生物工程设备资料
生物工程设备 ppt课件
生物工程：用生物体或其组成成分在最适条件下产生有 益产物及进行有效生产过程的技术。
生物工程包括五大工程，即遗传工程(基因工程)、细胞 工程、微生物工程(发酵工程)、酶工程(生化工程)和生物反应 器工程。
在这五大领域中，前两者作用是将常规菌(或动植物细胞 株)作为特定遗传物质受体，使它们获得外来基因，成为能表 达超远缘性状的新物种——“工程菌”或“工程细胞株”。
列文∙虎克发现细胞，罗伯特∙胡克发明”cell”，德国的植物学 家施莱登和动物学家施旺证明了细胞是动植物的基本单位 ；
1897年德国的毕希纳发现被磨碎后的酵母细胞仍可进行酒精 的发醉，并认为这是酶的作用，并于1907年因此发现而获得 诺贝尔化学奖；
德国的科赫首先用染色法观察了细菌的形态，并发现了结核
美国的生化学家萨姆纳说明酶是一类蛋白质，在1946年和他 的同事共获诺贝尔化学奖；
我国微生物学家尹光琳等在20世纪70年代完成 维生素C微生物二步转化的方法。
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4 生物工程设备
③ 现代生物技术——基因工程技术，按人们意愿设计，通 过改造基因或基因组而改变生物的遗传特性。
1865年奥地利人孟德尔提出了经典的遗传学说；
一个优良的生物反应器应具有良好的传质、传热和 混合的性能；结构严密，内壁光滑，易清洗，检修维护 方便；有可靠的检测和控制仪表；搅拌及通气所消耗的 动力要少；能获得最大的生产效率与最佳的经济效益。
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4.1.1 微生物反应器
发酵罐——进行大规模悬浮培养微生物的反应器。 工业微生物发酵多为好氧发酵，因此发酵罐多采用通气 和搅拌方式来增加氧在培养液中的溶解。 发酵罐的类型：机械搅拌型、外部液体循环式、气升式
生物工程设备
生物工程设备生物工程设备是指用于生物制造和生物研究的各种仪器和设备，是现代生物技术研究和应用的基础设施之一。
生物工程设备涉及的范围广泛，包括发酵设备、细胞培养设备、分离纯化设备、DNA/RNA提取纯化设备、高通量筛选设备等。
随着生物技术的发展，生物工程设备已经成为生物制造和医药产业的重要支撑，为人类的健康事业做出了巨大的贡献。
1. 发酵设备发酵设备是生物工程设备中的核心设备之一。
在生物制药和食品工业中，微生物发酵已经成为一种广泛应用的技术。
发酵设备主要包括传统的罐式发酵系统、流动床发酵系统、气液固三相流发酵系统等，在不同的应用领域中具有不同的优势。
罐式发酵系统是一种传统的发酵设备，其使用广泛且成熟，适用于生产大量的高品质发酵产品。
该系统主要由发酵罐、搅拌器、加热系统、通气系统等组成。
这种系统的操作简单易行，可控性强，但对于体积较大的生物反应器来说，混合效应差，产物分离困难。
流动床发酵系统和气液固三相流发酵系统相对于传统的罐式发酵系统而言，有着更高的反应效率和更好的产物分离性能。
这些系统的研究和发展，增加了发酵结果的稳定性和可控性，充分利用了微生物的生物活性，以提高生物产品的生产效率和质量。
2. 细胞培养设备细胞培养设备是生物工程设备中的又一重要设备。
随着生物技术的快速发展，细胞培养技术已经广泛应用于生物医药制造和细胞修复等领域。
目前，多种类型的细胞培养设备已经被广泛应用。
常见的细胞培养设备主要包括培养皿、转瓶、振荡培养器、悬浮培养器、生物反应器等。
这些设备能够模拟人体内的生理环境，为细胞的生长和繁殖提供理想的条件。
悬浮培养器和生物反应器能够提供大规模的细胞培养，适用于生产大量的生物制品，如抗体、疫苗等。
在未来，随着生物技术的不断发展，细胞培养设备将会进一步发展和完善，以满足更多生物制药和生命科学的需求。
3. 分离纯化设备分离纯化设备是生物工程设备中的重要组成部分，其主要作用是将生物反应器中生产的产品得到分离、纯化并提纯的生产工艺。
生物工程设备
设备价格：根据预算和设备性能选择合适的设备价格保证 性价比。
设备安装：选择专业的安装团队保证设备的正确安装和使 用。
设备维护：制定定期的维护计划保证设备的正常运行和使 用寿命。
设备性能参数
设备类型：生 物反应器、离 心机、过滤系
统等
容量：根据生 产规模选择合
发酵器：用于微生物发酵如酵 母、乳酸菌等
发酵床：用于微生物发酵如蘑 菇、木耳等
发酵箱：用于微生物发酵如面 包、蛋糕等
酶反应器
酶反应器是一种用于生物工程设备的重要类型 酶反应器主要用于酶催化反应如酶催化合成、酶催化降解等 酶反应器的主要组成部分包括反应器本体、搅拌系统、温度控制系统、压力控制系统等 酶反应器在生物工程领域具有广泛的应用如生物制药、生物燃料、生物材料等
膜分离设备
原理：利用膜 的渗透性差异 实现物质分离
应用：生物制 药、食品加工、 环境工程等领
域
特点：高效、 节能、环保、
操作简便
主要类型：微 滤、超滤、纳 滤、反渗透等
离心分离设备
离心转子：用于固定离心管 使其在离心过程中保持稳定
离心管：用于收集离心后的 液体和固体颗粒
离心机：用于分离液体和固 体颗粒如血液、细胞等
生物工程设备的生 产应用
在制药行业的应用
生物反应器：用 于生产疫苗、抗 体、酶等生物制 品
细胞培养系统： 用于细胞培养、 细胞工程、细胞 治疗等领域
生物分离技术： 用于分离、纯化 药物、蛋白质等 生物制品
生物检测技术： 用于药物质量控 制、药物安全性 评价等领域
在食品行业的应用
食品加工：生物工程设备可以用于食品的加工和生产如发酵、酶解等。
生物工程设备知识点考点整理
生物工程设备知识考点整理●一、物料粉碎和液体培养基制备●1. 简述锤式粉碎机工作原理及优点。
●工作原理：●1、作用力主要为冲击力●2 、物料从料斗进入机内，受到高速旋转锤刀的强大冲击力而被击碎●3、小于弧形筛面筛孔直径的微粒，逐步被筛面筛分，落入出料口●4、大于筛孔直径的颗粒，在受到锤刀冲击后，由于惯性力的作用而高速四散、散落，有的撞击到棘板上被撞成碎块，小的逐渐被筛分，稍大颗粒再次弹起，又被高速旋转的下排锤刀所冲击，逐步使大颗粒变小●5、没有撞击到棘板上的颗粒，也会遇到后排锤刀的冲击●6、如此反复，直至将大块物料撞碎成细小颗粒后从筛孔落下进入出料口●优点：●构造简单、紧凑，物料适应性强，粉碎度大（粗、细粉碎皆可），生产能力高，运转可靠●2. 简述辊式粉碎机的工作原理、工作过程及适应何种性质物料的粉碎？●原理：●1、挤压、剪切（当两辊速不同时）●2、由2个直径相同的钢辊相向转动，把放在钢辊间的物料夹住啮入两辊之间，物料受到挤压力而被压碎●工作过程：●1、两辊的圆周速度一般在2.5~6m/s之间●2、许多粉碎机，将两个辊子的转速安排成有一定的转速差，一般可达2.5：1，或者是两只辊子的表面线速度具有5％~30％的速差，提高对物料的剪切力，增加破碎度●3、两个辊子中，一个是固定的，一个是可以前后移动的，用以调节两辊筒的间距，控制粉碎粒度●适用范围：●脆性、硬度较小物料的粉碎，如：麦芽、大米等●3.简述酒精厂淀粉质原料蒸煮糖化过程及目的。
●目的：●1、原料吸水后，借助于蒸煮时的高温高压作用，将原料的淀粉细胞膜和植物组织破裂，使其内容物流出，呈溶解状态变成可溶性淀粉●2、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杂菌污染●3、部分糖化（组织破裂、糊化、灭菌、部分糖化）●流程：罐式、柱式、管道式●蒸煮（加热）、后熟（保温、最后一罐气液分离出二次蒸汽并使之降温）、冷却、糊化、冷却●4.以淀粉质原料为培养基时，多采用罐式连续蒸煮糖化流程来处理这些原料，该糖化流程中的蒸煮设备有那些，简述它们各自的作用及特征？●蒸煮罐●作用：●1、原料吸水后，借助于蒸煮时的高温高压作用，将淀粉细胞膜和植物组织破裂，使其内容物流出，呈溶解状态变成可溶性淀粉●2、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杂菌污染●特征●1、长圆筒与球形或蝶形封头焊接而成●2、罐顶装有安全阀和压力表，顶部中心的加热醪出口管应伸入罐内300~400 mm，使罐顶部留有一定的自由空间●3、罐下侧有人孔，用于焊接罐体内部焊缝（该罐应采用双面焊接）和检修内部零件●4、在靠近加热位置的上方有温度计插口，以测试醪液加热温度●5、为避免过多的热量散失，蒸煮罐须包有保温层●6、直径不宜太大，直径过大，醪液从罐底中心进入后会发生返混，不能保证进罐醪液的先进先出，致使受热时间不均而造成部分醪液蒸煮不透就过早排出，而另有局部醪液过热而焦化●加热器：●作用：●器汽液接触均匀，加热比较全面，在很短的时间内可使粉浆达到规定的蒸煮温度●特征：●1、由三层直径不同的套管组成●2、内层和中层管壁上都钻有许多小孔，各层套管用法兰连接●3、粉浆流经中层管，高压加热蒸汽从内、外两层进入，穿过小孔向粉浆液流中喷射●后熟罐：●作用：●增加蒸煮时间，使过程连续。
生物工程设备知识点总结
生物工程设备知识点总结生物工程设备是生物工程领域中所使用的各种工具和设备的总称。
这些设备涵盖了从实验室规模到工业生产规模的所有范围，用于生物制药、生物材料、基因工程等领域的研究和生产。
下面是对生物工程设备的一些常见知识点的总结。
一、发酵设备：1.发酵罐：用于培养微生物或细胞系的设备，以产生目标产品。
发酵罐通常包括搅拌装置、温控系统、pH调节系统、通气装置等。
2.培养皿：用于小规模培养细胞系或微生物的设备，可以是培养瓶、培养皿、微孔板等。
3.生物反应器：一种能够控制温度、氧气分压、pH值等参数的设备，用于工业规模的生物制药或发酵过程。
二、分离与纯化设备：1.超高速离心机：用于将混合物中的固体颗粒或细胞沉降至底部，以分离出清液。
2.过滤设备：包括膜过滤器、离心过滤器等，用于将混合物中的颗粒、细胞或溶质分离出来。
3.色谱仪：用于分离混合物中的不同成分，包括气相色谱仪、液相色谱仪等。
4.蒸馏设备：用于分离混合物中的挥发性成分，包括蒸发器、蒸馏塔等。
三、分析与检测设备：1.光谱仪：包括紫外-可见光谱仪、红外光谱仪等，用于分析样品中的化学成分或物理性质。
2.质谱仪：用于分析样品中的化学成分，并确定其分子结构。
3.核磁共振仪：用于分析样品中的原子核的化学环境和结构。
4.电化学分析仪：用于分析样品中的电化学性质，包括pH计、电位计等。
四、生物成像设备：1.激光共聚焦显微镜：用于观察生物样品的高分辨率图像。
2.荧光显微镜：通过激发生物样品中的荧光染料来观察样品的显微图像。
3.电子显微镜：利用电子束来观察生物样品的超高分辨率图像。
五、生物反应器：1.生物化学反应器：用于进行生物化学反应，如酶反应、酶促反应等。
2.细胞培养反应器：用于细胞的生长、分化和扩增，包括培养皿、生物反应器等。
3.基因工程反应器：用于进行基因工程研究和生产，包括DNA合成反应器、基因转染设备等。
六、其他设备：1.冻干机：用于将液体样品冻结并在低真空下去除溶剂，以得到干燥的样品。
生物工程设备第一章
1.1 培养基的灭菌设备
培养基的热灭菌动力学 在一定温度下，活的微生物杂菌细胞 （包括杂菌芽孢），受热死亡过程遵照 分子反应速度理论，与一级化学反应中 未反应分子的减少速度类似。杂菌是一 个复杂的高分子体系，其受热死亡是因 蛋白质高分子物质不活泼，结果导致蛋 白质变性，这种反应同属于一级反应。
辊式粉碎机 辊式粉碎机广泛应用于颗粒状物料的中碎和细 碎。常用的有两辊式、四辊式、五辊式和六辊 式等。 （1）两辊式粉碎机 两辊式粉碎机如图所示，主要的工作构件为两 个直径相同，相向转动的钢辊，辊筒表面形状 有表面光滑的、表面有齿的和表面有凸棱或凹 槽的。粉碎机工作时，把放在钢辊间的物料夹 住拖入两辊之间，物料受到挤压而破碎。两个 辊子中，一个固定，一个辊筒轴承座可以前后 移动，用以调节两辊筒间距，控制粉碎度。
两辊式粉碎机
多辊式粉碎机 为了用一台粉碎机达到下一步生产要 求的粉碎度，同时提高生产能力，往往 使用四辊、五辊、六辊带筛分的辊式粉 碎机。如图所示。
四辊式粉碎机
五辊式粉碎机
六辊式粉碎机
湿式粉碎机 为了避免干法粉碎危害工人的身体健康，在某 些产品的生产过程中，采用湿法粉碎操作。所 使用的机器称为湿式粉碎机。湿式粉碎机主要 包括：输料装置、加料器、粉碎装置和加热器 等，粉碎可采用一级或二级粉碎（两台粉碎机 串联使用）。 砂磨机是湿法粉碎过程中常用的一种机器。工 业上用的砂磨机有盘式砂磨机、双轴立式砂磨 机等。图1-12是德国DRISWERKE公司生产的 PM-DCP型砂磨机，主要由转子、定子、分离 装置、传动装置、液压系统及控制系统组成。
薄板换热器连续灭菌流程
培养液在设备中同时完成预热、加热灭菌、维 持及冷却过程。 利用薄板换热器进行连续灭菌时，加热和冷却
生物工程设备第4章
第四节 膜分离设备
一、膜分离
膜分离技术是借助于膜的孔径，在推动力作用下，把大于标示膜孔径的 物质分子截留，实现溶质的分离、分级、浓缩的过程 膜分离与其他一些分离手段相比，具有干净（比萃取）、效率高（比薄 膜蒸发浓缩）、投资小（比大型离心机）、易验证（比有机溶剂沉淀）、 连续操作、易于放大等优点 缺点：膜分离设备价格昂贵、易堵塞、处理量小
滤饼过滤
深层过滤
膜过滤
2. 沉降原理
沉降是利用液固间密度差异，在重力场或离心 力场中的速度差实现液固分离的过程。密度差 越大越有利于分离，重力场或离心力场越大越 有利于分离。
3. 沉降速度
gd p ( ρ p − ρ ) wt = 18 μ
2
沉降速度的计算
假设wt t处斯托克斯定律区时 d pρw t Re p = <2 μ 计算沉降速度 验证是否符合假设？如符合，OK;如不符合，设 其他区，直至符合。 校正 看例题
πω h( 3R 2 + R 1 ) Σ= 2g
2
2
2
碟片式离心机
2πω s( R 2 − R 1 ) Σ= 3g tan θ
2
3
3
卧螺机
πl1ω ( 3R 1 + R 2 ) πl 2ω ( R 2 + 3R 2R 1 + 4R 1 ) Σ= + 2g 4g
2 2
2
2
2
2
6. 离心机的生产能力
明流
暗流
2. 板框压滤机的特点
结构简单、操作容易、故障少、保养方便，机器使用 寿命长，所需辅助设备少 对物料的适应性强，既能分离难以过滤的低浓度悬浮 液和胶体悬浮液，又能分离料液黏度高和接近饱和状态 的悬浮液 2间选用 过滤面积选择范围广，可在3~1250m2 滤饼含湿量较低 固相回收率高、滤液澄清度好 滤布的检查、洗涤、更换较方便 过滤操作压力大，可达1 MPa，过滤操作稳定 造价低、投资小 间歇操作，辅助时间长，劳动强度大
生物工程设备概论
生物工程设备概论
生物工程设备是一种用于生物制造和研究的专业设备，它们通常用于生物制药、生物材料、生物能源等行业。
生物工程设备包括生物反应器、生物分离设备、生物传感器、生物检测设备等。
生物反应器是生物工程设备中最常见的一种，它用于培养和维持细胞、微生物或酵母等活细胞的生长环境。
通过控制温度、pH值、氧气供给等各种参数，生物反应器可以为细胞提供最
适宜的生长条件，从而促进细胞的生长和代谢物的产生。
生物反应器的种类有很多，包括批量反应器、连续反应器、循环反应器等，不同的反应器适用于不同类型的研究和生产需求。
生物分离设备则是用于提取和纯化生物制品的设备，它们通常包括离心机、超滤器、色谱柱等。
这些设备可以帮助将混合物中的生物制品分离出来，并进行纯化处理，以获取高纯度的目标产物。
生物分离设备在药物制造、酶制剂、生物染料等领域起着重要作用。
生物传感器和生物检测设备则用于监测和检测生物制品的质量和活性。
生物传感器可以通过对生物体内生物活性物质的测量，快速、高效地获取生物制品的活性信息。
生物检测设备则可以对生物制品的质量进行定量和定性的检测，确保生物产品符合质量标准。
总的来说，生物工程设备在生物制造和研究领域起着至关重要的作用，它们为生物技术的发展和生物产品的生产提供了必要
的技术支持和保障。
随着生物工程技术的不断创新和发展，生物工程设备也将不断更新和完善，以满足不断增长的生物生产需求。
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G
(D2
d2)
4
w-培养液流速，m/s； G-培养液流量，m3/h， D-外管直径，m； d-内管直径，m；
塔高 H w
H-连消塔高，m；τ-灭菌时间，s。
生物工程设备
内管蒸汽喷孔总面积和孔数
根据蒸汽消耗量（m3/h）等于从小孔喷出的蒸
汽量（m3/h）得
Fw V 3600
概述 连续灭菌流程与设备 分批灭菌过程与设备
生物工程设备
生物工程设备
生物工程设备
概述
现代生物技术工业涉及的生物培养往往是纯种培养， 需对培养基等进行灭菌。
染菌的危害： 生产菌和杂菌同时生长，生产菌丧失生产能力； 在连续发酵过程中，杂菌的生长速度有时会比生产
菌生长得更快，结果使发酵罐中以杂菌为主； 杂菌及其产生的物质，使提取精制发生困难 杂菌会降解目的产物； 杂菌会污染最终产品，杂菌会污染最终产品； 发酵时如污染噬菌体，可使生产菌发生溶菌现象。
体内的一些重要蛋白质，如酶等，发生凝固、 变性，从而导致微生物无法生存而死亡。
生物工程设备
湿热灭菌的优点 蒸汽来源容易，操作费用低，本身无毒； 蒸汽有强的穿透力，灭菌易于彻底； 蒸汽有很大的潜热； 操作方便，易管理。
生物工程设备
在灭菌过程中，培养基组分的破坏是 由两个基本类型的反应引起的：
5-培养基出口 6-喷淋冷却 7-冷却水
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（2）喷射加热-真空冷却流程
喷射加热器以较高速度自喷嘴喷出，借高速流 体的抽吸作用与蒸汽混合
管道维持器：维持灭菌时间 真空闪急蒸发室：由膨胀阀进入，因真空作用
使水分急骤蒸发而冷却到70~80℃左右，再进 入发酵罐冷却到接种温度。
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优点：加热和冷却在瞬间完成，营养成分破坏 最少，可以采用高温灭菌，把温度升高到 140℃而不致引起培养基营养成分的严重破 坏。设计得合适的管道维持器能保证物料先 进先出，避免过热。
缺点：受压力影响， 出料泵
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（2）喷射加热-真空冷却流程
蒸汽 喷射加热器
生培养液
维持管
膨胀阀 急聚蒸发室
真空
套管式连消塔用:内外两根管子套合组成内管开 有45°向下倾斜的小孔，孔径6mm。孔距应从 上到下减少，使蒸汽较为均匀。
培养基由塔底进入，与小孔中喷出的蒸汽连续 混合后在塔上部流出。培养基在塔内停留时间 一般取20~30s；线速度要求<0.1m/s。
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培养基流速、塔高
培养基流动速度
w
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灭菌的定义
定义：是指从培养基中杀灭有生活能力 的细菌营养体及其孢子，或从中将其除 去。工业规模的液体培养基灭菌主要是 杀灭杂菌。
生物工程设备
生物工程工业上防止杂菌污染的 措施
1）使用的培养基和设备须经灭菌； 2）好氧培养中使用的空气应经除菌处理； 3）设备应严密，生物反应器维持正压环
第一篇 生物质原料处理设备
第二章 生物细胞培养基 制备设备
生物工程设备
内容
第一节 液体培养基的灭菌 第二节 淀粉质原料的蒸煮与糖化 第三节 纤维素和半纤维素的水解 第四节 糖蜜原料的稀释与澄清 第五节 啤酒生产中麦芽汁的制备设备 第六节 固体培养基制备
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第一节 液体培养基的灭菌
生物工程设备
设备构造和计算
（1）连消塔 是培养液高温短时间连续灭菌设备，它
与维持罐组成连续灭菌系统，分套管式和汽液混合式
两类。
蒸汽
出料口
培养液
放汽 人孔
出料
培养液 图2-7 连消塔的构造
排液口
蒸汽进口 进料口
图2-8 连消器的构造
测温口
进料 图2-9 维持罐的外形
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连消塔
在20~30s或更短的时间内将料液加热至 130~140℃。生产中一般用0.5~0.8Mpa的活蒸 汽与预热后的料液直接接触而加热。
– 培养基中不同营养成分间的相互作用； – 对热不稳定的组分如氨基酸和维生素等
的分解。
高温瞬时灭菌
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2. 连续灭菌流程
连续灭菌优点： （1）提高产量； （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。 实际操作：
高温灭菌时间约为15~30s，然后根据发酵 类型不同在维持罐维持8~25min。
灭菌好的培养液
图2-5 加热-真空冷却连续灭菌流程
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（3）板式换热器灭菌流程
采用薄板换热器作为培养液的加热和冷却器， 培养液在设备中同时完成预热、灭菌及冷却过 程，蒸汽加热段使培养液的温度升高，经维持 段保温一段时间，然后在薄板换热器的另一段 冷却，从而使培养基的预热、加热灭菌及冷却 过程可在同一设备内完成。
（2）连消塔，是使高温蒸汽与料液迅速接触混 合，并使料液的温度很快升高到灭菌温度 （126~132℃）；
（3）维持罐，维持料液温度，延长灭菌时间 （4）冷却管，生产上一般采用冷水喷淋冷却，
冷却到40~50℃后，输送到预先已经灭菌过的 罐内。
生物工程设备
2 4
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图2-4 连续灭菌设备流程示意图 1-配料罐（拌料罐）2-蒸汽入口 3-连消塔 4-维持罐
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优点：灭菌的温度较高，灭菌时间较短，培养 基的营养成分受破坏的程度较低，从而保证了 培养基的质量；设备的利用率高；
缺点：过程所需的设备较多，操作较为麻烦， 染菌机会也相应较多
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灭菌好的培养液蒸汽源自水冷 却段热回 收段加热 段
冷却水
生培养液
维持段
图2-6 薄板换热器连续灭菌流程
境； 4）培养过程中加入的物料应经过灭菌； 5）使用无污染的纯粹种子。
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灭菌的方法
化学法 – 化学药品灭菌法：甲醛、苯酚等
物理法 – 干热灭菌法 – 湿热灭菌法（生物工程工业常用方法） – 射线灭菌法
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1. 湿热灭菌原理和影响灭菌的因素
湿热灭菌的原理：主要是因高温使微生物
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连续灭菌流程
在培养基输送至发 酵罐的同时进行加 热、保温和冷却而 进行的灭菌。
20s 2-3min
20s
144℃
温 度
27℃
时间(min) 图2-3 培养基连续灭菌过程中温度的变化
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（1）连消塔-喷淋冷却连续灭 菌流程
（1）配料预热罐，将配好的料液预热到60~70℃， 以避免灭菌时由于料液与蒸汽温度相差过大而 产生水汽撞击声；