11级--生物工程设备期末复习(课堂教学学生版)

11级生物工程设备期末复习

绪论

1、生物技术（Biotechnology）是应用自然科学及工程学的原理，依靠生物作用剂（biological agent）的作用将物料进行加工以提供产品为社会服务的技术。这里的生物作用剂主要是指：酶、生物细胞或生物体。

第一章 生物质原料预处理设备

1、 固体物料的粉碎有可能受那些力作用引起的？ 挤压粉碎、冲击粉碎、磨碎、剪碎、劈碎 2、 锤式粉碎机有哪些部件构成？ （1）锤片 (2）筛板

工作原理：物料从上方料斗加入，在悬空状态下就被锤的冲击力所破碎。然后物料被抛至冲击板上，再次被击碎。此外物料在机内还受到挤压和研磨的作用。 3、 辊式粉碎机是如何粉碎物料？它有几类？

原理：主要工作机构为两个相对旋转的平行装置的圆柱形辊筒，装在两辊之间的物料通过辊筒对其的摩擦作用而被拖入两辊的间隙中被粉碎。 两辊式、四辊式、五辊式、六辊式 4、 固体粒子混合时会发生哪三种运动形式？ 对流混合：固体粒子的循环流。

剪切混合：粒子间相互滑动和撞击产生。 扩散混合：存在状态不同而产生的局部混合作用。 5、粉碎比：物料粉碎前后平均粒径之比，x=D1/D2。 6、大麦精选机的工作原理是什么？

精选是利用杂粒与大麦长度不同的特点进行分离。

常用的精选机有碟片式和滚筒式2种，都是利用带有袋孔（窝眼）的工作面来分离杂粒。

袋孔中嵌入长度不同的颗粒，带升高度不同而分离；或者说主要是根据颗粒长度分级。

第二章 生物细胞培养基制备设备 1、 淀粉质原料蒸煮目的是什么？

1）糊化：原料吸水后，借助于蒸煮时的高温高压作用，破坏原料中淀粉颗粒的外皮，使其内容物质流出，呈溶解状态变成可溶性淀粉，以便糖化剂作用，使淀粉变成可发酵性糖。采用的方法是用蒸汽加热。

2）灭菌：借助蒸汽的高温高压作用，把存在于原料中的大量微生物进行灭菌，以保证发酵过程中原料无杂菌污染，使酒精发酵能顺利进行。 2、四器组合的啤酒麦芽汁制备系统由哪些设备组成？ 四器为：糊化锅、糖化锅、过滤槽和麦汁蒸煮锅； 3、啤酒厂糊化锅、糖化锅、麦芽汁煮沸锅的作用？

糊化锅：加热煮沸辅助原料和部分麦芽粉醪液，使淀粉液化和糊化 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 麦芽汁煮沸锅：麦汁的浓缩和煮沸，加入酒花，浸出酒花中苦味物质和芳香物质，加热凝固蛋白质，灭菌、灭酶

4、为什么工业发酵培养基灭菌采用湿热灭菌法？

湿热灭菌是利用高温饱和蒸汽将物料的温度升高使微生物体内的蛋白质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量多；含有很多固体物质；灭菌后要有利生产菌的生长。湿热灭菌方便易行，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。

5、若对某培养液进行灭菌，试设计一板式换热器连续灭菌流程，其中要用到热

集成方式。画图并说明灭菌流程。板式换热器可用方框图表示。

说明：①生培养液先在板式换热器2内进行预热，此处用到热集成，即灭菌后的

培养液作为加热介质，把热量传递给生培养基，同时使灭菌后的培养液得到初步冷却。

②在板式换热器3内预热后的培养液被加热到灭菌温度。加热源为蒸汽。 ③在维持段维持一段时间，完成灭菌。 ④在板式换热器2处被预冷。

⑤在板式换热器1处，经过预冷的培养液继续被冷却水进一步冷却至设定温度。

6、试设计培养基连续灭菌流程，使用的设备为连消塔、维持罐和喷淋冷却设备。（画简图并说明灭菌流程，并说明各设备的主要作用）。

2451367 图2-4 连续灭菌设备流程示意图1-配料罐（拌料罐）2-蒸汽入口 3-连消塔 4-维持罐 5-培养基出口 6-喷淋冷却 7-冷却水

说明：

连消塔的作用：主要是使高温蒸汽与料液迅速接触混合，并使料液的温度很快升高到灭菌温度（126~132℃）；

维持罐的作用：连消塔加热的时间很短，光靠这段时间的灭菌是不够的，用维持罐保温杀菌一段时间达到灭菌要求；

冷水喷淋冷却管：从维持罐出来的料液要经过冷却管进行冷却，冷却到40~50℃后，输送到预先已经灭菌过的罐内。

7、有一发酵罐内装40立方米培养基，在摄氏121度温度下进行实罐灭菌，原污染程度为每ml有200000个耐热细菌芽孢，摄氏121度时灭菌速度常数为1.8（/min），求灭菌失败机率为0.001时所需要的灭菌时间？（假设不计升温阶段所杀灭的菌数，把培养基中所有的菌均看作是在保温阶段被杀灭）。若培养

基采用连续灭菌，灭菌温度为摄氏131度，此温度下灭菌速度常数为15（/min），求灭菌所需的维持时间？

解①： N0=40*106*200000=8*1012 Nt=0.001，k=1.8（/min） 灭菌时间为：

2.303 N0

t= ——lg—=20·34（min）

k Nt

解②： 2.303 C0

t=————lg— k Ct

C0=200000（个/ml） Ct=1/40000000000（个/ml） t=2·37（min）

8、已知从汽液分离器排出的糊化醪量为1000kg/h，其比热为3.6kJ/kg·k，温

度为100℃,要求冷却到65℃，试计算真空冷却器基本尺寸（直径D和高度H）。

注：①二次蒸汽在65℃时汽化潜热r=2343.4KJ/Kg; ②在65℃时蒸汽的密度为0.16kg/m3; ③取器内二次蒸汽上升速度不超过1m/s; ④取真空冷却器径高比D:H=1:1.5。

解：① 糊化料液从100℃冷却到65℃放出热量：

W=1000×3.6×（100-65）=126000（kJ/h） ② 真空冷却器内产生的二次蒸汽量为：

③ 二次蒸汽的体积流量为：53.8/0.16=336.25 m3/h ④ 因

/h

故

又因： D:H=1:1.5

故： H=0.345x1.5=0.5175（m）

9、现代生物技术工业涉及的生物培养往往是纯种培养，需对培养基等进行灭菌。请说明一下染菌可能产生的危害？

答：1）生产菌和杂菌同时生长，生产菌丧失生产能力；

2）在连续发酵过程中，杂菌的生长速度有时会比生产菌生长得更快，结果使发酵罐中以杂菌为主；

3）杂菌及其产生的物质，使提取精制发生困难 4）杂菌会降解目的产物； 5）杂菌会污染最终产品；

6）发酵时如污染噬菌体，可使生产菌发生溶菌现象。

10、生物工程工业上防止杂菌污染的措施有哪些？

答：1）使用的培养基和设备须经灭菌，发酵罐无死角、无渗漏且灭菌彻底； 2）好氧培养中使用的空气应经除菌处理，无菌空气制备应达到工程要求； 3）设备应严密，生物反应器维持正压环境；

4）培养过程中加入的物料应经过灭菌，补料系统无死角、无渗漏且灭菌彻底；

5）使用无污染的纯粹种子，种子制备严格按无菌要求操作，确保生产种子没有杂菌；

6）生产区域保持清洁卫生；

7）灭菌、接种、取样应严格按规范进行操作。

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