生物工程设备复习题

生物工程设备复习题

1. 生物反应器（P1）：是指以活细胞或酶为生物催化剂进行细胞增殖或生化反应提供适宜环境的设备，分为细胞反应器和酶反应器。其目的： 一生产细胞，二收集细胞代谢产物，三直接用酶催化得到所需产物

2.比生长速率（P5）：生物量生长速率：dx/dt=μX ,其中μ为比生长速率，单位h-1 ，X为生物量浓度，单位g/L，t生长时间，单位h….倍增时间td=ln2/μ（特定指数生长期）

3.无抑制的细胞生长动力学——Monod方程（P6）：μ=μ

S>> Ks 时，μ=μ

max max S/(Ks+S) 其中μmax 特定基质下的最大比生长速率，Ks 饱和常熟（g/L）为此系统比生长速率达到的最大值的一半的基质浓度，当基质浓度

4.机械通气搅拌发酵罐的结构，各个部件作用（P30）(电机，罐体，搅拌器和挡板,人孔。冷却管….)

5.发酵液的溶氧传递速率（OTR）（P34）：OTR=kL a (c*-c) 其中kL a体积溶氧系数，1/h或1/s , c* 相应温度压强下饱和溶氧浓度，mol/m³，c发酵液溶氧浓度mol/m³

6.影响kL a的因素（P35）：①操作条件：搅拌转速和通气量②发酵罐的结构和尺寸如体积、通气方法、搅拌叶轮的结构和尺寸③物料物化性能：扩张系数、表面张力、密度、粘度、培养基成分

7. 气升式反应器（P51）：常见类型有气升环流式，鼓泡式，空气喷射式等，工作原理把无菌空气通过喷嘴或喷孔喷射进发酵液中，通过气液混合物的湍流作用而使空气泡分割细碎，同时由于形成的汽液混合物密度降低故向上运动，而气含率小的发酵液则下沉，形成循环流动，实现混合和溶氧传质

8.自吸式发酵罐（P54）原理：依靠特设的机械搅拌吸气装置或液体喷射吸气装置吸入空气并同时实现混合搅拌与溶氧传质的发酵罐； 特点：一不必配备空气压缩机及相应的附属设备，节约资源和减少厂房面积；二溶氧速率高，溶氧效率较高，能耗较低；三用于酵母生产和醋酸发酵具有生产效率高，经济效益高优点； 缺点：自吸产生负压，易产生杂菌污染，同时必须配备低阻力损失的高效空气过滤系统

9. 微生物分为嫌气和好气两大类（P66）：酒精、啤酒、丙醇丁醇嫌气产品，谷氨酸、柠檬酸、酶制剂和抗菌素好气发酵产品，发酵过程需要不断通入无菌空气

10.酒精发酵罐的设备的结构和原理（P66） 结构与P31机械式通气搅拌相比 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。

11. 总得发酵热Q（P68）=生物合成热Q1-（蒸发损失热Q2+罐壁向周围热损失Q3）嫌气发酵而言

12. 啤酒发酵设备的发展方向（P73）-水泥-金属材料；二开放式发酵容器向密闭式转换；三密闭容器的演变

13. 新型啤酒发酵设备（P7860-90，

14. 锥形罐分为一罐法和两罐法（P79）两罐法分为（一种主发酵在发酵罐中进行，后发酵和贮酒阶段在贮酒罐中完成；二种主发酵和后发酵在一个发酵罐中进行，而贮酒罐中完成）特点：操作复杂，但贮酒阶段的设备利用率较高，使用少；一罐法是指将传统的主发酵和后发酵阶段都在一个发酵罐中完成；特点：操作简单，不用倒灌，清洗方便，消耗洗涤水少，省时，节能，使用广

15. CIP清洗系统（P87）Clean In Place 自动化喷洗装置，就地清洗系统

16.连续发酵（P89）在发酵罐内连续不断的流加培养液同时又连续不断的放出发酵液，使发酵罐中的微生物一直维持在生长加速期，同时又降低代谢产物的积累，缩短周期，提高设备利用率

17. 植物细胞培养的主要影响因素（P99）：①剪切力②气体成分③泡沫④光照⑤结团

18. 植物细胞培养反应器的类型（P101）:包括机械搅拌式反应器和气体搅拌式反应器（主要有鼓泡式反应器和气升式反应器））固定化细胞生物反应器（包括填充床反应器和流化床反应器和膜反应器）

19. 动物细胞培养方法（P107）贴壁培养、悬浮培养、固定化培养

20. 生化过程主要检测的参变量（P126）：温度、压强、液面或浆液量、泡沫高度、通气量，搅拌功率、pH、溶氧浓度、细胞浓度、酶活性、细胞生长速率

21. 在线检测（P130）仪器的电极等可直接与反应器内的培养基接触或课连续从反应器中取样进行分析测定，如发酵液的溶氧浓度，PH及温度、罐亚等；离线检测是从反应器中取样出来，然后用仪器分析或化学分析等方法检测；生物反应器检测的基本构成（传感器、信号转换、信号放大、输出显示）

22. 生物反应器检测的物质是（有机化合物）（P141），用于生物传感器的生物材料包括固定化酶、微生物、抗原抗体、生物体组织或器官

23. 大麦粗选机的工作原理（P186）利用三层筛孔的孔径大小和出口吸风道离心作用

24. 大麦分级的方法（P191）平板分级筛（筛面反复运动）圆筒分级筛（筛面孔径不同）

25. 物料粉碎的原理（P19226. 糖蜜原料的处理方法和设备（P200歇式稀释器和连续式稀释器（水平式、立式、错板式、胀缩式、变管径式）

27. 淀粉质原料蒸煮的作用（P204）：一使原料吸水后，借助于蒸煮时的高温高压作用，将原料的细胞膜和植物组织破裂，使内容物流出，呈溶解状态变成可溶性淀粉；二是借助蒸汽的高温高压作用，把存在于原料中的大量微生物杀死，以保证发酵过程中原料无污染

28. 麦汁蒸煮锅的结构，原理，作用（P215）作用：用于麦汁的煮沸和浓缩，并加入酒花，浸出酒花中的苦味和芳香物质，还有加热凝固蛋白质、灭菌、灭酶的作用

29. 发酵液的预处理方法（P22230. 过滤速度与哪些因素有关（P228），过滤速度与过滤面积成正比，与过滤压差成正比，与过滤液粘度成反比，且滤饼比阻力愈大，过滤速率愈小，滤饼层愈厚，速率愈慢

31. 下游加工过程四阶段（P261）：①发酵液的预处理和固液分离②产物提取③产物精制④成品加工

32. 萃取的三步（P261）①混合：料液和萃取剂充分混合形成乳状液，使溶质自料液中转入萃取剂中 ②分离：将乳状液分成萃取相和萃余相 ③溶剂回收

单级萃取，多级错流萃取，多级逆流萃取的特点

33. 超临界流体（SCF）（P274）是指温度和压力略超过或靠近临界温度和临界压力介于气体和液体之间的流体

34. 离子交换树脂的结构：（P279）；一种具有网状立体结构，且不溶于酸，碱和有机溶剂的固体高分子化合物，有两部分组成，一部分是不可移动且具有立体结构的网络骨架，另一部分是可移动的活性离子（如强酸性阳离子的是-SO3H，弱酸性为-COOH）

35. 真空蒸发的优点（P304）①物料沸腾温度降低，避免或减少物料受高温发生质变 ②沸腾温度降低，提高了加热蒸汽和溶液热交换的温度差，增加了传热强度 ③为二次蒸汽的利用创造了条件，可采用双效或多效蒸发，提高热能利用率 ④物料沸点降低，蒸发器热损失减少

36. 管式薄膜蒸发器按流体流动方向分为（P308升膜原理和爬膜现象（液膜的上升靠高速蒸汽气流对液膜的拖带而形成）

37. 结晶类型和特点（P320）浓缩结晶设备是采用蒸发溶剂，使浓缩液进入过饱和区结晶（自然结晶或晶种起晶），并不断蒸发，以维持溶液在一定的过饱和度进行育晶；

冷却结晶设备采用降温来使溶液进入过饱和区结晶，并不断降温，以维持溶液在一定的过饱和浓度进行结晶，常用于温度对溶解速度影响比较大的物质结晶，结晶前先将溶液升温浓缩

等电点结晶设备利用物质具有等电点的性质，通过调整溶液的pH，使晶体析出，设备形式与冷却结晶设备相似，区别在于等电点结晶时溶液比较稀薄，要使晶体悬

浮，搅拌要求较激烈，同时要选用耐腐蚀材料，以防止加酸调整

pH的腐蚀作用

38. 干燥概念（P333）机理（P333）干燥是利用热能（或其他能量）

除去目标产物中湿分（水分或有机溶剂）的单元操作。机理：两

个过程同时进行，一是热量由气体传给湿物料，使其温度升高；

二是物料内部的水分向表面扩散，并在表面汽化被气流带走；因

此，干燥操作属于传热传质同时进行的过程，且二者的传递方向

相反。

39.比生长速率（P5）：生物量生长速率：dx/dt=μX ,其中μ为比生

长速率，单位h-1 ，X为生物量浓度，单位g/L，t生长时间，单位h….倍增时间td=ln2/μ（特定指数生长期）

比生长速率μ ：每小时单位质量的菌体所增加的菌体量称为菌体比生长速率。

40.机械通气搅拌发酵罐的结构，各个部件作用（P30）(电机，罐体，搅拌器和挡板,人孔。冷却管….)

（1）罐体：罐体由罐身、罐顶、罐底组成， 罐体由圆柱体及椭圆形或碟形封头焊接而成，材料为碳钢或不锈钢。注意：罐体上的管路越少越好，进料、补料和接种口可共同一个接口。（2）搅拌器：作用：混合和传质 类型：轴向式（桨叶式、螺旋桨式）、径向式（涡轮式）（3）挡板：作用：防止液面中央形成漩涡流动，增强其湍动和溶氧传质。（4）消泡器：作用：将泡沫打破。类型：锯齿式、梳状式及孔板式。（5）空气分布装置：单管式分布装置、环形管的分布装置：（6）联轴器：作用：联轴器使上下搅拌轴成牢固的刚性联接 （7）轴承：为了减少震动，中型发酵罐—般在罐内装有底轴承，

而大型发酵罐装有中间轴承，底轴承和中间轴承的水平位置应能适当调节。（8）变速装置

试验罐采用无级变速装置。发酵罐常用的变速装置有三角皮带传动，圆柱或螺旋圆锥齿轮减速装置，其中以三角皮带变速传动较为简便。(9 )轴封作用: 使罐顶或罐底与轴之间的缝隙加以密封，防止泄漏和污染杂菌。

41.发酵液的溶氧传递速率（OTR）（P34）：OTR=kL a (c*-c) 其中kL a体积溶氧系数，1/h或1/s , c* 相应温度压强下饱和溶氧浓度，mol/m³，c发酵液溶氧浓度mol/m³可通过增大压力和温度来增加溶氧传质速率

42. 新型啤酒发酵设备（P78（还有联合罐和朝日罐）

43. 植物细胞培养的主要影响因素（P99）：①剪切力②气体成分③泡沫④光照⑤结团 ①剪切力，体积大，纤维素包裹，大液泡等导致对剪切力十分敏感②气体成分，气体流动性和混合效果比溶氧影响更大③泡沫，培养中会向外分泌多糖物质，从而泡沫严重阻碍了培养液正常流动④光照，光照对植物细胞代谢有重要影响⑤结团，发酵液混合困难，易沉底

44. 动物细胞培养方法（P107）贴壁培养、悬浮培养、固定化培养

1贴壁培养是一种让细胞贴附在某种基质或载体上进行增殖的培养方式,主要适用于贴壁细胞,也适用于兼性贴壁细胞如成纤维细胞和上皮细胞.贴壁培养的主要优点是细胞可贴附于发酵介质内外表面,有效的表达产品,同时容易进行培养液更换,使单位体积内的细胞密度较高,维持的培养周期相对较长.不足之处是不能有效监测细胞生长,贴附面积大,传质传氧差,培养条件不均一限制其放大培养,实际生产规模较小 目前贴壁细胞生产工艺最佳形式是搅拌式微载体悬浮发酵系统 2悬浮培养是指细胞在培养器中自由悬浮生长的过程,主要用于非贴壁依赖性细胞培养,如杂交瘤细胞.悬浮培养设备建构简单,可借鉴微生物发酵的经验,放大效应小但是细胞密度小,转换细胞悬浮培养会有潜在的致癌危险,培养病毒易失去病毒标记 3固定化培养,这种包埋培养对两类细胞都适用,细胞生长密度高,抗剪切力和抗污染能力强,对贴壁细胞常用胶原包埋,对非贴壁细胞常用海藻酸钙包埋

45. 生化过程主要检测的参变量（P126）：温度、压强、液面或浆液量、泡沫高度、通气量，搅拌功率、pH、溶氧浓度、细胞浓度、酶活性、细胞生长速率

46. 大麦粗选机的工作原理（P186）利用三层筛孔的孔径大小和出口吸风道离心作用

47. 一发酵罐基质浓度为225g/L，细胞浓度0.15g/L，dX/dt=1.5g/h,当基质浓度为175g/L，细胞浓度为

0.1g/L，此时， dX/dt=0.875g/h,若细胞生长可用Monod方程描述，求动力学参数μmax、Ks？ 解：已知：S1=225g/L X1=0.15g/L dX/dt=1.5g/h,

S2= 175g/L X2= 0.1g/L dX/dt=0.875g/h, 得：μ

由Monod方程：

-1max=20h Ks=225g/L μ μmaxSKS+SdXS μmaxXdtKS+S1.5225 μmax0.15KS+2250.875225 μmax0.1KS+225

17..已知发酵罐内细胞总浓度为400g/m3 ，此时细胞浓度随时间变化率为0.02g/Lh，则求（1）细胞比生长速率μ; （2）若此时细胞处于对数生长期，细胞数量倍增时间td 。

解：已知：X=400g/m3， dX/dt=0.02g/Lh 由 μ dX (2)td=ln2/μ＝0.693/0.05=13.86h Xdt 0.02 103

μ 0.05400

18.单机萃取,多级错流萃取,多级逆流萃取 48.

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