生物工程设备部分题型和答案

生物工程设备部分题型和答案

为什么发酵培养基灭菌采用湿热灭菌法？

湿热灭菌是利用高饥寒和蒸汽将物料的温度升高使微生物体内的蛋白量变性进行灭菌的一种方法。工业发酵培养基灭菌的特点是数目多；含有良多固体物质；灭菌后要有利生产菌的成长；便利易行及价格廉价。由于蒸汽冷凝时会放出大量潜热，并具有很强的穿透力，灭菌效果好；蒸汽来源及控制操作条件方便，适用于工业发酵培养基的灭菌。影响因素：培养基成分、起泡水平、造就基颗粒大小、罐内空气消除、搅拌混合匀称等。

连续消毒灭菌法：当时将筹备好的空罐消好，而后把配制好的培育基经由专用的消毒装备，用泵连续进前进料消毒，冷却的灭菌方式叫持续消毒灭菌法。特点：连续性强，倏地灭菌消毒，培养基养分成分损坏少，适用于大容积发酵罐物料的连续灭菌消毒。但由于附加设备多，操作环节多，因而染菌机遇增长，染菌面波及普遍。操作要害：（1）连消设备无泄露，无梗塞，无死角，保障在管路消毒进程中总管，支管灭菌彻底；（2）打料过程中严格控制打料流速及打料温度，严格控制开冷却水时间；（3）打料结束后避免物料长时间在管路中滞留，要及时压出或及时接种。

试述高温短时灭菌的原理：用直接高温蒸汽灭菌，蒸汽在冷凝时释放大量的潜热，蒸汽具有强大的穿透力，蒸汽的湿热破坏菌体蛋白质和核酸的化学键，使酶失活，微生物代谢阻碍而死亡。并分析连续消毒灭菌特点：1提高产量，设备利用率高。2与分批灭菌比较，培养液受热时间短，培养基营养成分破坏少。3产品质量易控制，蒸汽负荷均衡，操作方便。4降低劳动强度，适用于自动控制。

从工程水平考虑，怎样提高供氧速率？

提高空气流量；改变搅拌桨情势；提高搅拌转速和桨径；提高氧分压；改革培养基性质。

试述旋风分离器的工作原理，至少列举其两种用途。

旋风分离器是一种利用离心力沉降原理自气流中分离出固体颗粒的设备。从进口进入含有物料的气流，沿内壁一面做旋转运动，一面下降，达到圆锥底部后，旋转直径逐渐减小，根据动量守恒定律，旋转速度逐渐增加，使气流中的离子受到更大的离心力。离子由于离心力的作用，使它从旋转气流中分离。沿着旋风分离器的内壁面下落而被分离。气流到达圆锥部下端附近就开始反转，在中心部逐渐旋转上升，最后从上出口排出。

旋风分离器设备的主要功能是尽可能除去输送介质气体中携带的固体颗粒杂质和液滴，达到气固液分离，以保证管道及设备的正常运行。

生物反应器根据能量传递方式可以分为那些类别？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。

发酵罐：罐体，搅拌器，挡板，消泡器，变速装置，联轴器和轴承，空气分布装置，轴封。

罐体：盛装物料；冷却管：冷却物料；搅拌轴：带动搅拌器旋转；搅拌器作用：使气泡

分割细碎、使气、固、液混合及传质传热；挡板作用：防止液面中央形成旋涡、增加湍动和溶氧传质；消泡器作用：防止泡沫外溢而跑料、染菌；空气分布器作用：吹入无菌空气，使空气分布均匀；轴封作用：防止渗漏、染菌，将动静两部件密封；联轴器作用：将大型罐的几节轴紧密的固定；封承作用：将运动的轴固定在静止的罐体上；电机及减速器：驱动搅拌轴。

何谓搅拌器的轴功率？搅拌器的转速和轴功率及通气流量对罐内溶氧的影响。轴功率：是指搅拌器以既定的速度转动时,用以克服介质的阻力所需要的功率。发酵罐中液体的溶氧速度以及气液固相的混合程度与单位体积液体中输入的搅拌功率有很大关系。增加溶氧速率的方法：（a）采用搅拌桨分散和打碎气泡。（b）利用循环管中的泵或螺旋桨增加液体的循环量，并使喷入或吸入的气体细化，增加气液两相的接触面积。要提高溶解氧浓度：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）。

试述喷射自吸式发酵罐的结构特点与工作原理。工作原理是用泵将发酵液送入文氏管中,由于文氏管的收缩段中流速增加,即动压力增加,静压力减小,形成负压,将无菌空气吸入,并被高速流动的液体打碎、分散,与液体均匀混合,提高发酵液中的溶解氧，这是溶氧阶段。当发酵液从上升管进入发酵罐后，微生物耗氧，同时发酵液向发酵罐底部循环，待发酵液中的溶解氧即将耗竭时，发酵液又从发酵罐底部被泵打入上升管，开始下一个循环。特点：1不必配空压机及附属设备节省投资，减少厂房面积。2溶氧速率高、效率高、能耗低。3用于酵母和醋酸发酵效率高、经济效益高。

生物反应器的比拟放大参数及各参数的放大方法

1以体积溶氧系数kla相等为基准的放大方法2以P0/Vl相等的准则进行反应器的放大

3以搅拌叶尖线速度相等的准则进行机械搅拌通风发酵罐的放大。4以混合时间相等的准则进行放大5搅拌液流速度压头H、搅拌液流循环速率（对机械搅拌发酵罐为泵送能力）Ol以Ol/H比值对发酵反应器放大设计的影响。

何谓对数残留定律？何谓对数穿透定律？对数残留定律：湿热灭菌时，微生物受热死亡的速率与残存的微生物数量成正比。

dN/dt=-kN 。N:培养基残留活菌数个t:受热时间,min 。K:反应速率常数也称比死亡速率常数, min-1

对数穿透定律：在灭菌过程中，活菌数逐渐减少即微生物死亡速率与任一瞬间残存的活菌数成正比。

通风发酵过程控制的主要参数分为哪三大类？发酵过程中通常测定的参数有哪些？发酵过程的主要控制参数主要分为物理参数、化学参数和生物参数三类。

发酵过程中通常测定的参数：目前较常测定的参数有温度、罐压、空气流量、搅拌转速、pH、溶氧、基质浓度、菌体浓度(干重、离心压缩细胞体积%)等。

为何深层过滤能除菌？请具体说明深层过滤除菌的机理。

空气的过滤除菌原理与通常的过滤原理不一样，这不是真正的面积过滤，而是一种滞留现象。

微粒随空气流通过过滤层时，滤层纤维所形成的网格阻碍气流前进，使气流无数次改变运动速度和运动方向而绕过纤维前进，这些改变引起微粒对滤层纤维产生惯性冲击、重力沉降、拦截、布朗扩散、静电吸引等作用而把微粒滞留在纤维表面。

蒸发器必须满足的基本要求：一、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；二、溶剂蒸汽（即二次蒸汽）的不断排除；三、一定的热交换面积，以保证传热量。

1、由于大生产中所使用的好气性发酵罐是受压容器，因此封头选用椭圆封头。

2、真空冷却器是用真空泵或蒸汽喷射器抽走不凝性气体使冷却器达到一定的真空度。

3、好气性发酵需要无菌空气，概括起来无菌空气在发酵生产中的作用是搅拌，供氧，保持正压。

4、喷射自吸式发酵罐的优点是剪切力小，对生物细胞的损伤小，较高的溶氧速率和溶氧效率，反应溶液分布均匀。

5、空气过滤系统中贮气罐的作用是消除压缩机排出空气的脉冲，维持稳定的空气压力、重力沉降作用分离部分油雾。

6、好气性发酵工厂，在无菌空气进入发酵罐之前应该安装止逆阀以确保安全。

7、从工程上分析影响培养基湿热灭菌的因素有pH值、糖的浓度、盐的浓度，染菌的浓度，杂菌种类，培养基的质量。

8、发酵用的无菌空气的质量指标是温度、压力、流量、空气相对湿度、空气无菌度

9、生物反应器换热面积设计计算设计的依据是：一年中发酵旺盛时的发酵面面积。确定反应器中搅拌器的轴功率的依据是间歇以不通气的功率，连续为通气功率。

10、通风反应器比拟放大的关键性参数是几何尺寸的放大，空气流量的放大，搅拌功率搅拌转速的放大。

11、比较涡轮式搅拌器的三种形式，以平直叶所消耗功率最大。

12、氧溶于发酵液属于液膜控制过程。

13、啤酒厂过滤槽的搅拌转速在15 rpm 左右，而且轴是从罐下方进入罐内，因此应该用双端面机械轴封。

14、空气在深层过滤除菌过程中，当气流速度较高时，以惯性冲击作用为主，而当气流速