生物工程设备复习题

题型：选择（10*2）、判断（10*2）、名词解释（5*3）、简答（5*5）论述（1*20）
名词解释：
全挡板条件：是指罐内加了挡板使漩涡基本消失，或者说是指达到消除液面旋涡的最低挡板条件。

消泡器；安装在发酵罐内转动轴的上部或安装在发酵罐排气系统上的，可将泡沫打破、分离成液态和气态两相的装置。

生物传感器；将生物体的成份（酶、抗原、抗体、激素）或生物体本身（细胞、细胞器、组织）固定化在一器件上，作为敏感元件的传感器。

真空煮晶锅；可控制溶液的蒸发速度和进料速度的一种结晶设备，适于结晶速度比较快，容易自然起晶（谷氨酸钠），且要求结晶晶体较大的产品。

浓差极化；当溶液从膜一侧流过时，溶剂及小分子溶质透过膜，大分子溶质则被膜阻留，并不断返回于溶液主流中，当这一返回速度低于被阻留分子在膜面聚集的速度，就在膜的一侧形成高浓度的溶质层。

溶剂萃取；将一种溶剂加入料液中，使溶剂和料液充分混合，则欲分离的物质能较多的溶解在溶剂中，并与剩余料液分层，从而达到分离的目的。

沸腾干燥；利用流化床技术，即利用热空气气流使置于筛板上的颗粒状湿物料呈沸腾状态，使粒子中的水分迅速气化达到干燥过程。

搅拌器轴功率；搅拌器以既定的速度转动时，克服介质阻力所需要的功率。

分批灭菌；也称实消、实罐灭菌，是指将配制好的培养基输入发酵罐内，通入蒸汽将培养基和所用设备一起进行灭菌的操作过程。

碟式离心机；可快速连续的对固液和液液进行分离的一种是立式离心机。

在管式离心机的基础上，在转鼓中加入了许多重叠的碟片，以缩短颗粒沉降距离，提高分离效率。

萃取相；指当溶剂与混合溶液混合静置后分为两相，主要由萃取剂组成的相。

冷冻干燥；冷冻干燥法是先将被干燥液态物料冷冻成固体，再在低温减压条件下，使固态的冰直接升华为水蒸气排出而达干燥目的的方法。

抽滤；又称减压过滤，利用抽气泵使抽滤瓶中的压强降低，达到固液分离目的的方法。

离子交换树脂：带有可移动活性离子、具有立体结构网络骨架的不溶性的高分子化合物。

气升式发酵罐的工作原理及特点是什么？
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；同时由于形成的气液混合物密度降低故向上运动，而气含量小的发酵液则下沉，形成循环流动，实现混合与溶氧传质。

特点：没有搅拌器，且有定向循环流动的前提下。

1.反应溶液分布均匀（气液固三相均匀混合)
2.较高的溶氧速率和溶氧效率
3.剪切力小，对生物细胞的损伤小，尤其适合植物细胞及组织的培养
4.传热良好(因液体综合循环速率高，同时便于在外循环管路加装换热器，另外无机械搅拌产热)
5.结构简单，易于加工制造
6.操作和维修方便
●冷冻干燥的原理及特点是什么?
原理：冷冻干燥法是先将被干燥液态物料冷冻成固体，再在低温减压条件下，使固态的冰直接升华为水蒸气排出而达干燥目的的方法。

特点：
A、干燥温度低，特别适合高热敏感物料的干燥如抗生素、生物制品等活性物质的干燥。

B、能保持原物料的外观形状。

C、冻干制品具有多孔结构，因而有理想的速溶性和快速复水性。

D、冷冻干燥脱水彻底，质量轻，产品保存期长，若采用真空密封包装，常温下可运输、保存，十分方便。

但设备投资大，干燥周期长，能耗较大，产量小，加工成本高。

●萃取的原理及相应设备有哪些？
原理：将一种溶剂加入料液中，使溶剂和料液充分混合，则欲分离的物质能较多的溶解在溶剂中，并与剩余料液分层，从而达到分离的目的。

欲分离组分在溶剂与原料液中溶解度的差异来实现的。

设备:
(一)混合设备:1、混合罐2、混合管3、喷射式混合器
(二)分离设备:1、管式离心机2、蝶式离心机
(三)离心萃取机: 1、多级离心萃取机 2. 立式离心萃取机
●生物反应器的放大方法有哪些？
理论放大法、半理论放大法、因次放大分析法、经验放大法、数学模拟法
●双水相萃取的原理及方法是什么？
原理：被提取的溶质在两相中分配系数不同。

方法：主要应用于胞内酶的提取
使欲提取的酶与细胞碎片以较大的分配系数分配在不同的相中，进而采用离心法实现分离。

通常将蛋白质分配在上相，细胞碎片分配在下相。

●械搅拌通气发酵罐的工作原理，主要部件的名称和作用。

原理：利用机械搅拌器的作用，使空气和发酵液充分混合促使氧在发酵液中溶解，以保证供给微生物生长繁殖、发酵所需要的氧气。

主要由罐体、搅拌器、挡板、消泡器、轴封、空气分布器、传动装置、冷却管等装置。

（1）罐体：材料为碳钢或不锈钢，能耐受一定的温度130℃和压力0.25MP，主要用来培养发酵各种菌体。

（2）搅拌器：作用是混合和传质，打碎气泡，加速和提高溶氧。

（3）挡板：防止液面中央形成旋涡，增强其湍动和溶氧传质。

（4）消泡装置：发酵液中因含蛋白质等发泡物质，发酵过程中易产生泡沫，发泡严重时会使发酵液随排气而外溢，且增加染菌机会。

（5）轴封：使罐顶或罐底与轴之间的缝隙加以密封，防止染菌和泄漏。

（6）传动装置：电动机和搅拌器链接部件，传递动力。

（7）空气分布装置：作用是吹入无菌空气，并使空气均匀分布。

（8）冷却管：冷却蒸汽灭菌后的培养基和发酵过程中所产热量，还可起挡板作用。

●碟式离心机分离固液或两种不同重度液体的原理是什么?
原理：料液从转鼓上部轴心进入，流入底部，转动时由于离心力的作用，悬浮液从碟片组的外缘进入相邻碟片间隙通道。

轻液：沿碟片间隙下碟面向上运动。

重液：离心力较大，沿碟片间隙上碟面向下运动。

固体：离心力大，沿边沿运动
●升膜式蒸发器的工作原理及特点是什么？
原理：物料从加热器下部的进料管进入，在加热管内被加热蒸发拉成液膜，浓缩液在二次蒸汽带动下一起上升，从加热器上端沿气液分离器筒体的切线方向进入分离器，浓缩液从分离器底部排出，二次蒸汽进入冷凝器。

特点：升膜式蒸发器具有传热效率高，物料受热时间短的特点。

适用：易于发泡、黏度小的热敏性料液的蒸发，
不适用：较浓溶液的蒸发；对粘度很大，易结晶或易结垢的物料也不适用。

●动物细胞大规模培养的反应器类型有哪些？
机械搅拌式生物反应器、抛弃式一次性生物反应器、中空纤维反应器、气升式生物反应器、空间生物反应器、波浪生物反应器、大载体系统。

●两级冷却、分离、加热的空气除菌流程设备的名称及作用
●某饲料厂欲从发酵醪中分离酵母，应该选哪种类型的设备，并叙述该设备的作用原理。

碟式离心机。

含有酵母的发酵醪液进入碟式离心机后，转动时由于离心力的作用，悬浮液从碟片组的外缘进入相邻碟片间隙通道。

由于固体和液体的离心沉降速度的不同，在碟片间隙通道中被分开，固体(酵母)的离心沉降速度大，就离开轴线向外运动，液体的离心沉降速度小，则向轴线流动。

●动物细胞大规模培养技术应用在哪些方面并举例说明。

●什么是真空蒸发浓缩？简述升膜式蒸发器的工作原理。

溶液在真空状态，较低的温度下即沸腾、溶剂汽化，这称之为真空蒸发浓缩。

原理：物料从加热器下部的进料管进入，在加热管内被加热蒸发拉成液膜，浓缩液在二次蒸汽带动下一起上升，从加热器上端沿气液分离器筒体的切线方向进入分离器，浓缩液从分离器底部排出，二次蒸汽进入冷凝器。

●在培养基的灭菌过程中是否能做到绝对无菌?为什么?发酵生产中对培养基的灭菌的无菌程度是多少?
不能：若要求灭菌后绝对无菌，即N=0，从公式可以看得出灭菌时间将等于无穷大，这对生产来说是不可能的，。

发酵生产中通常以N=10-3进行计算，即1000次灭菌中只有一次失败。

●长管式气流干燥器的主要设备名称，气流干燥的特点。

空气过滤器、空气加热器、鼓风机、加料器、料斗、干燥管、缓冲管、分离器、振动筛、二次分离器、湿式收集器、排风机
(1)干燥强度大。

由于气体在干燥管内流速大，一般为10~20m/s，气-固间存在一定的相对速度，因而固体物料与空气之间产生剧烈的相对运动，使物料表面的气膜不断更新，大大降低了传热和传质的气膜阻力。

(2)干燥时问短。

物料在干燥管内仅停留1~5s即可达到干燥要求。

因此对于热敏性物料仍可采用较高的介质温度。

(3)适用性广。

可适用于各种粉粒状、碎块状物料的干燥，粒径范围约为0.1~10mm。

湿含量可大至30%~40%。

(4)设备结构简单，占地面积小，生产能力大，能连续操作，可实现自动控制。

气流干燥对物料有一定的磨损，因此不适合于对晶形有一定要求的物料，且热能利用程度较低，一般热利用率仅为30%左右。