生物工程设备复习题

1.真空冷冻干燥：将湿物料（或溶液）在较低温度下（-50~-10℃）冻结成固态，然后在高度真空（0.1~130㎩）下，将其中固态水分直接升华为气态而除去的干燥过程，也称升华干燥。

2.全挡板条件：在一定的搅拌转速下，在搅拌罐中增加挡板或其他附件时，搅拌功率不再增加，而漩涡基本消失。

3.人孔：安装在储罐顶上的安全应急通气装置，用于人员进出设备以便安装、检修和安全检查的开孔结构。

4.生物反应器：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，可分为细胞反应器和酶反应器两大类。

5.轴封：轴是一种摩擦密封或填料函，用以防止压缩机或其他流体输送设备轴与轴承之间的液体泄漏，也是防止泵轴与壳体处泄漏而设置的密封装置。

6.蛇管：一种可以定型的金属类软管和不可定型的金属类软管的一种通俗的名称，用于换热。

7.空消：无论是种子罐、发酵罐还是液氨罐、消泡罐，当培养基尚未进罐前对罐进行预先灭菌，为空罐灭菌。

8.糊化锅：用来加热煮沸辅助原料（一般为大米粉或玉米粉）和部分麦芽粉醪液，使其淀粉液化和糊化的设备。

9.凝聚：指在电解质作用下，由于胶粒之间双电层电排斥作用降低，电位下降，而使胶体体系不稳定的现象。

10.超滤：按粒径选择分离溶液中所含的微粒和大分子的膜分离操作。

11.双水相萃取：当两种亲水性溶剂或一种亲水性溶剂与一种盐在水中以一定浓度混合时，可形成互不相溶的两相，其中一相富含一种亲水性溶剂，一相富含另一种亲水性溶剂或盐，这种两相体系可称之为双水相体系。

12.夹套：在容器的外侧，用焊接的方式装设各种形状的钢结构，使其与容器外壁形成密闭的空间。

13.实消：将配制好的培养基放在发酵罐或其他容器中，通入蒸汽将培养基和所用设备一起灭菌的操作过程。

14.连消：将配制好的培养基在向发酵罐等培养装置输送的同时进行加热、保温和冷却过程的灭菌方法。

15.糖化锅：使麦芽粉与水混合，并保持一定温度进行蛋白质分解和淀粉糖化的设备。

16.絮凝：指在某些高分子絮凝剂存在下，基于架桥作用，使胶粒形成较大絮凝团的过程，是一种以物理的集合为主的过程。

17.错流过滤：在泵的推动下料液平行于膜面流动，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。

18.超临界流体：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。

19.流化床干燥：利用流态化技术，即利用热空气使置于筛板上的颗粒状湿物料呈沸腾状态的干燥过程。

20.萃取：将一种溶剂加入到料液中，使溶剂与料液充分混合，则欲分离的物质能够较多的溶解在溶剂中，与剩余的料液分层，从而达到分离的目的。

1.空气过滤除菌的设备主要有哪些，各自作用是？
①粗过滤器——主要捕集较大的灰尘颗粒，防止压缩机受磨损，同时也减轻总过滤器的负荷。

②空气压缩机——压缩气体，使机械能转化为气体压力，以便气体输送。

③空气贮罐——消除压缩机排出空气量的脉冲，维持稳定的空气压力，同时也可以利用重力沉降作用分离部分油雾。

④气液分离器——将空气中被冷凝成雾状的水雾和油雾粒子除去。

⑤空气冷却器——使空气中的水分和油分冷却雾化，以便后续分离出去。

⑥空气过滤器——过滤除菌。

2.麦芽汁是啤酒酵母的培养基，对于麦芽汁的制备，传统的四器组合方式有哪些设备，简述他们各自的作用及特征。

①糊化锅：用来加热煮沸辅助原料和部分麦芽粉醪液，使其淀粉液化和糊化。

特征有：锅身为圆柱形，锅底为弧形，并设有蒸汽夹套；盖顶做成弧形。

②糖化锅：作用是使麦芽粉与水混合，并保持一定温度进行蛋白质分解和淀粉糖化。

其特征与糊化锅大致一样，锅体比其大一倍，锅底可以是平的，也可以是球形的。

③过滤槽：糖化醪的过滤，得到澄清麦芽汁。

特征是圆柱形槽身，弧形顶盖，平底上带滤板的夹层。

上半部分与糊化锅相同。

④麦汁煮沸锅：用于麦芽汁的煮沸和浓缩，把麦芽汁中多余的水分蒸发掉，使其达到要求浓度，加入酒花，浸出酒花中的苦味及芳香物质，及加热凝固蛋白质、灭菌、灭酶的作用。

特征为圆形，体积较大，锅内有搅拌。

其他特征与糊化锅大致。

3.简述连消塔加热的连续灭菌流程？
待灭菌料液由连消泵送入连消塔底端，料液在此被加热蒸汽立即加热到灭菌温度383~403K。

然后料液由顶部流出，进入维持罐，维持8~25min，后经喷淋冷却器冷却到生产要求温度进入发酵罐。

4.生物反应器可分为细胞反应器和酶反应器有何区别？
细胞反应器是某种微生物的培养生长代谢过程的反应罐，这个过程需要控制的条件比较多，比较复杂。

它的作用是培养微生物来获取某种酶或其他产物。

而酶反应器是用某种单一的或几种酶，来进行某种分解或合成的生化反应过程，简单地讲，细胞反应器主要是微生物培养过程，酶反应器里进行的是较为单一生化反应过程。

5.发酵工艺研究的三个阶段各是什么？为什么要逐步放大试验规模。

三个阶段：①实验室研究，在此阶段进行基本生物细胞或菌种的筛选和培养基的研究，通常是通过摇瓶培养或1~5L反应器进行。

②中试阶段，在此阶段参考摇瓶的结果，用小型的发酵反应器进行生物培养或发酵，以进行环境因素的最佳操作条件的研究，在此阶段大多用10~500L规模的发酵反应器进行实验。

③工业化规模，在此阶段进行试验生产直至商业化生产，向社会提供产品，并获得经济效益。

为何逐步放大试验规模：尽管上述三个阶段对同一发酵生产使用不同规模的发酵罐或摇瓶所进行的生物反应是相同的，但反应溶液的混合状态、传质与传热速率是不尽相同的，因此细胞生长与代谢产物生成的速率也就是细胞代谢流也有差别。

为了估计在不同规模的发酵反应器中生物反应的状态和维持在反应器放大过程中细胞生长与生物反应速率的相似，而逐步放大试验规模。

1.对于谷物类物料，在生物工业化生产中一般要经过哪些预处理工艺？
①粗选机(除石、草、土块、小草籽、沙石和灰尘等)
②磁力除铁器(除磁性金属、铁钉、铁屑、铁丝等)
③精选机(除圆形杂粒、半粒及分级等)
④分级筛(平板分级筛、圆筒分级筛)
2.泡沫形成的原理？泡沫对发酵的不利因素是什么？消泡的方式有哪些？
泡沫形成原理：①气液接触；②含助泡剂；③起泡速度高于破泡速度。

而发酵过程中气泡的产生与通气量和搅拌的强烈程度、培养基配比与原料组成、菌体的生长代谢、灭菌的操作等有关。

不利因素：
①降低生产力；
②引起原料或产物浪费；
③增加了菌群的非均一性；
④引起染菌；
⑤消泡器的加入给后续产物的提取带来了麻烦。

消泡方式：加入化学消泡剂、使用机械消泡装置。

3.简述啤酒生产中添加酒花的作用。

①赋予啤酒特有的香味；②赋予啤酒爽快的苦味；③增加啤酒的防腐能力；④提高啤酒的非生物稳定性；⑤防止煮沸时窜沫
4.简述淀粉质原料蒸煮的目的。

①使原料吸水后，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。

5.蒸发器必须满足的基本要求？
①热能的不断供给，以维持溶液的沸腾和补充溶剂汽化所带走的热量。

②溶剂蒸汽（即二次蒸汽）的不断排除。

③一定的热交换面积，以保证传热量。

生长曲线对生物反应器的设计有何指导意义？
为了完成生物反应器的设计和优化，必须首先确定生物量、基质及产物浓度的变化速率、细胞生长、细胞数分布、产物合成、基质消耗等数据对运行情况的预报、控制及系统优化等都是必须的。

由于细胞反应器内整个过程是由细胞驱动，系统的分类自然集中于细胞的生长速率与所有速率的关系问题，而建立的细胞生长动力学模型便是典型的细菌生长曲线。

此曲线描述了一个既没有产物抑制又没有传递抑制的细菌培养过程记录。

但实际上抑制是存在的，前一种抑制方式是因产物浓度对生长率产生的抑制，后一种抑制方式则是由传递现象产生的抑制，如由必须基质耗尽导致的抑制，生长率随着限制基质的减少而降低，当这种营养物质耗尽，细胞将转向利用另一种可能的营养物质（如碳源），直至所有有用的营养物质全被耗尽，生长将完全停止。

另一方面，传递抑制通常与外部现象有关，取决于过程的最大速率。

可看到的结果是以一定速率的稳定生长，它在一个相当宽的生物量和基质浓度范围内保持恒定，并低于在特定基质下潜在的最大细胞生长速率。

只要条件不变，这一速率将维持恒定，最后，其中一种基质被消耗到某一水平，使生长速率与限制传递过程的速率可能在相同范围内。

当达到基质限制水平，生长速率将开始下降，直至最后停止。