1、重點加強版第一篇 第一章 生物反應器設計基礎1、生物反應器：為適應生物反應的特點而設計的反應裝置。2、生物反應器設計要求：要求以生物體為中心，滿足生物體生長代謝的要求， 滿足生物的代謝特點及無菌操作的特點。3、 實際應用的生物反應器根據細胞或者組織生長代謝要求，總的分為厭氣生 物反應器，有時可能通入二氧化碳或氮氣等惰性氣體以保持罐內正壓，防止染菌，以及提高厭氧控制水平。例如酒精發酵罐、啤酒發酵罐：通氣生物反應 器，又分為攪拌式、氣升式、自吸式。攪拌時反應期考攪拌器提供動力使物料 循環、混合，氣升式則以通入的空氣上升產生動力，自吸式反應器是利用特殊 攪拌葉輪在攪拌過程中產生真空而將空氣吸入反應器

2、內，毋須另外供氣；光 _ 照生物反應器：反應器殼體部分或全部采用透明材料，進行光合作用反應： 膜生物反應器：反應器內安裝適當的部件作為生物膜的附著體，或者用超濾膜（如中空纖維等）將細胞控制在某一區域內進行反應器。5、一個良好的培養裝置應具有：嚴密的結構（可以抑菌） ，良好的液體混 合性能（原料與菌體充分接觸），高的傳質和傳熱速率（保證高產率），靈 敏的監測和控制儀表（產物方面考慮）。6發酵生產過程：原料一處理一原料配比一滅菌；菌種f活化f擴培f發酵f產品提取f產品檢驗f成品7、啤酒發酵為厭氣式發酵，但還是需要制備無菌空氣，為什么？答：因為需要給麥汁通氧，酵母菌繁殖初期需要氧氣。8、 設備分為專

3、業設備、通用設備、非標準設備。（舉例）第二章通風發酵設備1、通風發酵設備的特點：良好傳質和傳熱性能，結構嚴密，防雜菌污染，培養 基流動與混合良好，良好的監測與控制，設備較簡單，方便維護檢修，能耗低, 是目前應用最廣泛的發酵設備。2、機械攪拌通風發酵罐優點：pH和溫度容易控制，尺寸放大的方法大致已 確定，適用于CSTF等。缺點：攪拌功率消耗大，罐內結構復雜，易使絲狀菌受損傷。3、通用的機械攪拌通風發酵罐主要部件：罐體、攪拌器、擋板、軸封、空氣分 布器、傳動裝置、冷卻管（或夾套） 、消泡器、人孔、視鏡。4、機械攪拌通風發酵罐條件：高徑比 H/D為1.74，發酵罐能承受一定的 壓力（滅菌的高壓且P內

4、P外）,氣液充分混合，保證溶氧；具備足夠的冷卻 面積（生物熱），減少死傷（pH對菌種影響），軸封要嚴密，減少泄露。5、全擋板條件：在一定轉速下，再在攪拌罐內增加擋板或其他附件，攪拌功率 仍保持不變而渦旋基本消失，能達到消除頁面漩渦的最低條件即為全擋板條件。 擋板寬度約為 0.1-0.12D 。6、為什么不能緊貼壁面：發酵培養基殘渣堆積于擋板背側形成死角，所以應該 有寬度為擋板寬度的 0.1-0.3 的間隙。 .攪拌器軸功率 ： 是指攪拌器以既定的速度轉動時 , 用以克服介質的阻力所需要的 功率。7、軸封：使罐底或罐頂與軸之間的縫隙加以密封，防止泄漏和污染雜菌。1）填料函軸封缺點：死角多，壽命短

5、，功率消耗大，軸磨損大2）雙端面機械軸封裝置優點：清潔，密封可靠，無死角，壽命長， 摩擦功率損耗小，軸或軸套不會磨損，對軸的精度和光潔度沒有填料函軸 封嚴格，對軸的振動敏感性小。8、新式發酵罐H/D=10,特點：大大提高了空氣的利用率，但壓縮空氣壓力需要 較高，預料與底物不易混合均勻，廠房高操作不便。10、氣升式發酵罐工作原理： 是把無菌空氣通過噴嘴或噴孔噴射進發酵液中， 通 過氣液混合物的湍流作用而使空氣泡分割細碎， 同時由于形成的氣液混合物密度 降低故向上運動， 而氣含率小的發酵液則下沉， 形成循環流動， 實現混合與溶氧 傳質。11、氣升環式反應器的特點： 反應溶液分布均勻， 較高的溶氧速

6、率和溶氧效 率，剪切力小，對生物細胞損傷小，傳熱良好，結構簡單，易于加工制造， 操作和維修方便。12、自吸式發酵罐優點：不必配備空氣壓縮機及其附屬設備，節約設備投資， 減少廠房面積；溶氧速率高，溶氧效率高，能耗較低；用于酵母生產和醋酸 發酵具有生產效率高、經濟效率高的特點。缺點：一般的自吸式發酵罐是負壓吸入空氣的， 故發酵系統不能保持一定的正壓， 較易產生雜菌污染。同時，必須配備低阻力損失的高效空氣過濾系統。13、通用罐、氣升罐、自吸罐三者 H/D區別：氣升罐H/D的適宜范圍是5-9，這既有利于混合與溶氧，也便于放大設計用于發酵生產，放大設計應以溶氧為 主放大較好；由于自吸式發酵罐是靠轉子轉動

7、形成的負壓而吸氣通風的，吸氣 裝置是沉浸于液相的，所以為保證較高的吸風量，發酵罐的高徑比 H/D 不宜取 大，且罐容增大時， H/D 應適當減小， 以保證攪拌吸氣轉子與液面的距離為 23m。 通用罐的攪拌器的設計應使發酵液有足夠的徑向流動和適度的軸向運動，H/D較高有利于提高空氣利用率，但使得壓縮空氣壓力較高，并且頂料與底料混合不均勻，其適當當范圍為1.74,新型設備可達10，兼具以上優缺點。14、擋板的作用：防止液面中央形成漩渦流動，增強其湍動和溶氧傳質。15、攪拌器的作用：主要作用是混合和傳質，即使通入的空氣分散成氣泡并與發酵液充分混合，使氣泡細碎以增大氣 -液界面，以獲得所需要的溶氧速率

8、，并 使生物細胞懸浮分散于發酵體系中，以維持適當的氣-液-固（細胞）三相的混合與質量傳遞，同時強化傳熱過程。16、溢流：由于內外壓力差造成發酵液從罐頂噴出，安裝溢流閥來解決。氣泛：17、 機械通風發酵罐的尺寸：發酵罐通常有兩組攪拌器，兩組攪拌器間距 S 約 為攪拌器為直徑的D1三倍，與罐底距離C一般等于攪拌直徑D1, 一般也不宜小 于 0.8 D1 ，否則影響液體循環。18、消泡裝置和消泡裝置的意義： a. 消泡裝置：最簡單的消泡裝置為耙式消泡 器，可直接安裝在上攪拌的軸上，消泡耙齒底部應比發酵液面高出適當高度。 安裝在發酵罐內轉動軸上部的消泡器有齒式，梳式，孔板式，旋槳梳式等。b. 消泡裝置

9、的意義：當泡沫溢上與碟片式接觸時，泡沫受高速旋轉的離心碟片 的離心作用，在碟片間的隙道中破碎分離成液態及氣態兩相，氣體的離心沉降 速度小，則沿碟片間的隙道向上流動，通過通氣孔沿空心軸向上排出；液體的 離心沉降速度大，貝U被甩出碟片組，返回發酵罐中。19、 KLa值的影響因素以及測定方法：影響因素：a.操作條件，如攪拌轉速、通 氣量等。b.發酵罐的結構及幾何參數，如體積、通氣方法、攪拌葉輪結構和尺 寸等。c.物料的物化性質，如擴散系數、表面張力、密度、黏度、培養基成分 及特性等。測定方法：亞硫酸鈉氧化法20、發酵罐的公稱體積：為罐的筒身體積與底部封頭體積之和。21、影響溶氧因素：持氣率，通氣速率

10、，通氣功率，同期壓強22、如何選擇渦輪攪拌器的葉型：在相同專轉速和槳葉直徑等情況下比較，箭 葉圓盤式渦輪攪拌器所產生的剪切應力小于彎葉、平葉，但混合效果大于后兩 種型式，輸出功率也低于后兩種；平葉渦輪攪拌器所產生的剪切應力大于箭葉和 彎葉，但混合效果卻小于箭葉和彎葉，輸出功率為最大；彎葉渦輪攪拌器所產 生剪切應力、混合效果及輸出功率介乎于兩者之間。第三章嫌氣發酵設備1、在酒精發酵過程中，為了回收二氧化碳氣體及其所帶出的部分酒精，發酵罐 宜米用密閉式。發酵罐的公稱體積：為罐的筒身體積和底部封頭的體積之和。 全體積計算近似為:2、罐外列管式噴淋冷卻優點：具有冷卻發酵液均勻，冷卻效率高等優點。3、發

11、酵周期：指發酵液從進到出的時間。發酵生產周期：指上一次進料到下一次進料的時間。連續滅菌：對培養基破壞小，又叫連消。間歇滅菌：物料及罐體一起滅菌，先升溫再滅菌，又叫實消。空罐滅菌：反應器及相關管道滅菌，又叫空消。4、酵母發酵溫度25。C左右，啤酒發酵用9°C,為什么？因為在這個溫度下， 不易染菌，口感好；副產物少，口感好；抑制雜菌生長。5、啤酒發酵的推動力；罐內的二氧化碳壓強大于罐外，即 P內CO>P外CO罐內 溫度高于罐外，即T內>丁外罐內物料濃度小于罐外，即 B內X<B外X*加速發酵的原因（罐內自循環）：1.罐底CO2分壓高上升2.底部糖降快，酒精 多，密度低，

12、3. 下部溫發酵溫度比上部高有溫差 12度。（根本原因是由于罐底 的菌體密度大） 通用式機械攪拌發酵罐中的平直葉渦輪攪拌器為什么要安一個圓盤 ? 通用式機械攪拌發酵罐中的平直葉渦輪攪拌器如果沒有圓盤，從攪拌器下方空 氣管進入的無菌空氣氣泡就會沿著軸部的葉片空隙上升，不能被攪拌葉片打碎， 致使氣泡的總表面積減少，溶氧系數降低。而安一個圓盤，大的氣泡受到圓盤 的阻擋，只能從圓盤中央流至其邊緣，從而被圓盤周邊的攪拌漿葉打碎、分散， 提高了溶氧系數。6、漩渦式攪拌器的類型：圓盤平直葉：圓盤箭葉：圓盤彎葉渦輪。7、 CIP系統，是Clean In Place的簡稱，意即為內部清洗系統。整個清洗程序 的7

13、個步驟：預沖洗，每次預沖洗時間為30s，進行10次，在罐底被沖干 凈后，用定量的水沖入CIP的供應及返回管線，改變系統進行堿預洗，中間清 洗，從氣動器來的空氣流入罐頂的固定噴頭，進行堿噴沖，用清水沖洗， 最后用酸性水沖洗循環。7、啤酒大罐加速發酵的原因 ；a. 罐底CO2分壓高b. 底部糖降快，酒精多，密度低c. 下部溫差高于上部第二篇 第一章 物料處理與培養基制備1、物料粉碎的必要性：溶解、混合和反應。2、粉碎是指大塊固體物料破碎成小塊物料，或小塊物料進一步粉碎成粉末狀物 料。3、濕式粉碎特點：無粉末飛揚，車間衛生好，但不宜貯藏，耗電量多。干式粉 碎特點：易貯藏，效率高，但灰塵多。回潮：濕式

14、粉碎 +干式粉碎。4、物料粉碎的力學分析：擠壓破碎，沖擊破碎，研磨粉碎，剪切破碎， 劈裂粉碎。5、粉碎機應符合的基本要求：粉碎后的物料顆粒大小要均勻，已被粉碎的 物塊，應立即從扎壓部位排除，操作應能自動化，易磨損的部件應容易更 換，應產生極少的粉塵，以減少環境污染及保障工人身心健康，在操作發 生障礙時，應有保險裝置能使自動停車，單位產品消耗的能量要小。6、錘式粉碎機的優點是構造簡單、緊湊、物料適應性強，粉碎度大，生產能力 高，運轉可靠。其缺點是機械磨損比較大。7、固體混合機理：對流混合機理，剪切混合機理，擴散混合機理。8、將淀粉質原料進行蒸煮的目的：原料吸水后，借助于蒸煮時的高溫高壓作 用，是

15、原料的淀粉細胞膜和植物組織破裂， 既破壞原料中淀粉顆粒的外皮， 使其 內容物流出， 呈溶解狀態變成可溶性淀粉， 以便糖化劑作用， 使淀粉變成可發酵 性糖。 借助蒸汽的高溫高壓作用， 把存在于原料中的大量微生物進行滅菌， 以 保證發酵過程中原料無雜菌污染，是酒精發酵能順利進行。9、罐式蒸煮設備優點：蒸煮溫度可高可低，節省消耗，設備簡單，操作容易。10、粉漿罐：粉漿在此預熱至 70 攝氏度左右，充分吸水，溫度過高產生葡萄糖， 更高時，發生美拉德反應。11、管式蒸煮設備優點：高溫快速，糊化均勻，糖分損失少，設備緊湊，易于實 現機械化和自動化操作。12、啤酒糖化鍋的用途： 是麥芽粉與水混合， 并保持一

16、定溫度進行蛋白質分解和 淀粉糖化。13、麥芽汁煮沸鍋：用于麥汁的煮沸和濃縮，把麥汁中多余水分蒸發掉，使麥汁 達到要求濃度， 并加入酒花， 浸出酒花中的苦味及芳香物質。 還有加熱凝固蛋白 質、滅菌、滅酶的作用。14、連續滅菌（連消）優點：滅菌溫度較高，時間較短，培養基營養成分受破壞 的程度較低，提高了發酵罐的利用率。缺點：所需設備較多，操作較為麻煩，染 菌機會較多。15、固體物料中的雜物種類：纖維性（長）、顆粒狀、鐵磁性。16、 粉碎設備種類：錘式粉碎機、輥式粉碎機、圓盤鋼磨、MF-260型鋼片式磨 粉機。17、糊化鍋與糖化鍋參數比較：糊化鍋醪液粘度大，阻力大，因此阻力系數大； 麥芽有賣皮，在粉

17、碎時，麥皮破而不碎，占有體積增大。18、由阿累尼烏斯方程k=AeE/RT可知,在活化能大的反應中，反應速度隨溫度的 變化也大，當溫度升高時，雜菌的死亡速度要比營養成分的破壞速度快得多， 所以高溫段時間比地問長時間要好，以減少營養成分的破壞，從而達到既滅菌 徹底又較多的保持了營養成分的目的。第二章過濾、離心與膜分離設備1、BMS40/635-25意思;B-板框式壓濾機，M-明流，對應A-暗流；S-手動壓緊， 對應Y-液壓壓緊；40-過濾面積，635-濾框規格，25-框厚度。2、 離心分離因數是指離心力與重力的比值， 或離心加速度與重力加速度的比值。 是反應離心機分離能力的重要指標。3、 根據離心

18、分離因數大小將離心機分為三類：普通離心機，f<3000，高速 離心機，f=300050000，超速離心機，f>50000。4、離心機的種類：管式離心機、碟式離心機。管式離心機的兩種類型：GF型, 用于處理乳濁液而進行液-液分離操作，GQ型，用于處理懸浮液而進行液-固 分離的澄清操作。5、等效時間可以理解為離心分離因數與分離時間的乘積。&濃差極化（膜分離過程的機制）：當溶液從膜一側流過時，溶劑及小分子溶 質透過膜，大分子的溶質在靠近膜面處被截留。并不斷返回于溶液主流中，當 這一返回速度低于大分子溶質在膜面聚集的速度時，則會在膜的一側形成高濃 度的溶質層，這就是濃差極化。濃差極

19、化消除方法：7、良好的膜分離設備應具有的條件：膜面切向速度快，以減少濃差極化， 單位體積中所含膜面積比較大，容易拆洗和更換新膜，保留體積小，且無 死角，具有可靠的膜支撐裝置。8、發酵中通入SO的作用：殺菌作用，澄清作用，抗氧化作用，溶解 作用，增酸作用。9、管式膜分離裝置特點：結構簡單，適應性強，清洗安裝方便，單根管子可以 更換，耐高壓，無死角，適宜于處理高粘度及固體含量較高的料液，比其他形式 應用更為廣泛，其不足是保留體積大，壓力降大，單位體積所含的過濾面積小。10、中空纖維膜分離裝置特點：單位體積內提供的膜面積大，操作壓力低，且可 反向清洗，其不足是單根纖維管損壞時需要更換整個膜件。12、

20、過濾介質種類：織物介質、粒狀介質、多孔固體介質。13、助濾劑的種類及選擇： 用粗目濾網時， 選擇石棉粉、 纖維素或二者的混合物； 用細目濾布時，選擇細硅藻土。14、臨界孔徑概念：15、膜分離設備主要由四種：板式、管式、中空纖維和螺旋卷式。第四章 蒸發與結晶設備1、蒸發的目的： 利用蒸發操作取得濃溶液， 通過蒸發操作制取過飽和溶液， 進而得到結晶產品，將溶液蒸發并將蒸汽冷凝冷卻，以達到純化溶劑的作用。2、蒸發器必須滿足的要求：充足的加熱熱源，保證溶劑蒸汽，即二次蒸汽 的迅速排除，一定的熱交換面積，以保證傳熱量。3、選擇蒸發設備應考慮的因素：溶液粘度，溶液熱穩定性，有晶體析出 的溶液，易發泡的溶液

21、，有腐蝕性的溶液，易結垢的溶液，溶液的處理 量。4、并流、逆流、平流的概念和優點：并流的優點： a. 后一效蒸發室的壓力依次比前效，故溶液可以利用各效間的壓 力差依次由前一效送到后一效，而不必用泵。b. 后一效溶液的沸點較前一效為低，故溶液有前一效送到下一效時，會因過熱而自行蒸發，即閃蒸，而產生較 多的二次蒸汽。缺點：由于溶液的溶度依次比以前效升高，溫度又降低，所以沿溶液流動方向 器黏度逐漸增高，致使傳熱系數依次下降，后二效尤為嚴重。 逆流優點：隨著各效溶液濃度的不斷提高，溫度也相應提高，因此各效溶液的 黏度接近，使各效的傳熱系數也大致相同。缺點：效間溶液需要泵輸送，能量消耗較大，且各效進料溫

22、度均低于沸點，與 并流相比較，產生的二次蒸汽量較少。平流:5、升膜式蒸發器特點：傳熱效率高，物料受熱時間短，對于發泡性粘度較小的 熱敏性物料比較適用。降膜比升膜具有更多的優點：a.可以濃縮高粘度的液體 b.停留時間短，可以處 理熱敏性物料 c. 一次通過的濃縮比不大于 7，最適宜的蒸發量不大于進料量的 80% d.加熱管內高速流動的蒸汽使產生的泡沫極易被破壞消失，適用于容易發 泡的料液 e. 制造費用不高，投資少，占地面積小。6升降膜蒸發器特點：符合物料的要求，初進入蒸發器，經升膜蒸發后的 氣液混合物有利于降膜的液體均勻分布，用升膜來控制降膜的進料分配，有 利于操作控制，將兩個濃縮過程串聯，可

23、以提高產品的濃縮比，降低設備高 度。7、刮板式蒸發器原理：料液從進料管以穩定的流量進入隨軸旋轉的分配盤中， 在離心力的作用下，通過盤壁小孔被拋向器壁，受重力作用沿器壁下流，同時 被旋轉的刮板刮成薄膜，薄液在加熱區受熱，蒸發濃縮，同時受重力作用下流。8、結晶設備可改變溶液濃度的方法分為真空結晶器冷卻結晶器蒸發結晶 器鹽析結晶器其他結晶器。9、連續結晶設備在設計時要滿足的要求：在設備內不要因長時間運轉而形成 結垢，設備內的各部位的溶液濃度應均勻，要避免促使晶核形成的刺激，連續結晶過程中，設備內同時具有各種大小粒子的晶體，及時清除影響結 晶的雜質，設備內溶液的循環速度要恰當。10、結晶操作：溶液中的

24、溶質含量超過它飽和溶液中溶質含量時，溶質質點間 的引力起著主導作用，他們彼此靠攏、碰撞、聚集放出能量，并按一定規律排 列而析出，這就是結晶過程。11、以三效為例的操作方式：并流不用泵，因為前一效比后一效壓力大， 閃蒸溶液；逆流，處理粘度隨溫度和濃度變化大的溶液；平流，伴有結晶析出 的溶液。12、單效蒸發：蒸發進行時，二次蒸汽必須不斷地從蒸發室中移除，二次蒸汽 移除后不再利用。稱為單效蒸發。13、二效蒸發：二次蒸汽被引入另一個蒸發器作為熱源在另一蒸發器中利用。14、多效蒸發：第三篇第一章空氣凈化除菌與空氣調節1、 紫外線殺菌原理：產生的臭氧殺菌，利用自身波長誘導 DNA變異。波長為254265n

25、m2、靜電除塵原理：利用靜電引力吸附帶電粒子而達到除菌除塵目的。懸浮于空氣中的微生物，其抱子大多帶有不同的電荷，沒有帶電荷的微粒在進入高壓靜電 場時被電離變成帶電微粒，但對于一些直徑很小的微粒，它所帶的電荷很小，當 產生的引力等于或小于氣流對微粒的拖帶力或微粒布朗擴散運動的動量時，則微粒就不能被吸附而沉降，所以靜電除塵對很小的微粒效率很低。3、介質過濾除菌機理：慣性沖擊滯留作用機理，攔截滯留作用機理，布 朗擴散作用機理，重力沉降作用機理，靜電吸附作用機理。4、空氣除菌中要除去水霧油煙的原因：導致傳熱系數降低，給空氣冷卻帶來 困難，如果油霧的冷卻分離不干凈，帶入過濾器會堵塞過濾介質的纖維空隙，

26、增大空氣壓力損失，粘附在纖維表面，可能成為微生物微粒穿透濾層的途徑， 降低過濾效率，嚴重時還會浸潤介質而破壞過濾效果。對數穿透定律：表示進入濾層的微粒數與穿透濾層的微粒數之比的對數是濾層厚度的函數；公式為：lg （ N2/N1） =-KL5、 空氣過濾器的功能：從氣體中去除污染物（微生物），以使達到所需的氣體的 無菌程度。&過濾除菌效率：就是濾層所濾去的微粒數與原空氣所含微粒數的比值，它是 衡量過濾設備的過濾效能的指標。（這個要看書）7、減少進口空氣含菌數的方法：加強生產環境的衛生管理，提高空氣進口 位置（高空采風），加強壓縮前的空氣預過濾。8、降低空氣相對濕度的方法：采用無油潤滑空壓

27、機，加強空氣的冷卻，去 油水，提高進入總過濾器的空氣濕度，降低其溫度。9、除菌過濾器的優點：過濾精度高，大的通過量，耐反復的消毒操作，強的親水性或疏水性，足夠的使用強度。10、深度過濾介質特點：顆粒可以在表面被捕集，也可以在介質深度被捕 集。11、 潔凈級別：即每立方英尺空氣中大于或等于0.5um 的塵埃粒子應小于的數量。12、空氣的增濕方法：往空氣中通入直接蒸汽，噴水，空氣混合增濕。13、空氣的減濕方法：噴淋低于該空氣露點溫度的冷水，使用熱交換器以 把空氣冷卻至其露點以下，空氣經壓縮后冷卻至初溫，用吸收或吸附方法 除掉水氣，通入干燥空氣。14、空氣增減濕原理：見第一版書 396 頁倒數第二段及圖像。15、無菌空氣：指通過除菌處理使空氣中含菌量降低到零或極低，從而使污染 的可能性降至極小。16、濕度、相對濕度概念： 濕度：濕空氣中所含的水蒸氣質量與所含的絕干空氣質量之比。 相對濕度：濕空氣里水蒸氣分壓與筒溫度下水的飽和蒸汽壓之比。表示濕空氣 飽和程度的一個量17、為什么通常要求壓縮空氣的相對濕度在 50%-60%時通過過濾器為好？ 由于攝入空氣溫度低，經壓縮后它的溫度也不會升高多少，特別是空氣的相對 濕度低，空氣中水分含量很小，雖然空氣經壓縮并冷卻到