发酵工程设备复习重点讲解.docx

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发酵工程设备复习重点讲解

种子制备

种子扩大培养:

将保存在砂土管、冷冻干燥管中处于休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后，再经过扁瓶或摇瓶及种子罐逐级扩大培养而获得一定数量和质量的纯种过程。

这些纯种培养物称为种子。

种子罐级数:

各种种子在种子罐中逐级扩大培养的次数。

接种龄:

种子罐中培养的菌丝体开始移入下一级种子罐或发酵罐时的培养时间。

双种法:

采用二只种子罐接一只发酵罐。

倒种法:

以适宜的发酵液倒出适量给另一发酵罐作种子。

实消:

分批灭菌将培养基置于反应器中用蒸汽加热，达到预定灭菌温度后维持一定时间，再冷却到发酵温度，然后接种发酵，这叫分批灭菌。

连消:

连续灭菌将培养基在向发酵罐等培养装置输送的同时进行加热、保温和冷却的灭菌方法就是连续灭菌。

1、发酵工业用种子需要满足什么条件？

①菌种细胞的生长活力强，移种至发酵罐后能迅速生长，迟缓期短；②生理性状稳定；③菌体总量及浓度能满足大容量发酵罐的要求；④无杂菌污染；⑤保持稳定的生产能力。

2、影响种子质量的因素有哪些？

①原材料质量，水质，培养基pH；

3、简述发酵工业常用的灭菌方法。

②灭菌条件；③接种量；④培养室温度、湿度、通风；⑤培养时间；⑥有害气体或挥发物（培养室内不要安紫外灯）；⑦冷藏条件。

4、连续灭菌的基本设备有哪些？

（1）配料预热罐；

（2）连消塔；（3）维持罐；（4）冷却管

5、影响灭菌的因素有哪些？

培养基成分、物理状态、微生物数量、氢离子浓度、微生物细胞中水分、微生物细胞菌龄、空气排除情况、搅拌过程、泡沫

发酵工程设备总体包括：

生物反应器、生物反应物料处理、产物的分离纯化设备、辅助系统设备微生物反应器

1、微生物反应器设计的基本要求有哪些？

（1）避免将需蒸汽灭菌的部件与其它部件连接，因为即使阀门关闭，细菌也可在阀门内生长；

（2）尽量减少法兰连接，因为设备震动和热膨胀会引起连接处的移位，导致染菌。

如有可能，应采用全部焊接结构；（3）防止死角、裂缝等一类情况，以避免固体物质在此堆积，形成使杂菌获得热抗性的环境；（4）发酵罐系统的某些部分应能单独灭菌；（5）与反应器相通的任何连接都应采用蒸汽加以密封，如取样口在不取样时也要一直通蒸汽；（）所6有阀门要易清洗、易使用、易灭菌；（7）反应器应始终保持正压以排除渗漏；（8）为了便于清洗，反应器主体应尽量简单。

2、机械搅拌通风发酵罐主要由哪些结构组成，其功能分别是什么？

（a）罐体（b）搅拌器和挡板①搅拌器作用：

打碎空气气泡，增加气－液接触界面，以提高气－液间的传质速率。

其次是为了使发酵液充分混和，液体中的固形物料保持悬浮状态。

②挡板作用：

加强搅拌强度，防止液面中央形成漩涡流动，促使液体上下翻动，增强溶氧传质。

3、气升式发酵罐包括哪些类型，其工作原理是什么？

（1）气升环流式、鼓泡式、空气喷射式

（2）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向上运动，而气含率小的发酵液则下沉，形成循环流动，实现混合与溶氧传质。

4、简述自吸式发酵罐的充气原理。

搅拌器由罐底向上伸入的主轴带动。

叶轮旋转时叶片不断排开周围的液体使其背侧形成真空，由导气管吸入罐外空气。

吸入的空气与发酵液充分混合后在叶轮末端排出，并立即通过导轮向罐壁分散，经挡板折流涌向液面，均匀分布。

5、动物细胞培养反应器有哪几种形式，举出一个例子加以说明。

动物细胞微载体悬浮培养反应器用微珠做载体，使单层动物细胞生长于微珠表面，并在培养液中进行悬浮培养。

这种培养方式是将单层培养与悬浮培养相结合，这是大规模动物细胞培养最有前途的方法。

6、动植物细胞培养和微生物培养的区别

1.动物细胞没有细胞壁，大多数哺乳动物细胞需要附壁生长；

2.对培养基的营养要求相当苛刻，要求含有多种氨基酸、维生素、无机盐、血清等物料；

3.对培养环境十分敏感，对温度、pH、溶氧浓度等条件都比微生物培养要严格得多；

4.动物细胞对流体剪切力十分敏感，强烈的机械与通风鼓泡所引起的过大剪切力会损伤细胞，使细胞破裂。

植物细胞虽然有细胞壁，但对流体剪切力的耐受程度也要比微生物差；

5.由于动植物细胞的生长要比微生物缓慢得多，一般只有在高细胞密度下，才能得到一定浓度的产物；

6.生长慢，又非常容易染菌，因此需要严格的无菌防范措施。

植物和动物细胞培养反应器

1、比较植物、动物、微生物细胞的结构和生理特点。

性质

动物细胞

植物细胞

微生物细胞

大小

10-100um

比微生物细胞大

10um

代谢调节方式

内部和激素

内部和激素

内部

营养要求

很苛刻

苛刻

宽松可利用多种底物

生长速率

倍增时间一般为12-60h

倍增时间一般为0.5-2h

机械强度

最差，缺乏保护性细胞壁差

差，抗剪能力弱 

较好

环境适应性

很差

差

好

粘附性

贴壁生长

细胞团形式

悬浮分离

2、描述植物细胞、动物细胞生物反应器的共性。

各有何优缺点。

都需要满足动植物细胞抗剪切力弱，营养要求苛刻，培养条件严格，要求较高传质效率的特性；悬浮培养生物反应器

反应器

优点

缺点

机械搅拌式反应器（悬浮式）

能够获得较高的溶氧系数

剪切力大

通气搅拌式反应器（悬浮式）

避免向培养基直接通气时气泡损伤细胞，没有移动部件，密封好，氧转换率较高，便于放大

氧传递系数小，气路系统不能就地灭菌

气升式培养反应器（悬浮式）

湍流温和均匀剪应力小，完全密封，便于无菌操作，氧的转换率高，便于放大生产

填充床生物反应器（固定化）

单位体积固定细胞量大

混合效果差，使溶氧、pH、温度控制、气体的排出较难

流化床生物反应器（固定化）

小颗粒传质特性良好

剪切力和颗粒碰撞会损坏固定化细胞

膜式（中空纤维）反应器（固定化）

良好的传质性能，满足细胞贴壁生长的特性；培养器体积小，细胞密度高；产物纯度高；自动化程度高；可重复使用

成本高

微载体悬浮培养系统

比表面积大；生长条件易控制且易放大，兼贴壁与悬浮培养的优势，取样方便；易于分离

微囊培养系统

小颗粒传质特性良好；科技含量较高

结构复杂

固体物料运输

固态物料输送设备：

斗式提升机带式输送机螺旋输送机气体输送系统

一、斗式提升机：

用胶带或链条做牵引件，将一个个料斗用螺钉固定在牵引件上，牵引件再由鼓轮张紧并带动运行；垂直提升物料适用物料：

松散型、小颗粒物料。

如大麦、小麦、大米、玉米等粮食。

料斗：

深斗深度大，装料多；排料难干燥、易撒落物料

浅斗深度小，斗口宽；易排料潮湿、较黏物料

尖角形斗中和前两者

料斗带：

钢质链条适用于高生产率，较高高度和较重物料的运输。

装料：

掏取式和喂入式

卸料：

离心式卸料和重力式卸料可加导轮、导槽卸料

2、带式输送机：

由绕在两个鼓轮上的封闭环形组成的运输系统，两鼓轮一个为主动轮，一个为从动轮，主动轮靠摩擦力带动环形带运转，环形带再靠摩擦力带动上面的物料，达到运输的目的；水平或斜向上提升物料适用物料：

松散状干湿物料及成件制品

（1）带：

有橡胶带、塑料带、钢带等几种。

（2）托辊：

可限制承载重物的带下垂。

分上、下托辊，上托辊有直形和槽形两种，下托辊只有直形一种。

（3）鼓轮：

卸料端为主动轮，上料端为从动轮，其作用是拉紧胶带和转向胶带

（4）传动装置和张紧装置：

传动装置主要包括电动机和减速机，张紧装置的作用是给胶带一定张力，防止胶带在鼓轮上打滑。

常用的张紧装置有重锤式和螺丝拉紧式两种。

（5）加料装置和卸料装置：

常用矩形漏斗式为好，加料较均匀。

物料可在输送带末端自由落下，不需卸料器；中途卸料可用挡板。

三、螺旋输送机：

主要由外壳和一个旋转的螺旋料槽和传动装置构成。

当轴旋转时，螺旋把物料沿料槽推动，在运动中物料以滑动形式沿着槽移动。

螺旋输送机的作用：

既可输送物料，又起到混合物料和加料的作用适用物料：

适用于松散的粉状或小颗粒物料、粘稠物料能量消耗较大；用于短距离的水平输送，或是倾角不大于20°情况下的输送。

四、气力输送系统：

是借助空气在密闭管道内的高速流动，物料在气流中被悬浮输送到目的地必须保证足够的气流速度，但是速度过大，会造成很大的输送阻力和较大的磨损

输送流程的比较

风机位置

管道内压力

输送管道

加、卸料器

输送方式

吸入式流程

尾部

负压

较粗

不需加料器

封闭好排料器

多到一

压送式流程

前段

正压

较细

封闭好的加料器，不需排料器，自动卸料

一到多

混合式流程

中间

前负压

后正压

加料器和卸料器

多点吸入和压送至较远较高地方

优点：

①系统密闭②在输送过程中，可同时进行对输送物料的加热、冷却、混合、粉碎、干燥和分级除尘等操作③设备简单，操作方便，容易实现自动化④占地面积小⑤可实现多点取料或者多点供料。

不足：

动力消耗较大；管道和供料器磨损过快；输送的物料有限制，不易输送潮湿易黏结和怕碎的物料。

进料装置（吸嘴）：

a.单管吸嘴：

管内无空气或仅进入少量空气而达不到输送物料的气流量。

（容易堵塞）

b.带二次进风口的单管吸嘴：

有二次空气的进风口。

c.喇叭型双筒吸嘴吸料口做成喇叭形，外筒和内筒的环隙是二次空气通道。

d.固定型吸嘴

e.闭风器（关风器）防止与外界大气连接，避免空气的泄漏；压送式系统配合加料，吸入式系统配合卸料用。

加料装置：

叶轮旋转，物料从料斗或容器下落到叶片间，随叶片旋转至下端，物料排出。

分离装置：

物料分离效率高，性能稳定，连续运转，连续排出分离的物料，且要经久耐用，维修方便，费用要低等要求。

a.重力分离器重力沉降物料气流进入分离器后，气速大大降低，物料由于自身的重力沉降，气体从上部排出

b.旋风分离器离心力沉降物料气流沿内壁旋转运动下降，圆锥底部旋转直径减小，旋转速度增加，粒子受到大离心力分离下落；气流到底部附近开始反转，沿中心部旋转上升，从上出口排出。

除尘装置:

1、回收粉状物料2、净化排放空气3、防尘粒进入真空泵

a.旋风分离器10μm以上的粒子，小粒子效率不高

b.布袋滤尘器细小干燥的工业粉尘，净化效率98%以上

c.湿式除尘器利用水捕集气流中的粉尘

固体物料处理

固体物料处理:

物料的除杂设备、物料的筛选/精选设备、固体物料的粉碎设备

杂物：

a.铁磁性物质：

铁钉、螺丝等b.纤维性较长的物质：

麻绳、庄稼秸秆等c.颗粒状：

沙子、泥土块、小石块等

磁铁分离器:

a平板式磁铁分离器固定形磁钢装置数块磁钢一排，同极一边，在磁铁间用薄木片或纸板阻隔。

除杂效果差，人工清理

b旋转式磁铁分离器永磁滚筒磁铁滚筒由转动的外筒和固定磁铁芯组成。

外筒转动，物料经过磁铁时，谷物下落，金属杂质被吸住，留在外筒表面，随外筒带到磁场作用外，落入盛铁盒

大麦粗选机:

原料→料斗→进口吸风道去轻杂→第一层筛面去大杂→第二层筛面去中杂→第三层筛面去小杂→出口吸风道去轻杂→洁净大麦

大麦精选机：

利用杂粒（荞子、燕麦、豌豆等）与大麦长度不同的特点进行分离除去半粒大麦（伤麦）和草籽，防止发霉和不良味道

a.碟片式精选机当碟片在粮堆中转动时，短粒物料嵌入袋孔被带到较高位置，由于孔底逐步向下倾斜，短粒物料受本身重力作用再从袋孔中倒出，落入收集槽；长粒物料则因其长度较袋孔长，虽有可能进入袋孔，但其重心在袋孔之外，当碟片还未带到一定高度，即从袋中滑落

特点：

工作面积大，转速高，产量比滚筒式精选机大，碟片损坏可以更换

b.滚筒式精选机袋孔的旋转圆筒，长粒物料不能进入袋孔，在进料压力和滚筒倾斜的影响下向滚筒另一端移动流出；短粒物料嵌入袋孔被带到较高位置，落入中央收集槽中，由螺旋输送机送出从而得到分离

特点：

分离的杂粒含大麦少，但袋孔的利