生物工程设备思考题---------答案

生物工程设备思考题

名词：

对数残留定律：在灭菌过程中，活菌数逐渐减少，其减少量随着活菌数的减少而递减，即微生物的死亡速率与任一瞬时残留的活菌数成正比。

纳滤：（NF）是介于反渗透与超滤之间的一种压力驱动型膜分离技术，是一个能从溶液中分离出相对分子质量为300-10000的物质的膜分离过程。错流过滤：在泵的推动下料液平行于膜平面流动，与死端过滤不同的是料液流经膜面时产生的剪切力把膜面上滞留的颗粒带走，从而使污染层保持在

一个较薄的水平

双水相萃取：双水相系统形成的两相均是水溶液，它特别适用于生物大分子和细胞粒子，不同的高分子溶液相互混合可产生两相或多相系统，如葡聚

糖和聚乙二醇，按一定的比列与水混合，溶液混浊，静置平衡后，分

成互不相溶的两相，上相富含PEG,下相含葡聚糖。

超临界萃取：利用超临界流体，即其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为萃取剂，从固体或液体中萃取出来

某种高沸点或热敏性成分，以达到分离和提纯的目的。

动物细胞培养生物反应器：是一类模拟培养物在生物体内的生长环境，具有较低的剪切效应，较好的传递效果和力学性质的设备。

中空纤维细胞培养法：细胞能在中空纤维上不断地从流动的培养液中获得营养物质，细胞代谢产物和培养物又可随培养液的流动而流走。

微囊化培养技术：是用固定化技术将细胞包裹在微囊里，在培养液中悬浮培养。酶反应器:以酶为催化剂进行生物反应所需的设备。

1.粉碎的粒径范围如何划分？

原粒径成品粒径

粗碎 40-1500mm 5-50mm

中细碎 5-50mm 0.5-5mm

微粉碎 5-10mm <100um

超微粉碎 0.5-5mm <25um

2.机械粉碎的5种形式（5种粉碎力）

挤压粉碎、冲击粉碎、磨碎、劈碎和剪碎。

3.影响灭菌的因素是什么？

微生物的热阻和相对热阻；培养基成分与其物理状态、其氢离子浓度；其微生物数量；微生物细胞含水量；微生物细胞菌龄；微生物的耐热性；空气排出情况；搅拌；泡沫。

4.培养基的灭菌工业上可为哪几类？

化学灭菌法，电磁波、射线灭菌法，干热灭菌法，湿热灭菌法，过滤除菌法，火焰灭菌法。

5.连续灭菌与间歇灭菌相比有何特点

连续灭菌：保留较多的营养物质，容易放大，较易自动控制，受蒸汽的影响较小，缩短灭菌周期，发酵罐利用率较高，蒸汽负荷均匀，某些情况下可使发酵高腐蚀少，但设备比较复杂；间隙灭菌：设备投资少，染菌的危险性较小，人工操作方便，对培养基固体物质含量较多时更为适宜，但灭菌过程中蒸汽用量变化大，造

成锅炉负荷波动大，一般只限于小型发酵装置。

6.工业上实罐灭菌的条件是什么？空消：一般维持在什么条件？

7.管路在实消时均应遵循的原则是什么？

8.按能量输入方式不同，生物反应器可分为哪几类？

通过机械搅拌输入能量的搅拌式发酵罐、利用气体喷射动能的气升式发酵罐和利用泵对液体的喷射作用使液体循环的喷射环流式发酵罐等。

9.通风式发酵罐生产时应保持什么压力状态？

正压状态

10.生物反应器的作用是什么？

为生物体代谢提供一个优化的物理和化学环境，使生物体能更好地生长，得到更多所需的生物量或代谢产物。

11.生物反应器按催化剂类型或培养对象可分几类？按操作方式如何分类？

生物反应器按催化剂类型或培养对象分类：酶促反应器、微生物培养发酵罐、植物细胞反应器、动物细胞反应器等。按操作方式分类：间隙式生物反应器、连续式生物反应器、半连续式生物反应器。

12.消泡剂应该具备哪些条件？耙式消泡器的长度约为罐径的几倍？

13.通风发酵罐一般装料高度为圆柱部分高度是多少？

H/D=1.7-4，一般以2-3为宜。

14.生物加工过程的控制参数有哪些？

设定参数（物理参数）：温度、压力、通气量、搅拌转速液位等；状态参数（化

学参数）：pH值、DO、溶解CO

2 浓度、尾气O

2

含量、尾气CO

2

含量、黏度、菌体

浓度等；间接参数：氧利用速率（OUR）、二氧化碳释放速率（CER）、比生产速率（u）、体积传质速率（k

L

a）、呼吸熵（RQ）等。

15.要提高溶解氧浓度，常采取什么措施？

搅拌（打成气泡，形成湍流）；增大空气线速度；空气分布装置（一般增大通风量）；发酵罐内柱高度（H/D=1.7-4，一般以2-3为宜）；提高温度；氧分压（纯氧含量高的空气，罐压增大）；其他因素（添加表面活性剂、离子浓度、细胞等）。

16.发酵过程对传感器的要求是什么？

准确性、精确度、灵敏度、分辨能力要高，响应时间滞后要小，能够长时间稳定工作，可靠性好，具有可维修性；

对发酵用传感器的特殊要求是由发酵反应的特点决定的，发酵底物中含有大量的微生物，必须考虑卫生要求，发酵过程中不允许有其他杂菌污染；

传感器与发酵液有直接接触，一般要求传感器能与发酵液同时进行高压蒸汽灭菌，不能耐受蒸汽灭菌的传感器可在罐外用其他方法灭菌后无菌装入；

发酵过程中保持无菌，要求传感器与外界大气隔绝，采用的方法有蒸汽气封、O 形圈密封、套管隔断等；

发酵用传感器容易被培养基和细菌污染，应选用不易被污染的材料如不锈钢，同时要注意结构设计，选择无死角的结构和和形状，防止微生物附着及干扰，便于清洗，不容易泄漏；

传感器要有除被测变量之外不受过程中其他变量和周围环境条件变化影响的能

力，如抗气泡及泡沫干扰等。由于上述种种原因，使得许多传感器，尤其是检测化学物质浓度、微生物浓度的传感器，很难在工业规模的生化工程中使用。17.良好的生物反应器的技术要求是什么？

结构严密、耐灭菌、耐腐蚀；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；易于放大；满足生物反应要求下，降低能耗；良好的热量交换性能；良好的检测和控制设备。

18.气升式生物反应器（ALR）的主要类型有哪些？

带升式发酵罐、气升及外循环发酵罐、气升及环流发酵罐、塔式发酵罐。

19.机械搅拌发酵罐的径高比是多少？酒精发酵罐的高径比H/D为多少？

机械搅拌发酵罐的径高比是2-3，酒精发酵罐的高径比H/D为1.1-1.5。

20.机械搅拌式生物反应器主要有哪几部分组成？

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。

21.螺旋桨式搅拌器的特点是什么？

向下推动，适用于大尺度混合均匀的搅拌。

22.搅拌器的作用是什么？搅拌桨的形式主要有哪些？

作用：打碎气泡，使空气和溶液均匀充分接触，使氧溶解于液醪中。

形式：螺旋桨（轴向搅拌），涡轮式（径向搅拌）。

23.挡板有何作用？全挡板条件是什么？

挡板的作用：防止液面中央形成漩涡流动，增强湍流和溶氧传质；改变液流的方向，由径向流改为轴向流，促使液体激烈翻动，增加溶解氧；防止搅拌过程中漩涡的产生，而导致搅拌器露在料液上，起不到搅拌作用。

全挡板的条件：达到消除液面漩涡的最低条件，即在一定转速下，再增加罐内附件而轴功率仍保持不变。

34.发酵罐挡板宽度一般为多少？挡板与罐壁之间的距离是多少？

挡板宽度：（0.1-0.12）D，装设4-6块即可满足全挡板条件；挡板与罐壁之间的距离：挡板宽度的（1/5-1/8）避免形成死角，防止物料与菌体堆积。

25.动物细胞反应器有哪几类？动物细胞大规模培养技术主要有哪些？

动物细胞反应器类型：气升式生物反应器、中空纤维管生物反应器、流化床生物反应器、搅拌罐生物反应器、堆积床生物反应器、一次性生物反应器，载体细胞培养系统。

动物细胞大规模培养技术：中空纤维细胞培养法、微载体培养技术、微囊化培养技术。

26.应用中空纤维管生物反应器培养动物细胞时的优点是什么？

既可培养悬浮生长的细胞，又可培养贴壁依赖性细胞，细胞密度最高可达109cells/mL,可获得高密度细胞。

27.啤酒露天发酵罐的锥体角度一般为多少？

28.固体静态发酵反应器有哪几类？

填充床生物反应器、流化床生物反应器、转鼓式生物反应器、浅盘式生物反应器、搅拌生物反应器和压力脉动固体发酵生物反应器。

29.目前反应器的放大方法主要有哪些？

经验放大法：放大比例一般较小，但此法不够精确，以定性为主；

因次分析法：也称相似模拟法，根据相似原理，以保持无量纲数相等的原则进行