证培养基先进后出，部分培养基可能在罐中停留时间过长，过度受热，营养成分损失较多；部分培养基可能在罐中停留时间过短，不能达到灭菌要求而造成染菌。所以，培养基在维持罐中的停留时间应比按对数残留定律计算的维持时间要长。【实际维持时间常取理论灭菌时间的3—5倍】判断题：培养基在维持罐中的停留时间应比按对数残留定律计算的维持时间要长（短）第三章空气压缩及除菌设备1、空气除菌的方法：辐射杀菌、热灭杀菌、静电除菌、介质过滤除菌1、空气预处理的主要目的有哪两个?t提高压缩前空气的洁净度的主要措施？答：⑴①提高压缩空气的洁净度，降低空气过滤器的负荷；②取出压缩后空气中所带的油水，以合适的空气湿度和温度进入困难国企过滤器⑵提高空气吸气口的位置和加强吸入空气的前过滤2、提高截止过滤效率的主要措施⑴减少进口空气的含菌数：①加强生产环境的卫生管理，减少环境空气中的含菌量；②提高空气进口位置（高2/11空采风），减少空气进口微生物的含量；③加强压缩前的空气预过滤⑵设计和安装合理的空气过滤器⑶降低进入总过滤器空气的相对湿度。①采用无油润滑空压机；②加强空气的冷却，去除油水；③提高进入总过滤器的空气温度，降低其相对湿度。第四章设备和管道的清洗与灭菌名词解释CIP清洗系统：即在位清洗或原地清洗。它是指用机械使清洗剂和消毒剂，对生产设备的内表面，如发酵罐，热交换器，泵，阀门，管道和其他相关的容器内表面等无需拆卸和安装就能进行周期清洗和消毒的系统。.CIP系统的特点？（简答题）答案：①在同一装置中同时进行--灭菌，适合对生产罐体和配管同时进行清洗，消毒杀菌。在罐体中采用洗液喷射方式清洗，而在配管中洗液形成紊流效果的清洗。②操作程序控制完全自动化，只需要把必要的控制程序输入控制器可随时开启，是一种需时段，省力，可靠性高的清洗--灭菌装置。③经济效率高。这套装置在设计时均考虑到将清洗用水，洗涤剂，杀菌剂以及蒸汽的小号都保持最小。尽量减少清洗操作费用。灭菌检验常用的方法各有什么特点？答案：灭菌效果的检验通常有2种方法，一是直接微生物培养法，另一种是间接法，即灭菌蒸汽的温度和压强监控法。简单定性评价洁净度有哪些方法？答案：1，擦拭法2，水滴发，3，水雾法，4呼气法，5肉眼观察法。4影响清洗效果的因素答案：1，污物与金属表明间吸附能力的大小，与金属表面粗糙度有关。2，污物的特性也与清洗效果有一定的关系。3，冲刷强度时影响清洗效果的又一主要因素。4，清洗剂本身产生的效果取决于它的类型，活性以及浓度。5，多数情况下，清洗效果随温度的升高而增加。第五章通风发酵罐设备1、机械搅拌通风密闭发酵罐的主要特点？四点第一，利用机械搅拌的作用使无菌空气与发酵液充分混合，提高了发酵罐的溶氧量，特别适合于发热量大、需要气体含量比较高的发酵反应。第二，发酵过程容易控制，操作简便，适应广泛。第三，发酵罐内部结构复杂，操作不当，容易染菌。第四，机械搅拌动力消耗大，对于丝状细胞的培养与发酵不利。2、搅拌器的主要作用是：打碎气泡，延长气液接触时间，加速和提高溶氧，有利于传质和传热。3、常用的搅拌器有平浆式、螺旋桨式、涡轮式。4、罐内安装挡板的作用是：阻止因液体的水平流动而在液面中心产生的漩涡，促使液体上下翻腾，增加氧的溶解，提高搅拌效率。5、热交换器用于发酵培养基的加热、消毒、灭菌、冷却，并且能够调节发酵过程中的温度。6、热交换器的类型夹套式热交换器、立式蛇管交换器、立式排管热交换器。7、为了防治发酵料泄露和杂菌污染，搅拌器轴与罐底连接处需要密封，即轴封。常用的轴封有填料函轴封和端面轴封两种密封装置。8、现代通风固体深层发酵生物反应器有固定床生物反应器、流化床生物反应器、转鼓式生物反应器、挂盘式生物反应器和搅拌时生物反应器。9、消泡器的常用类型（任举三例）耙式、离心式、刮板式、涡轮式、射流式、碟片式消泡器等10、空气分布量的气泡直径与通气量有关，与孔径无关。11、为了减少震动，中型发酵罐一般在罐内装有底轴承，而大型发酵罐不仅装有底轴承，还要装有中间轴承。11、实验室的发酵罐的变速装置常采用无级变速装置。中试和工业发酵罐常采用三角皮带传动、圆柱或圆锥齿轮减速装置两种类型。12、机械搅拌通风发酵罐主要有罐体、搅拌器、挡板、轴封、空气分布器、传动装置、冷却管、消泡器、人孔、视镜等。第六章嫌气发酵设备1、根据微生物对空气的需求，发酵设备可分为两类：好气性发酵和嫌气型发酵。2、酒精发酵罐通常可分为开放式和密闭式两类，大多数工厂都采用密闭式发酵罐生产。3、酒精发酵罐筒体为圆柱形，底盖和顶盖为碟形或锥形，罐底装有排料口和排污口，罐身上下装有取样口和温度计接口；对于大型发酵罐，为了便于维修和清洗，往往在近罐底也装有人孔。3/114、酒精发酵罐的冷却，通常采用罐外列管式喷淋冷却的方法，具有发酵液冷却均匀，冷却效率高等优点。5、现在酒精发酵罐的洗涤，通常采用水力喷射洗涤装置进行洗涤。6、连续发酵因具有培养液浓度和代谢产物含量相对稳定，从而保证产品质量和产品稳定的优点。7、固定化细胞反应器中，酵母细胞固定化的方法通常有吸附法、包埋法和共价键法三种。8、啤酒酿造过程首先是制麦，然后是糖化，最后是回旋沉淀除去麦汁中的固形物。9、啤酒发酵设备大型化的目的是：由于大型化，使啤酒质量均一化；由于啤酒生产的罐数减少，使生产合理化，降低了主要设备的投资。10、目前全国新建的或改建的啤酒厂一般采用圆柱锥底罐的发酵方式。11、联合罐又称通用罐，用其发酵啤酒的优点是：生产周期短，建造及生产费用低。12、连续啤酒发酵设备，主要分为两类：塔式连续发酵与多罐式连续发酵。13、连续啤酒的风味比较更适宜制造上面啤酒，制造下面啤酒则需严格控制双乙酰含量和啤酒的氧化问题。第七章动物、植物细胞培养及酶生物反应器名词解释：1、贴壁培养：是让细胞贴附于适当基质上进行增殖培养的的方法，它适用于一切贴壁依赖性细胞以及兼性贴壁细胞。2、填充床反应器：是填充一定材质的填充物，供细胞贴壁生长的反应器。填空：搅拌式生物反应器主要由培养罐、管道、阀门、泵、马达及仪表等部分组成。气升式生物反应器最初是用于生产单细胞蛋白，后来用引申到动植物细胞培养中，特别是用于生产次级代谢产物的分泌性细胞。流化床与填充床相比较优点：（1）由于固定细胞可利用的表面积大，被固定在反应器中的细胞浓度将更大。（2）由于较大的表面积和反应器中较高的混合速率，传质速度更大。（3）不易被堵塞。成功的动物细胞培养过程也需要质量和热量的传递。因此，搅拌和通气成为动物细胞反应器控制的关键因素。植物细胞细胞壁主要成分为纤维素，虽然具有较大的抗张强度，但抗剪切的能力却相当弱。因此，必须对反映其中的搅拌装置进行改造，以降低剪切力的作用。流体剪切力对植物细胞的影响包括正负两个方面：一方面，适当的剪切力可增加培养系统的通气性，保持体系良好的混合状态和分散性，从而提高细胞的生物量和增加瓷生产物的产量。另一方面，剪切力对植物细胞的损伤，往往造成细胞破损，细胞内含物释放到培养基中，从而改变体系的物理性质，进而影响整个培养系统的细胞生长和产物合成。10、目前使用的植物细胞培养器主要有传统的机械搅拌式、非机械搅拌式、及固定式。11、酶的反应通常是在一定的反应容器中进行，以便控制酶催化反应的各种条件和催化反应的速度。这种用于酶进行催化反应的容器及其附属设备称为酶反应器。12、离体培养的动物细胞可分为三种类型贴壁依赖性、非贴壁依赖性、兼性贴壁性。简答：酶生物反应器的要求？（1）反应体系应具有良好的传质和混合性能，是生物催化剂颗粒能够在反应器中均匀分布，反应器内任意点之间变量的差异可忽略不计。（2）所用生物催化剂应具有较高的比活及浓度，才能得到较大的产品转化率。（3）能够利用计算机实现自动检测和调控，以便获得最佳的反应条件。2、酶反应器操作中，生产能力逐渐降低，主要原因是固定化酶活性降低或损失。造成固定化酶活性损失的原因？（1）酶本身的失火（2）酶从载体上脱落（3）载体的破碎或溶解第八章产物分离与提取名词解释生物反应产物分离纯化:是指从生物反应培养体系中提取、分离纯化和精致所需产品的过程，又称为生物工程下游技术。过滤：在外力作用下，使混合物的连续相流体通过多孔介质的孔道时截留分散相颗粒，从而实现分离的操作。离心分离：在离心力场的作用下，将悬浮液中的固相与液相加以分离，多用于颗粒较细的悬浮液和乳浊液的分离。发酵液产品处理过程流程图发酵液——预处理——细胞分离——细胞破碎——细胞碎片分离——初步纯化——高度纯化——成品加工4/113常见的单元操作包括：固液分离、分离纯化、精制成形4按过滤介质性质不同，可将过滤设备分为粒状介质过滤机、滤布介质过滤机、多孔陶质过滤机；按操作方式不同，分为间歇式过滤机和连续式过滤机。5过滤操作分为四个阶段：过滤阶段、滤饼洗涤、滤饼干燥、滤饼卸除。简答题1、离心机的分类（1）按离心分离因数大小对离心机的分类：常速离心机、高速离心机、超高速离心机、（2）按操作原理不同对离心机分类：过滤式离心机、沉降式过滤机、分离式离心机。（3）按操作方式对离心机分类：间歇式离心机、连续式离心机2、板框压滤机的特点：结构简单，紧凑：过滤推动力大、辅助设备少。动力消耗少；过滤洗涤质量好；能够分离难以用其他过滤设备过滤的悬浮液；滤饼含水量少；维修方便。缺点：设备笨重，间歇操作，装拆板框及卸载的劳动强度大，设备占地面积大，辅助时间长。3、带式真空过滤机的