生物工程设备第3,4章
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。
3生物分离工程技术第三章固-液分离技术-第二讲离心技术-文档资料
5、物质的沉降系数
• 假定液体浓度稀薄其黏度为O，颗粒物质为正圆 形，则混溶于液体的颗粒性物质在引力场作用下 的沉降过程仅受重力和液体浮力双重影响。离心 时作用于沉降颗粒的离心力是：
f1颗粒 颗 体 粒 积 液 体 相相 对 对 离 1 6d3密 心 度 力 2
• 根据Stokes定律，离心时沉降颗粒遇到的阻力是：
②相对离心力“ RCF ”
相对离心力是指在离 心场中，作用于颗粒的离 心力相当于地球重力的倍 数，单位是重力加速度“g” （ 980cm/sec2） ,“RCF” 相对离心力可用下式计算：
RCF＝ω2r ω＝2πrpm
980
60
RCF = 1.119×10－5×(rpm)2 r
( rpm — revolutions per minute生每物分分钟离转(数工，程r)/技mi术n )
• 离心分离过程就是以离心力加速不同物质 沉降分离的过程。被分离物质之间必须存 在或经人为处理产生的密度或沉降速率差 异才能以离心方法进行分离。
生物分离(工程)技术
2、离心机的选择
• 常速离心机：最大转速在8000r／min以内，相对离心
力(RCF)在l×l04×g以下。主要用于细胞、细胞碎片和培养基 残渣等固形物的分离，也用于酶的结晶等较大颗粒的分离。
缺点：
①离心时间较长；②需要制备惰性梯度介质溶液； ③操作严格，不易掌握。
生物分离(工程)技术
(1)差速区带离心法的特点
• 离心管先装好密度梯度介质溶液， 样品液加在梯度介质的液面上， 离心时，由于离心力的作用，颗 粒按不同沉降速度向管底沉降， 离心一定时间后，沉降的颗粒逐 渐分开，最后形成一系列界面清 楚的不连续区带，沉降系数越大， 往下沉降越快。
生物工程设备
反应
生物反应器
生物反应器——大规模培养微生物、动物细胞、植 物细胞，获得其代谢产物或生物体的设备。 生物反应器要满足和调控微生物、动物细胞、植物 细胞的最适宜生长和合成的环境，是工业化大规模细胞 培养过程唯一一个把原料转化为产物的设备。 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。
生物工程设备
生物工程 基因工程 主要操作对象 基因及动物细胞、 植物细胞、微生物 工程目的 改造物种 与其它工程的关系 通过细胞工程、发 酵工程使目的基因 得以表达 可以为发酵工程提 改造物种 获得菌体及各 种代谢产物 供菌种、使基因工 程得以实现 为酶工程提供酶的 来源
细胞工程
动物细胞、植物细
胞、微生物细胞
2.减速期 • Monod方程：
• 二 ）产物形成动力学
（一）细胞代谢产物的生成的几种形式：
（二）代谢产物形成的动力学模型
• Gaden根据产物生成速率与细胞生长速率之间的关系，将其分为三种 类型。 • 1 类型Ⅰ称为相关模型，或称伴随生长的产物形成模型。 • 其动力学方程可表示为 • dP/dt=αdX/dt • π＝αμ • 式中 P——产物浓度 • α——系数 • π——产物形成比率即π= dP/dt/X
4）1960~1979年，机械搅拌通风发酵罐的容积增大到80~150m3， 出现压力循环和压力喷射型发酵罐，克服一些气体交换和热交 换问题，计算机广泛应用. 5）1979~今，大规模细胞培养发酵罐，胰岛素、干扰素等基因工 程产品商业化发酵罐更加趋向大型化和自动化发展.
三、生物反应器的分类
人教版高中生物学选择性必修3生物技术与工程课后习题 第3、4章章末测评卷
第3、4章章末测评卷一、选择题(共20小题,每小题2分,共40分。
每小题只有一个选项符合题目要求)1.基因工程是对DNA的设计施工,下列“工具”在基因工程中不会使用的是( )A.限制酶B.DNA连接酶C.质粒或病毒D.RNA复制酶2.下列有关生物技术安全性的叙述,不正确的是( )A.我国对农业转基因生物实行了标识制度B.转基因技术本身是中性的,我们要靠确凿的证据和严谨的逻辑进行思考和辩论C.我国政府主张全面禁止和彻底销毁生物武器D.为防止生物技术用于生产生物武器,严禁进行生物技术的新研究3.T4 DNA连接酶可将任意2个具有相同黏性末端的DNA片段连接在一起。
该反应过程需消耗ATP,其水解产生的腺苷一磷酸(AMP)通过共价键与酶相连,随后AMP转移至DNA片段,进而完成连接反应。
下列叙述正确的是( )A.T4 DNA连接酶的底物种类较多,故其无专一性B.T4 DNA连接酶催化反应后,其组成成分已改变C.ATP在该反应过程中可能打开两个特殊的化学键D.T4 DNA连接酶需保存于最适温度和pH条件下4.作物脱毒、改善畜产品品质、抗除草剂作物的研发、可保存的干扰素的研发,依次应用了下列哪项生物技术? ( )①基因工程②细胞工程③蛋白质工程④胚胎工程A.①②②③B.②①①③C.②①②③D.②①②④5.(福建三明期末)下列关于“DNA的粗提取与鉴定”“DNA片段的扩增及电泳鉴定”实验的叙述,正确的是( )A.分离DNA和蛋白质的原理是DNA溶于酒精但某些蛋白质不溶于酒精B.将白色丝状物加入二苯胺试剂后沸水浴,待试管冷却后观察颜色变化C.在沸水浴或微波炉内加热至琼脂糖熔化,稍冷却后加入适量核酸染料D.将扩增得到的PCR产物与电泳缓冲液混合后缓慢注入凝胶加样孔内6.(福建厦门二中月考)下列关于农杆菌转化法的叙述,错误的是( )A.若用Ti质粒作载体,目的基因的插入位置应该在T-DNA片段内B.将重组Ti质粒导入农杆菌中时,可以用Ca2+处理细菌C.农杆菌能将重组Ti质粒转移到被侵染的植物细胞内,并将其整合到染色体DNA上D.能在植物细胞中检测到目的基因,还不能说明转化成功7.(黑吉辽卷)关于采用琼脂糖凝胶电泳鉴定PCR产物的实验,下列叙述正确的是( )A.琼脂糖凝胶浓度的选择需考虑待分离DNA片段的大小B.凝胶载样缓冲液中指示剂的作用是指示DNA分子的具体位置C.在同一电场作用下,DNA片段越长,向负极迁移速率越快D.琼脂糖凝胶中的DNA分子可在紫光灯下被检测出来8.生物安全是指与生物有关的各种因素对社会、经济、人类健康以及生态环境所产生的危害或潜在风险。
第四章生物反应器(2)
生物工程设备课件
（三）酒精发酵罐的计算
1．结构尺寸的确定 2．发酵罐罐数的确定 3．发酵罐冷却面积计算
生物工程设备课件
1．结构尺寸的确定
全容积：
V＝V0/φ， m3
V0-进入发酵罐的发酵液量，m3；
φ -装液系数，0.85~0.90
有锥形底、盖的圆柱形发酵罐的全体积
V D2 H h1 h2
2．主要结构参数 ：反应器高径比H/D 、导流 筒径与罐径比DE/D 、空气喷嘴直径与反应器 直径之比等
3．操作参数 ：液面高度、操作气速 、溶液的 性质 等
生物工程设备课件
气升式反应器的设计
1．液体喷射循环反应器基本设计参数 2．液体喷射循环反应器的循环阻力 3．液体喷射循环反应器中驱动循环的功率和
8-冷却水出口 9-温度计 10-喷淋水收集槽 11-喷淋水出口 12-发酵液及污水排出口
生物工程设备课件
2．换热装置
中小型发酵罐多采用罐顶喷水淋于罐外壁面进 行膜状冷却；大型发酵罐罐内装有冷却蛇管， 和罐外壁喷洒联合冷却装置
3．洗涤装置
水力喷射洗涤装置
洗涤水入口
图4-48 发酵罐水力洗涤器
生物工程设备课件
生物工程设备课件
生物工程设备课件
生物工程设备课件
山东中德设备有限公司
生物工程设备课件
自动清洗系统（CIP）
生物工程设备课件
CO2 排出口
洗涤液进口 1
2 3 4
2．大直径露天贮酒 罐
为柱体形罐，略带 浅锥形底，内设自 动清洗装置，罐底 部有CO2喷射环外， 部是保温材料，厚 度达100-200毫米。
部封头设有人孔、视镜、安 全阀、压力表、二氧化碳排 出口；采用自动清洗系统 （CIP）
生物工程设备课程设计
生物工程设备课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解生物工程设备的基本概念、分类及其在生物技术产业中的应用；2. 掌握生物工程设备的工作原理、操作流程及维护方法；3. 了解生物工程设备在生物制品生产中的关键作用及影响产品质量的因素。
技能目标：1. 能够分析生物工程设备在生物制品生产中的适用性，并进行合理选型；2. 学会使用生物工程设备进行实验操作，并能处理简单的设备故障；3. 能够根据生产需求，对生物工程设备进行优化配置，提高生产效率。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对生物工程设备的兴趣，激发他们探索生物技术领域的热情；2. 增强学生的环保意识，使他们认识到生物工程设备在生物制品生产中的环保责任；3. 培养学生的团队合作精神，让他们在合作学习中体验到生物工程设备研究的乐趣。
课程性质分析：本课程为高年级生物工程专业课程，旨在帮助学生将理论知识与实际应用相结合，提高他们在生物技术产业中的实践能力。
学生特点分析：高年级学生对生物工程有一定了解，具备一定的理论基础，但实践经验不足。
学生对新鲜事物充满好奇，具备一定的自主学习能力和团队合作精神。
教学要求：1. 结合实际案例，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力；2. 采取小组合作、讨论等形式，引导学生主动参与教学活动，培养学生的自主学习能力和团队合作精神；3. 强化实践环节，注重培养学生的动手能力，提高他们在生物技术产业中的竞争力。
二、教学内容1. 生物工程设备概述- 设备分类与原理- 生物工程设备在生物技术产业中的应用2. 常见生物工程设备及其操作- 发酵罐、生物反应器等设备的工作原理与操作流程- 设备的维护与故障处理3. 生物工程设备在生物制品生产中的应用- 生物制品生产过程中的关键设备选型与配置- 影响生物制品质量的设备因素及解决方法4. 生物工程设备优化与技术创新- 生物工程设备的优化方法与策略- 生物工程设备在生物技术领域的技术创新案例5. 教学实践与案例分析- 组织学生进行生物工程设备实验操作- 分析实际案例，探讨生物工程设备在生产中的应用及优化教学内容安排与进度：第一周：生物工程设备概述第二周：常见生物工程设备及其操作第三周：生物工程设备在生物制品生产中的应用第四周：生物工程设备优化与技术创新第五周：教学实践与案例分析教材章节关联：本教学内容与教材中“生物工程设备”章节相关内容紧密关联，涵盖了设备原理、操作、应用与优化等方面的知识，旨在帮助学生全面了解生物工程设备在生物技术产业中的重要作用。
生物分离工程 第4章-细胞的破碎-
细胞壁的组成与结构
微生物 壁厚/nm 层次 主要组成 革兰氏阳性 细菌 20~80 单层 肽聚糖（40 ％～90％）、 多糖、胞壁 酸、蛋白质、 脂多糖（1 ％～4％） 革兰氏阴性 细菌 10~13 多层 酵母菌 100~300 多层 霉菌 100~250 多层
肽聚糖（5 葡聚糖（30 多聚糖（80 ％～10％） ％～40％） ％～90％） 脂类、蛋白质 脂蛋白、脂 甘露聚糖 多糖（11 （30％）、 ％～22％） 蛋白质（6 磷脂、蛋白 ％～8％）、 质 脂类（8.5 ％～13.5）
n
为了研究细胞的破碎，提高其破碎率，有必要了解各种微 生物细胞壁的组成和结构。
8
第一节 细胞壁的组成与结构
微生物细胞和植物细胞外层均为细胞壁，细胞 壁里面是细胞膜，动物细胞没有细胞壁，仅有 细胞膜。 通常细胞壁较坚韧，细胞膜脆弱，易受渗透压 冲击而破碎，因此细胞破碎的阻力主要来自于 细胞壁。 不同细胞壁的结构和组成不完全相同，故细胞 壁的机械强度不同，细胞破碎的难易程度也就 不同。
在细胞内沉积。 脂类物质和一些抗生素包含在生物体中。
对于胞内产物需要收集菌体或细胞进行破碎。
5
细胞破碎的必要性
表1 胞内酶举例
酶 L-天冬酰氨酶 过氧化氢酶 胆固醇氧化酶 β-半乳糖苷酶 葡萄糖氧化酶 葡萄糖-6-磷酸脱氢酶 来源 Eruinia Caratovora Escherichia Coli Aspergillus niger Nocardia hodochrous Kluyveromyces fragilis Saccharomyces lactis Aspergillus niger Penicilluim notatum Yeast 应用范围 治疗急性淋巴癌 牛奶灭菌后H2O2的清除 胆固醇浆液分析 在牛奶/乳清中乳糖的水解 作用 葡萄糖浆液分析 食品中氧的清除 临床分析
生物工程下游技术教案-第四章
第四章萃取一、本章基本要求：（1）掌握溶剂萃取法的基本理论、工艺过程以及基本的计算；（2）掌握双水相萃取的一般方法；（3）掌握反胶束溶液形成的条件及反胶束萃取的适用范围；（4）掌握超临界的萃取原理；（5）了解溶剂萃取法所用设备；（6）了解影响双水相萃取的因素；（7）了解SC- CO2萃取流程在及在生物、食品工业中的应用。
二、教学的重点和难点：重点：超临界的萃取原理；反胶束萃取蛋白质的基本原理及影响反胶束萃取蛋白质的主要因素；双水相萃取理论及影响因素；溶剂萃取过程的理论基础及萃取剂的选择。
难点：超临界的萃取原理；反胶束萃取蛋白质的基本原理；双水相萃取理论；溶剂萃取过程的理论基础三、主要教学设计（方法、手段等）：本章第一次课对本章的内容做一大致介绍，以一张萃取的分类图表示。
每次课之前5分钟对上次的内容进行复习，以加深学生印象。
对本章的内容主要是用讲述的形式，中间以提问的形式加强有力互动和提高学生的注意力，每小节给予一定的思考题。
四、学时分配：1.溶剂萃取和浸取（4学时）2.双水相萃取法（2学时）3.反胶束萃取法（2学时）4.超临界CO2萃取（2学时）五、参考资料及补充习题：思考题：1、何谓溶剂萃取？其分配定律的适用条件是什么？3、何谓乳化液？乳化液稳定的条件是什么？常用去乳化方法有那些？4、在发酵工业中，去乳化有何实际意义？5、类固醇萃取：含有6.8mg/l类固醇的水溶液被二氯甲烷提取,已知类固醇的平衡常数为170,萃取中水与溶剂的比例为82,问提取后有机相的浓度是多少?类固醇被提取的收率是多少?6、比较溶剂萃取与浸取的异同点？7、生物萃取与传统萃取相比的特殊性。
8、描述浸出的基本过程？9、溶剂萃取、反萃取、浸取、乳化、分离因素、表面活性剂10、已知弱酸和弱碱在水相中的电离平衡Kp，由下图试推导出K和K0、KP的关系式可经理论推导如下：K=K0[H+]/（KP +[H+]）（弱酸）K=K0KP /（KP +[H+]）（弱碱）11、某澄清的发酵液中含260mg/l放线菌D,现用醋酸丁酯进行多级萃取。
生物工程设备 第四章生物反应器(1)
按供氧：厌氧/好氧微生物细胞反应器（发酵罐）
按反应器所需的混合与能量输入方式：
过机械搅拌输入能量的搅拌型发酵罐 利用气体喷射动能的气升式发酵罐和 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。
按反应器的操作方式：间歇式生物反应器、连续式生 物反应器和半间歇式生物反应器。
按生物催化剂在反应器中的分布方式：可以 分为生物团块反应器和生物膜反应器。 按反应物系在反应器内的流动和混合状态： 全混流型生物反应器和活塞流型生物反应 器。 按发酵培养基质的物料状态：液态生物反应 器与固态生物反应器。
3、发酵罐的结构 （1）罐体：
材料为炭钢或不锈钢，且应有一定的承压能力， 2.5kg/cm2。
罐顶上的接管有：进料管、补料管、排气管、接 种管和压力表接管。 罐身上的接管有：冷却水进出管、进空气管、温 度计管和测控仪表接口。
小型发酵罐罐顶和罐身用法兰连接，上设手孔用于 清洗和配料 材料为碳钢或不锈钢，可用衬不锈钢或复合不锈钢， 衬里不锈钢厚度2-3mm，耐压0.25MPa，壁厚取决 于罐径和罐压。 受内压壁厚计算：
通风量在0.02～0.5ml/s时，气泡直径与空气喷口 直径的1/3次方成正比，也就是喷口直径越小，气 泡直径越小，而氧气的传质系数也越大。但是生 产实际的通风量均超过上述范围，此时气泡直径
与风量有关，而与喷口直径无关，所以单管
的分布装臵的分布效果不低于环形管。
(7)轴封
防止染菌和泄漏。搅拌轴的密封为动密封，基本要
机械搅拌通风式生物反应器光照式生物反应器大型啤酒发酵罐内容第一节机械搅拌式生物反应器第二节气升式生物反应器第三节鼓泡塔生物反应器第四节膜生物反应器第五节动植物细胞培养装臵和酶反应器第六节微藻培养反应器第七节嫌气生物反应器第八节固态发酵生物反应器生物反应器的作用生物反应器是生物反应过程中的主要设备在生物反应过程中具有中心的作用是实现生物技术产品产业化的关键设备
生物分离工程第四章沉淀分离法
3、特点
• 沉淀效果很好； • 选择性好 • 容易使生物分子变性 • 复合物难分解
• 丙酮（浓度40-50%） ：沉析作用更强，用量省，但毒 性大，应用范围不广；
• 特点：
– 介电常数小， 60%乙醇的介电常数是48
– 容易获取
40-50%丙酮的介电常数是22
4.有机溶剂沉淀的特点
• 分辨率高； • 溶剂容易分离，并可回收使用； • 产品洁净（有机溶剂易祛除）； • 容易使蛋白质等生物大分子变性失活； • 应注意在低温下操作； • 成本高
沉淀法分离蛋白质的特点有：
1 在生产的前期就可使原料液体积很快地减小10～50 倍，,从而简化生产工艺、降低生产费用；
2 使中间产物保持在一个中性温和的环境；
3 可及早地将目标蛋白从其与蛋白水解酶混合的溶液中 分离出来、避免蛋白质的降解，提高产物稳定性；
4 用蛋白质沉淀法作为色谱分离的前处理技术，可使色 谱分离使用的限制因素降到最低。
（七）选择性变性沉淀法
• 选择一定的条件使溶液中存在的某些杂质蛋白 变性沉淀下来，而与目的物分开，这种分离方 法就称为选择性变性沉淀法
• 在操作之前要对欲分离的物质中的杂蛋白等杂 质的种类、含量及其物理化学性质等有比较全 面的了解。
使用时需慎重！！！！
选择性变性的方法
• 选择性热变性：对于α-淀粉酶等热稳定性好 的酶，可以通过加热进行热处理，使大多数杂 蛋白受热变性沉淀而被除去。
生物工程设备考试知识点必看
生物工程设备第一章绪论●生物工程设备(bioengineering equipment)：就是生物工程类工厂或实验室为生物反应提供最基本也是最主要的能够满足特定生物反应工艺过程的专门技术装备或设施。
即为生命体完成一定反应过程所提供的特定环境。
●生物工程设备是现代生物技术的基本原理与工程学原理相交叉的应用性学科，是将生物技术成果产业化的桥梁。
●吕文虎克发明显微镜、柯赫建立了微生物分离纯化和纯培养技术、弗莱明发现了青霉素，并确认青霉素对伤口感染更有疗效●通风搅拌发酵技术的建立标志着实现了真正意义的生物工程设备；代表：青霉素●对通气搅拌生物反应器进行了改造，发展了气升式反应器，设备向着大型化、自动化发展●20 世纪70 年代基因重组技术诞生；代表产物是胰岛素第二章原料处理及灭菌设备●目前常用的处理方法有：筛选法、比重法、浮选法、磁选法●预处理包括：筛选去杂、磁力除铁、精选分级、原料粉碎●筛分机械原理：根据颗粒的几何形状及其粒度，利用带有孔眼的筛面对物料进行分选的机器，具有去杂、分级两个功能●网目：以每英寸长度内的筛孔数表示，称为网目数，简称网目，以M表示●振动筛：发酵工厂应用最为广泛，带有风力除尘功能的筛选设备，多用于清除物料中小或者轻的杂质。
●滚筒筛分类有 1.并列式：颗粒直径分布均匀；2,串联式：小颗粒含量较多的；3.同轴式：大颗粒含量不多的物料●重力分选原理：干重重力分选、湿重重力分选●湿重重力分选利用不同密度的颗粒在水中受到的浮力及下降阻力的差异进行分选的。
●典型重力分选机械粒状原料密度去石机采用干法重力分选块根原料除石机该设备通常采用湿法重力分选●精选设备常用的有滚筒式精选机、碟片式精选机、螺旋球度精选机●螺旋球度精选机从长颗粒中分离出球形颗粒●粉碎的理论模型（a）体积粉碎模型（b）表面粉碎模型（c）均一粉碎模型●粉碎：粉碎是固体物料尺寸由大变小的过程，是利用机械力来克服固体物料内部凝聚力使之破碎成符合要求的小颗粒的单元操作。
生物工程设备各章知识点总结.doc
生物工程设备各章知识点总结1第一章第一章原料的输送和粉碎设备原料的输送和粉碎设备1.原料粉碎的目的、方法原料粉碎的目的、方法1)目的：a.增加淀粉粒、酶与水的接触面，加速酶促反应与可溶性物质的溶出，提高淀粉的利用率；b.缩短蒸煮时间，使原料中的还原糖少遭破坏，节约蒸汽用量；c.使原料颗粒度变小，增加在设备和管道中的流动性,易于实现连续化。
2)方法：a.湿式粉碎：将水和原料一起加入粉碎机中，以粉浆状出来特点：无粉尘飞扬，排料方便，不需粉尘通风等；不易贮藏，耗电量大b.干式粉碎:原料直接进入粉碎机进行粉碎特点：需配通风除尘设备（通风管道装在粉碎室）c.回潮干法粉碎：原料喷少量水后在进行粉碎（啤酒厂粉碎）d.连续调湿粉碎：粉碎过程连续喷水2.选择粉碎设备的原则、粉碎度及粉碎程度，对原料粉碎设备的要求选择粉碎设备的原则、粉碎度及粉碎程度，对原料粉碎设备的要求1)原则：①根据物料的性质和所要求的粉碎度等而定②坚硬物料、脆性物料：挤压、冲击③韧性、粘性物料：剪切、研磨、挤压④方向性物料：劈裂2)粉碎度：物料粉碎程度前后平均粒径之比x=D1/D2D1粉碎前物料的平均粒径D2粉碎后物料的平均粒径3）粉碎程度：按粉碎物料和成品的粒度大小分类：粗碎、中细碎、磨碎或研磨、胶体磨；筛析法：以物料通过不同筛目标准筛的百分数来表示4）设备要求：①粉碎后物料颗粒大小均匀②不重复粉碎，已粉碎物料需立即从压榨部分排除③操作自动化④容易更换磨碎的部位，在操作发生障碍时有保险装置，能自动停车。
3.锤式粉碎机的结构、特点锤式粉碎机的结构、特点1)锤式粉碎机的结构（酒精厂）①锤刀:高碳钢或锰钢，40*125-180*6-7mm。
末端V=25-55m/s,V越大，产品粒度越小，锤刀重量小，易产生自转；重量大，功率大。
②筛板：用以控制粉碎物料的粒度，圆形或长条形。
锤刀与筛孔间隙为5-10mm.一般6+2mm③锯齿形冲击板：与锤刀一起挤压，磨碎物料2)特点：①可做粗碎和细碎2②体积紧凑，构造简单，生产能力高③适用于不同性质的物料，物料含水量≤15%④锤刀磨损快，筛网易损坏⑤运转时震动较大，应安装在底层⑥粉碎机底部可采用吸引式气流输送，防止粉尘飞扬，提高产量。
《生物工程设备》教学大纲
《生物工程设备》课程教学大纲一、课程的性质和目的本课程是大学本科生物工程专业的专业课，通过本课程学习，结合认识实习和发酵工程等专业课程的学习，使学生掌握生物工程企业的工作流程、设备结构及其工作原理，主要设备的设计计算及选型，初步了解设备的安装与维护。
在此基础上，了解国内外生物工程与设备的新技术、新设备及发展动向。
通过本课程的学习，使学生初步具有独立分析和解决生产及试验研究上的工程设备问题的能力。
二、课程的基本要求通过本课程的教学，要求学生掌握生物工程生产过程中常用设备的结构、特点、工作原理、设计计算、选型及保养。
通过本课程学习使学生掌握常见生物工程设备的结构原理，能进行设计和选型的能力。
三、课程内容与要求第一章物料输送系统设备（4学时）1、学习目的和要求通过本章学习，了解生物工程工厂常用的固体物料和液体物料的输送设备，掌握斗式提升机、皮带输送机、螺旋输送机和气力输送系统的构造、原理及相关计算。
2、课程内容（1）斗式提升机；（2）皮带输送机；（3）螺旋输送机；（4）气力输送系统；（5）液体物料的输送设备。
3、考核知识点和考核要求（1）识记：斗式提升机、皮带输送机、螺旋输送机的构造及工作原理，气力输送流程、主要配套设备；（2）领会：气流输送的原理；（3）综合应用：气力输送系统的设计。
第二章物料处理与培养基制备（4学时）1、学习目的和要求通过本章学习，掌握固体物料的筛选、除杂及粉碎设备的构造、工作原理，液体培养基的制备及杀菌所涉及的设备构造、工作原理、工作流程及相关计算与设备选型。
2、课程内容（1）固体物料的筛选除杂设备；（2）固体物料的粉碎设备；（3）糖蜜原料的稀释与澄清设备；（4）淀粉质原料的蒸煮糖化设备；（5）啤酒生产中麦芽汁的制备。
3、考核知识点和考核要求（1）识记：振动筛、磁力除铁器、碟片式精选机、滚筒精选机、平板分级筛、圆筒分级筛、锤式粉碎机、辊式粉碎机、圆盘钢磨机、钢片式粉碎机、湿法粉碎机的构造及工作原理，糖蜜原料的稀释与澄清设备的构造及工作原理，淀粉质原料蒸煮糖化流程、啤酒生产中麦芽汁的制备流程中相关设备的构造及工作原理；（2）领会：固体物料粉碎的力学分析，培养基热灭菌的动力学；（3）综合运用：液体培养基的制备及杀菌工艺流程的设计。
《生物工程设备》第四章 空气除菌与空气调节设备
第四章空气除菌与空气调节设备好氧微生物在培养过程中需要消耗大量的氧气，这些空气通常由空气提供。
根据国家药品生产质量管理规范（GMP）的要求，生物制品、药品的生产场地也需符合空气洁净度要求并有相应的管理手段。
第一节空气除菌的原理与方法一、生物工业对空气质量的要求1．空气中微生物的分布地域（南方与北方、城市与乡村）、季节2．发酵用无菌空气的质量标准（1）连续提供一定流量的压缩空气；（2）空气的压强（表压）0.2-0.4MPa；（3）进入过滤器之前，空气的相对湿度小于70％；（4）进入发酵罐的空气温度可比培养温度高10－30℃；（5）压缩空气的洁净度，取失败率为10－3，也可以把100级作为无菌空气的洁净指标。
100级：每立方米空气中，尘埃粒子数最大允许值≥0.5μm的为3500，≥5μm为0；微生物最大允许数为5个浮游菌/m3，1个沉降菌/ m3 。
二、空气净化除菌方法（一）空气除菌方法1．辐射杀菌α－射线、χ－射线、β－射线、γ－射线、紫外线、超声波等从理论上都能破坏蛋白质等生物活性物质，从而起到杀菌的作用。
辐射灭菌目前仅用于一些表面的灭菌及有限空间内空气的灭菌，对于大规模空气的灭菌还无法应用。
2．热杀菌空气进入发酵罐之前，一般匀需用压缩机压缩，提高压力。
利用空气压缩时放出的热量进行保温灭菌。
见流程3．静电除菌利用静电引力吸附带电粒子而达到除尘灭菌的目的。
悬浮于空气中的微生物，大多数带有不同的电荷，没有带电荷的微粒进入高压静电场时都会被电离成带电微粒，但对于一些直径小的微粒，所带的电荷很小，当产生的引力等于或小于气流对微粒布朗扩散运动的动量时，微粒不能被吸附而沉降，因此静电除尘对很小的微粒效率较低。
流程见图4．介质过滤除菌二、介质过滤除菌机理依靠气流通过滤层时，基于滤层纤维的层层阻碍，迫使空气在流动过程中出现无数次改变气速大小和方向的绕流运动，从而导致微粒与滤层纤维间产生撞击、拦截、布朗扩散、重力和静电引力等作用，从而把微生物截留、捕集在纤维表面上，实现过滤目的。
《生物工程设备及工厂设计》课程教学大纲
《⽣物⼯程设备及⼯⼚设计》课程教学⼤纲《⽣物⼯程设备及⼯⼚设计》课程教学⼤纲课程英⽂名称：Design of Biological Engineering Equipment and Factory课程编号: 1822123002课程计划学时：48学分：3课程简介：《⽣物⼯程设备及⼯⼚设计》是⽣物⼯程专业⼀门专业选修课程，学位课。
该课程是⽣物⼯程技术和化学⼯程与设备交叉的结合体，是⼀门实践性很强的学科。
课程主要介绍⽣物⼯程产业界常见的⼯业⽣产设备及⽣物⼯程研究领域的主要设备的基本原理、结构、特点、设计选⽤计算⽅法及发酵车间⼯艺设计。
本课程既有⼀定基础理论，⼜有较强的⼯程实际应⽤，使本专业学⽣成为能在⽣物技术与⼯程领域从事产业化设计、⽣产、管理和新技术研究、新产品开发的⼯程技术⼈才。
课程内容为：发酵设备计算及选型；⽆菌空⽓设备；分离设备；过滤、离⼼、萃取、吸附、离⼦交换、层析、蒸发、结晶、⼲燥等设备；发酵车间⼯艺设计。
通过本课程的学习，了解和掌握不同类型的⽣物⼯程设备⼯作原理，懂得如何应⽤这些基本理论去分析和解决⽣产过程中的具体问题，改造原有⽣产过程使其更符合客观规律，实现⽣产过程的优化，提⾼⽣产过程的经济和社会效益。
⼀、课程教学内容及教学基本要求第⼀章设计概述本章重点是⽣产⼯艺设计，⽣物⼯⼚设计的原则和特点，难点是⽣物⼯⼚设计的特点。
第⼀节⽣物⼯程⼯⼚设计的⽬的和要求本节要求了解⽣物⼯程⼯⼚设计的⽬的和要求，⼯⼚设计在国民经济中的地位和意义(考核概率1%)。
第⼆节设计⼯作的任务和内容本节要求了解设计⼯作的基本任务和内容(考核概率1%)，理解总体设计和局部设计(考核概率2%)。
第三节⽣产⼯艺设计本节要求了解⽣产⼯艺设计在总体设计中的地位，计算机在⼯艺设计中的应⽤(考核概率1%)，理解⽣产⼯艺设计的依据与内容(考核概率2%)。
第四节⼯⼚设计⼯作原则本节要求理解解⽣物⼯⼚设计的基本原则和特点(考核概率2%)。
生物工程设备
⽣物⼯程设备⽣物⼯程设备教学⼤纲⽣物科学与⼯程学院⽣物⼯程教研室编2009年9⽉第三次修改编写说明⽣物⼯程设备是⽣物⼯程专业的专业核⼼课程之⼀，在我系的专业课教学中占有特别重要的地位。
⽣物⼯程设备是专门研究⽣物⼯⼚设备的⼀门学科，是⽣物⼯程专业的专业课，在学过的⽣物⼯艺，化⼯原理，⽣物化学的基础上开设的。
⽣物技术是以基因⼯程为先导，结合发酵⼯程、酶⼯程和⽣化⼯程等技术，构成现代⽣物技术。
⽣物⼯程设备则是⽣物⼯程技术和化学⼯程与设备交叉的结合体。
具体内容包括：⽣化反应器、⽣化反应物料处理及产物分离纯化设备和辅助系统设备的原理和设计及计算。
通过本课程的学习使学⽣能够了解和掌握发酵⼯⼚常⽤的发酵设备、分离提取原理及设备。
并为学习其他⼯艺学奠定基础。
为了规范教学，提⾼我系的⽣物⼯程专业课的教学质量，特编写此⼤纲。
⽣物⼯程设备教学⼤纲，全⾯系统的介绍发酵⼯艺的内容，结合本学科的最新成果组织编写。
本⼤纲的内容有：教学⽬的与要求、教学重点与难点、教学内容、并提供了思考题、教学参考书及课时分配表等。
本⼤纲由李树⽴⽼师编写，教研室集体审定。
⽣物⼯程教研室2009年9⽉课时分配表⽬录理论教学部分：第⼀章概述第⼆章物料处理和输送设备第⼀节固体物料的处理与粉碎设备第⼆节固体物料输送设备第三节液体物料的输送设备第三章空⽓净化除菌设备第⼀节空⽓净化除菌的⽅法与原理第⼆节空⽓过滤除菌设备及计算第四章培养基的制备设备第⼀节糖蜜原料的稀释与澄清第⼆节淀粉质原料的蒸煮糖化设备第三节啤酒⽣产麦芽汁的制备第四节培养基的灭菌第五章通风发酵设备第⼀节机械搅拌通风发酵罐第⼆节⽓升式发酵罐(ALR)第三节⾃吸式发酵罐第四节通风固相发酵设备第五节其他类型的通风发酵反应器简介第六章嫌⽓发酵设备第⼀节酒精发酵设备第⼆节啤酒发酵设备第三节连续发酵第七章植物细胞(组织)和动物细胞培养反应器第⼀节植物细胞(组织)培养反应器第⼆节动物细胞培养反应器第三节微藻培养反应器第⼋章⽣物反应器的⽐拟放⼤第⼀节⽣物反应器的放⼤⽬的及⽅法第⼆节通⽓发酵罐的放⼤设计第九章过滤、离⼼与膜分离设备第⼀节过滤速度的强化第⼆节过滤设备第三节离⼼分离设备第四节膜分离设备第⼗章离⼦交换分离原理及设备第⼀节离⼦交换树脂第⼆节离⼦交换分离原理第三节离⼦交换设备第⼗⼀章蒸发与结晶设备第⼀节常压与真空蒸发设备第⼆节结晶设备第⼗⼆章⼲燥设备第⼀节固体物料⼲燥机理及⽣物⼯业产品⼲燥的特点第⼆节⾮绝热⼲燥设备第三节绝热⼲燥设备第四节冷冻⼲燥及其他⼲燥设备第⼗三章蒸馏设备第⼀节蒸馏分离提纯原理第⼆节酒精蒸馏流程第三节粗馏塔第四节精馏塔第⼗四章⽣物反应器的检测及控制⾃学第⼗五章⽣物⼯程供⽔与制冷系统及设备⾃学实验教学部分：在⽣物⼯程实验课程中做实验⼀发酵罐操作技术实验⼆体积溶氧系数的测定理论教学内容第⼀章绪论【教学⽬的与要求】了解课程的⽬的和任务，掌握⽣化反应的⽬的，掌握⽣化反应器的分类，了解⽣化反应器设计基础内容。
微生物工程--第3章-发酵工业的培养基及原料处理可编辑全文
加热
维持
加压灭菌法
连续加压灭菌法优点
①因采用高温瞬时灭菌，故既可杀灭微生物，又可最大 限度减少营养成分的破坏，从而提高了原料的利用率， 比“实罐灭菌”（120℃，30分钟）提高产量5～10％；
②由于总的灭菌时间较分批灭菌明显减少，所以缩短了 发酵罐的占用周期，从而提高了它的利用率；
③由于蒸汽负荷均匀，故提高了锅炉的利用率； ④适宜于自动化操作； ⑤降低了操作人员的劳动强度。
①营养不能太丰富，否则不易产孢。
②无机盐浓度要适当，不然会影响孢子 量和孢子的颜色（质量）。
③注意pH和湿度。
常用的孢子培养基有：麸皮培养基、小 米培养基、大米培养基、玉米碎屑培养基等。
它们含氮量低，疏松、表面积有摇瓶种子和种子罐用的种子培养基等。对种 子培养要求做到纯种、健壮、活力旺盛，并有足 够的数量，以满足下一级菌种生长繁殖需要。
葡萄糖值（DE）98以上
含非发酵性糖、NaCl等杂质， 糖化液纯度高，易于精制 精制较难
糖化液具苦味，色深 高温、高压 淀粉浆浓度低 收率较低，成本较高
糖化液不具苦味，色浅 常温、常压 淀粉浆浓度高 收率比酸法提高10％，成本 降低10％
长时间多次结晶，才能制得 可一次结晶制得纯葡萄糖 纯葡萄糖
废液利用率低 酸用量少，糖化时间短
对这种培养基的要求是能够使菌体长得快 而健壮，而且不易引起菌种变异。
一般斜面培养基中碳源和氮源含量不 宜过多，特别是碳源，多了会引起pH波动， 无机盐浓度也要控制适当，以免影响菌种 特性。
2、孢子培养基：
供菌种繁殖孢子的一种固体培养基，要 求使菌体生长迅速，产生数量较多的优质孢 子，并且不引起菌种的变异，因此在配置上 要求:
（二）消毒（disinfection）
生物工程设备知识点
第二章物料输送过程与设备1.离心泵：①原理：驱动机通过泵轴带动叶轮旋转产生离心力，在离心力的作用下液体沿叶片流道被甩向叶轮出口，液体经蜗壳收集送入排出管。
液体从叶轮获得能量，使压力能和速度能均增加，并依靠此能量将液体送到工作地点。
同时，叶轮入口中心形成低压，在吸液罐和叶轮中心处的液体之间产生了压差。
洗液罐中的液体在这个压差的作用下不断吸入管路及泵的吸入室，进入叶轮中心。
2.气蚀：离心泵工作时，叶轮中心处产生真空形成低压而将液体吸上，在真空区发生大量汽化气泡。
含气泡的液体挤入高压区急剧凝聚破裂产生局部真空。
周围的液体以极高的速度流向气泡中心，产生巨大的冲击力。
把泵内气泡的形成和破裂而使叶轮材料受到破坏的过程，叫做气蚀。
气缚：离心泵启动时，如泵内有空气，由于空气密度很小产生离心力。
因而液体中心产生低压不足以吸入液体，这样虽然启动离心泵也不能完成输送任务的现象。
3.往复泵：①原理：活塞自左向右移动时泵缸内形成负压，液体吸入电动往复泵阀进入缸内。
当活塞自右向左移动时，缸内液体受挤压，压力增大。
由排出阀排出。
活塞往复一次则各吸入和排出一次液体，这成为一个工作循环。
②结构：泵缸、活塞、活塞杆、吸入阀、排出阀4.漩涡轮：①特点：流量小。
压强大。
②原理：叶轮旋转时，液体进入流道，受旋转叶轮的离心力作用，被甩向四周环形流道并转动，叶轮内侧液体受离心力的作用大，而在流道内受到离心力作用小，由于所受离心力大小不同，因而引起液体作纵向漩涡运动。
5.螺纹杆泵：①特点：流量稳定、压强高、作为连消塔进料泵。
②原理：利用螺杆的回转来吸排液体。
6.压缩比：P出口/P进口（绝对压强）7.涡轮式空压机：①犹如一台多级串联的离心泵压缩机。
②特点：动气量大、出口压强大③③型号：DA型和SA型“D”---单吸“S”---双吸“A”—涡轮压气机8.往复式空压机：①缺点：气量不稳、空气中夹带油。
②原理：气罐并联。
吸入阀和排气阀具有止逆作用，使缸内气体数量保持一定，活塞移动使气体的压力升高，当达到稍大于出口管的气体压力时，缸内气体便开始顶开排气阀的弹簧进入出口管，不断排出。
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动物细胞的培养特点
• 动物细胞对周围环境比较敏感 无细胞壁保护，因而外界的物理化学因素很容 易产生影响。
• 动物细胞培养基的要求高
与细菌和植物细胞不同，其需要12种必需氨基 酸、8种以上的维生素、多种无机盐和微量元 素、作为主要碳原的葡萄糖以及多种细胞生长 因子和贴附因子，而且不同种类要求又有变化。
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细胞培养的生物反应器要符合以下要求:
合适的氧传递; 良好的流动特性; 低的剪切力。
生物反应器类型:
机械搅拌式(调整搅拌叶轮形状不伤害细胞); 气动式（鼓泡和气体喷射式); 两种形式的组合型式。
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• 几种固定化植物细胞反应器: 填充床生物反应器 流化床生物反应器 膜生物反应器
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填充床生物反应器: 细胞固定在胶粒、泡沫， 也可以位于支持物的表面，通过培养液流 动实现混合和传质。
流化床生物反应器: 细胞包裹于胶粒、泡沫 颗粒中，通过空气培养基在反应器内的流 动使固定化呈流态化悬浮，其缺点在于剪 切力和颗粒碰撞会破坏固定细胞。
膜反应器是近年使用广泛的一种固定化反应 器。最常用的膜反应器是中空纤维和螺线 式卷绕反应器。膜反应器的传质效率低和 易堵塞问题同样存在，且反应器投资大。
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微藻培养的特点
• 光照要求高; • 光自养; • 有机物异养和兼养(一般低于微生物); • 异养生长速度快过光自养; • 营养盐要求齐备, C, N, P为必需; • 生长条件粗放.
主要用于螺旋藻和小球藻的培养
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微藻培养用生物反应器
• 跑道式敞口培养系统(游泳池式), 水深~30CM; • 封闭式光培养反应器; • 光照生物反应器, 搅拌罐和气升罐均可.
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1、悬浮培养 适用于一切种类的非贴壁依赖性细胞（悬浮细胞），也适
用于兼性贴壁细胞。目前生产中用于悬浮培养的设备主 要是通气搅拌式生物反应器和气升式生物反应器.
2、贴壁培养 适用于贴壁依赖性细胞，也适用于兼性贴壁细胞。适用的
细胞种类广，较容易采用灌流培养的方式使细胞达到高 密度.
3、贴壁-悬浮培养，或称假悬浮培养
• 与酒精生产反季节。气体的储存
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酒精发酵罐的冷却
• 盘管冷却最常见;
• 热量的平衡; 按厌氧发酵消耗1kg麦芽糖产热650kJ计算 (为设备预留冷却余量)
注: 一般发酵好氧消耗1mol氧气产热460kJ
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啤酒发酵设备
• 前酵(8~15 OC)与后酵(0~5 OC)
前酵特点: 扩增酵母;温度较高;产气多;时间短 后酵特点: 产生风味;温度较低;产气少;时间长
植物细胞比细菌大得多，直径约为10~200m，具有 细胞壁，对剪切力敏感。在培养时当转速超过一 定数值，细胞生长明显下降，并且出现死亡和破 碎现象。
植物细胞培养过程中细胞常以团状存在，且在培养 后期团状颗粒逐渐增大，过大的颗粒使团中心营 养水平不足，影响其次生代谢产物的合成能力， 并且团内的微环境难以控制，成团也影响了反应 器中的均匀分布，使混合效果较差，尤其是在培 养后期和高密度培养过程中，但一定的颗粒大小 和分化又对次生代谢物的合成起促进作用。
第三章 嫌气发酵设备
• 酒精发酵设备 • 啤酒发酵设备 • 连续发酵
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1
CIP自动清洗系统
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P55
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P71
酒精发酵的CO2回收
1, 冷却回收酒精;
2, 加压储存CO2; 纯度高, 量大, 应用于碳酸 饮料工厂
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CO2在碳酸饮料中的作用
• 抑菌； • 气化时散热； • 改善口感。
（1）微载体培养;
（2）包埋或微囊培养;
（3）结团培养
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微囊培养系统
• 活细胞(或酶) + 海藻酸钠;
• 滴入氯化钙溶液形成胶粒;
• 氨基酸聚合物,多聚赖氨酸包被胶粒;
L-2,6-二氨基已酸
• 液化洗脱海藻酸钙(成胶物质);
• 活细胞(或酶)教微学pp囊t
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• 保温措施, 设备周转
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连续发酵
生长速率等于稀释速率
D, 稀释速率,单位时间进入反应器的料液量/ 反应器内的总料液量
u, 生长速率,单位时间生物倍增或生产产物 的速度
单位:时间的倒数
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第四章 植物细胞(组织)和动物细胞培养反应器
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植物细胞的培养特点