發(fā)酵設備注意要點

　　1. 培養(yǎng)基按用途的分類?

　　(1)孢子培養(yǎng)基：孢子培養(yǎng)基是供菌種繁殖孢子用，對這種培養(yǎng)基的要求是能夠 使菌種發(fā)芽生長快，產(chǎn)生大量優(yōu)質(zhì)孢子，并且不會引起菌種變異。

　　(2)種子培養(yǎng)基：種子培養(yǎng)基是指用于搖瓶種子培養(yǎng)或工業(yè)生產(chǎn)用的種子罐種子培養(yǎng)的營養(yǎng)組成。

　　(3)發(fā)酵培養(yǎng)基：發(fā)酵培養(yǎng)基含有供菌絲體迅速生長繁殖和合成產(chǎn)物之需要的營養(yǎng)組分。

　　2. 培養(yǎng)基常用的滅菌方法?

　　化學滅菌 射線滅菌 干熱滅菌(160℃保溫1-2h) 濕熱滅菌 過濾滅菌

　　3. 分批滅菌(實罐滅菌)的定義，滅菌前的準備，滅菌的操作過程和三個階段?

　　定義：將培養(yǎng)基配制在發(fā)酵罐里，用飽和蒸汽直接加熱，以達到預定滅菌溫度并保溫維持一段時間，然后再冷卻到發(fā)酵溫度，這種滅菌過程稱作培養(yǎng)基實罐滅菌或稱培養(yǎng)基分批滅菌(實消)。

　　滅菌前的準備：為了保證滅菌的成功，在實罐滅菌前，除培養(yǎng)基配制要注意溶解均一，不要含有結(jié)塊、結(jié)團物或異物外，檢查發(fā)酵罐的嚴密性尤為重要，特別要檢查與發(fā)酵罐直接相連的閥門的嚴密性。在大型發(fā)酵企業(yè)里通常每一批發(fā)酵結(jié)束后都要更換與發(fā)酵直接相連的橡膠夾膜閥的橡膠密封墊和不銹鋼殼或銅殼塑王芯截止閥上的聚四氟乙烯密封墊，以保證整個發(fā)酵周期中的發(fā)酵罐的嚴密性。

　　分批滅菌的三個階段：升溫、保溫滅菌和冷卻三個階段。

　　4. 分批滅菌中關于時間的計算?

　　5. 連續(xù)滅菌的定義，優(yōu)點，7個關鍵設備。加熱器，維持設備和冷卻器的結(jié)構(gòu)特征?

　　定義：培養(yǎng)基連續(xù)滅菌工藝是把發(fā)酵罐預先滅菌好，將培養(yǎng)在發(fā)酵罐外采用高效設備連續(xù)不斷地進行加熱，保溫滅菌和冷卻，然后連續(xù)進入已滅菌好的發(fā)酵罐里。這種培養(yǎng)基滅菌方法稱作連續(xù)滅菌，工廠里也稱連消。

　　優(yōu)點：(1)采用高溫、快速滅菌，物料受熱時間短、營養(yǎng)成分破壞少，培養(yǎng)基連消后質(zhì)量好，發(fā)酵單位高。(2)由于滅菌時間短，發(fā)酵罐的利用率高。(3)蒸汽負荷均衡，鍋爐利用高。(4)適宜采用自動控制。(5)減低勞動強度。

　　6. 無菌空氣的質(zhì)量標準?

　　(1) 壓縮空氣的壓強:一般要求空氣壓縮機出口的空氣壓強控制在0.2～0.35MPa，不必強求壓縮機出口的空氣壓強過高。

　　(2) 空氣流量：根據(jù)發(fā)酵工廠或發(fā)酵車間的總體發(fā)酵罐容積，確定應提供的壓縮空氣的流量。

　　(3) 空氣的溫度：為了除低空氣的相對濕度，往往采用適當加熱壓縮空氣的辦法。一般控制進發(fā)酵罐壓縮空氣的溫度比發(fā)酵溫度高出10℃左右。

　　(4) 相對濕度：由于目前發(fā)酵工廠的空氣總過濾器的過濾介質(zhì)采用的是纖維素紙、PP氈或者棉花等，這些過濾介質(zhì)受潮后過濾效果會大大下降，因此將進入總過濾器的壓縮空氣的相對濕度控制在60%～70%。

　　(5) 潔凈度：發(fā)酵工業(yè)中所指的“無菌空氣”是指通過除菌處理后壓縮空氣中含菌量降低到零或達到潔凈度100級的潔凈空氣，它已能滿足發(fā)酵工業(yè)的要求。

　　7. 壓縮空氣預處理的目的，冷卻計算和除水計算?

　　為了保證總過濾器內(nèi)的過濾介質(zhì)的干燥，不應因壓縮空氣中夾帶的水滴、油滴受潮引起介質(zhì)的結(jié)轉(zhuǎn)變形而失效，因此在進入總過濾器之前要把壓縮空氣中夾帶的水滴、油滴除去。水滴是由于空氣經(jīng)壓縮機和冷卻后，空氣中的水氣發(fā)生相變而析出;油滴是來自空氣壓縮機活塞環(huán)的潤滑油被空氣帶出來的。若采用渦輪壓縮機，其壓縮機空氣中就無油滴，供氣質(zhì)量會大大提高，但設備投資較大。若采用其他類型的空氣壓縮機，獲得的壓縮空氣都含有少量油滴。因此壓縮空氣在進入空氣總過濾之前一定要經(jīng)過降溫、除水、除油的預處理。

　　8. 壓縮空氣預處理系統(tǒng)的設備流程及各種設備的原理?

　　吸風塔→前置過濾器→空氣壓縮機→空氣貯罐→第一次卻器→旋風分離器→第二冷卻器→旋風分離器→絲網(wǎng)除沫器→空氣加熱器→總過濾器→進入車間發(fā)酵罐上空氣過濾器

　　9. 常用的好氧發(fā)酵罐按照能量輸入的方式不同的分類及各類發(fā)酵罐的原理?

　　(1)機械攪拌式(占主導地位)：通過攪拌器對罐內(nèi)的液體進行攪拌，以提供動力，并達到傳質(zhì)、傳熱和液體混合的目的要求。

　　(2)氣升式：氣升式發(fā)酵罐是同壓縮空氣由噴嘴噴出，推動培養(yǎng)液沿導流筒上升(另因富氣區(qū)，液體密度小)，由內(nèi)向外或由外向內(nèi)循環(huán)流動，實現(xiàn)混合與傳質(zhì)。

　　(3)外部液體循環(huán)式： 分為塔式和罐式兩種。它依靠外部循環(huán)泵作動力來攪動并混合發(fā)酵液，有的則通過動力輸將培養(yǎng)液經(jīng)過設在頂部或底部的噴嘴，有的發(fā)酵罐在液體入口處裝有文丘里管，在高速液流下與無菌壓縮空氣或自行吸入的無菌空氣進行混合，達到通氣和混合的目的。

　　10. 通用式發(fā)酵罐的主要部件?

　　罐體 攪拌裝置 消泡器 軸封 傳動裝置 傳熱裝置 擋板 人孔 視鏡 通氣裝置 進出料管 取欄管

　　11. 擋板的作用，全擋板的條件?

　　擋板的作用是改變被攪拌液體的流動方向，使之產(chǎn)生縱向運動，從而消除液面中央部分產(chǎn)生的下凹漩渦。

　　所謂全檔板條件是指罐內(nèi)加了擋板使旋渦基本消失，或者說是指達到消除液面旋渦的最低擋板條件。滿足全擋板條件的擋板數(shù)及寬度可由W*mb/D=0.4計算，其中W為檔板寬度，D為罐直徑，單位為m ,mb為擋板塊數(shù)。

　　12. 攪拌的作用，常用的攪拌器形式，渦輪式和軸流式攪拌器的特點?

　　一是產(chǎn)生強大的總體流動，將流體均勻分面于容器各處，以達到宏觀均勻;二是產(chǎn)生強烈的湍動，使液體、氣體、固體微團尺寸減小。兩種作用將有利于混合、傳熱和傳質(zhì)，特別對氧的溶解更具有決定作性意義。

　　常用攪拌器形式有旋槳式、槳式、渦輪式、框式和錨式，發(fā)酵罐常用的攪拌器形式有渦輪式攪拌器和旋槳式攪拌器。

　　渦輪式攪拌器的特點：渦輪式攪拌器液體在攪拌器內(nèi)作徑向和切線運動，稱為徑向型，它具有流量較小、壓頭較高的特點。為了避免氣泡沿軸上升，在攪拌器中央設有圓盤。在渦輪攪拌器中液體離開攪拌器時的速度很大，槳葉外緣附近造成激烈的旋渦運動和很大的剪切力，可將進入的氣泡分散得更細，并可提高溶氧傳質(zhì)系數(shù)。

　　軸流式攪拌器的特點：流量大、氣、固、液三相混合均勻程度高，為發(fā)酵提供了良好的環(huán)境;功率消耗低，節(jié)能;流動剪切力小，有利于微生物生長;氣體控制能力強，有利于氧的溶解，使發(fā)酵水平提高。

　　13. 簡單了解其他形式發(fā)酵罐的原理。

　　機械攪拌自吸式發(fā)酵罐

　　空氣提升環(huán)流式發(fā)酵罐

　　14. 什么是過濾和沉降?三種過濾機制?

　　過濾：是在推動力(重力、壓強、離心力)作用下，利用液-固微粒的重度或顆粒尺度的差異使懸浮液通過某種多孔性過濾介質(zhì)，固體顆粒被截留，濾液則穿過過濾介質(zhì)流出，從而實現(xiàn)液-固兩相的分離過程。有無過濾介質(zhì)，成為過濾區(qū)別于沉降分離最明顯的特征。

　　三種過濾機制：

　　(1)濾餅過濾：過濾介質(zhì)常用多孔織物，其網(wǎng)孔尺寸未必一定是小于被截留的顆粒直徑，而是在過濾操作開始階段會有部分顆粒進入過濾介質(zhì)的網(wǎng)孔而發(fā)生架橋現(xiàn)象，也有少量顆粒在開始階段穿過介質(zhì)而混于濾液中，但隨著濾渣的逐步堆積，在過濾介質(zhì)上形成一個濾渣層，稱為濾餅。不斷增厚的濾餅才是真正有效的過濾介質(zhì)，而穿過濾餅的液體則變?yōu)槌吻宓臑V液。通常，在操作開始階段得到的濾液是渾濁的，須返回重濾。

　　(2)深層過濾：在深層過濾中，固體顆粒并不形成濾餅，而是沉積于較厚的過濾介質(zhì)的內(nèi)部。此時，顆粒的尺寸小于介質(zhì)孔隙，可立刻進入長而曲折的通首。在慣性和擴散作用下，進入通道的固體顆粒趨向通道壁面而借靜電與表面力附著其上。深層過濾常用于凈化含固量很少的懸浮液。如用顆粒活性炭對水進行預處理就是利用這個原理。

　　(3)絕對過濾：過濾介質(zhì)的標示孔徑小于被截留的固體顆粒。膜分離設備中的超濾是典型的絕對過濾的例子。

　　沉降：是利用液-固間的密度差異，在重力場或離心場中的速度差而實現(xiàn)液-固分離的過程。因此密度差越大越有利于分離;重力場或離心力場越大越有利于分離。據(jù)推動力不同，可將沉降分為重力沉降和離心沉降。

　　15. 板框壓濾機，真空轉(zhuǎn)鼓過濾機和三足式離心機的結(jié)構(gòu)和特點?

　　板框壓濾機由機架、壓緊結(jié)構(gòu)、和過濾機構(gòu)等三個部分組成。

　　板框壓濾機的特點是(1)結(jié)構(gòu)簡單，操作容易故障少保養(yǎng)方便機器使用壽命長所需設備少。(2)對物料的適應性強。(3)過濾面積選擇范圍廣(4)濾餅含濕量較低。(5)固相回收率高，濾液澄清度好。(6)濾布的檢測洗滌更換方便(7)過濾操作壓力大(8)造價低 投資少。(9)間歇操作，輔助時間長，勞作強度大。

　　真空轉(zhuǎn)鼓過濾機結(jié)構(gòu)：鼓式過濾機、洗滌液儲罐、濾液儲罐、混合冷凝器、水池

　　真空轉(zhuǎn)鼓過濾機的優(yōu)點是吸濾 、洗滌 、卸渣、 再生等作業(yè)可實現(xiàn)連續(xù)操作 必要時還可以進行自動控制。缺點是輔助設備較多耗電量大 對較細或較粘稠的料物不太適合。

　　三足式離心機的優(yōu)點：1.對物料的適應性強2.人工卸料結(jié)構(gòu)簡單 制造安裝、 維修方便、 成本低、 操作方便。 3.彈性懸掛支撐結(jié)構(gòu) 能減少由于不均勻負載引起的震動 機器運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。4.整個高速回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)集中在一個封閉的殼體中，易于實現(xiàn)密封防爆

　　16. 管式離心機的結(jié)構(gòu)原理，簡單了解其他形式的離心機。

　　由于分離機的轉(zhuǎn)鼓直徑較小而長度較長，形如管狀故稱管式離心機。管式離心機的結(jié)構(gòu)：(1)轉(zhuǎn)鼓部分 ; (2)機架部分 ;(3)機頭部分 ;(4)壓帶輪部分 ;(5)滑動軸承組部分 ;(6)驅(qū)動體部分 ;(7)接液盤部分 。其他的有：螺旋卸料離心機 生物體分離離心機 碟片離心機。

　　17. 分段式萃取設備的混合設備和分離設備?

　　混合設備有混合罐、混合管、噴射萃取器及泵 。

　　混合罐：一般混合罐實際即為一帶有攪拌漿的反應罐一般采用螺旋槳式攪拌器，轉(zhuǎn)速為400～1000r/min;若用渦輪式攪拌器，轉(zhuǎn)速約為300～600r/min。為避免旋渦，應在罐壁安裝擋板?；旌瞎抟话銥榉忾]式，以減少溶劑的揮發(fā)。一般液體在罐內(nèi)平均混合停留時間約為1～2min。

　　混合管：一種體積小，效率高的混合裝置，特別適合于兩液相的黏度和界面張力都很小即容易公散的情況。

　　泵：在兩液相較易混合的情況下，可直接利用離心泵來混合料液和溶劑。

　　分離設備一般采用管式離心機或碟片式離心機。

　　18. 離子交換的三種操作方式，四種離子交換設備的結(jié)構(gòu)原理?

　　離子交換指以離子交換劑上的可交換離子與液相中離子間發(fā)生交換為基礎的分離方法，操作方法有三種:

　　(1)分批法(靜態(tài)吸附法):將樹脂投入盛有料液的容器中，輕微地攪拌，使其交換達到平衡。

　　(2)固定床法：將樹脂放在離子交換柱或交換罐中，使料液自上而下(正吸附)或自下而上(反吸附)地流經(jīng)樹脂床，其交換是動態(tài)進行的。

　　(3)流動床法：料液和樹脂都處于流動狀態(tài)，一般作對向流動(逆向方式)，整個操作完全連續(xù)。

　　四種離子交換設備的結(jié)構(gòu)原理1.一般離子交換罐2.反吸附離子交換罐3.混合交換罐4.連續(xù)逆流離子交換設備

　　19. 什么是蒸發(fā)和結(jié)晶，蒸發(fā)設備的組成，結(jié)晶的三個過程，結(jié)晶設備的分類?

　　蒸發(fā)指用加熱的方法使溶液中的部分水分或溶劑汽化并除去一提高溶液中溶質(zhì)的濃度或使溶液濃縮到飽和而析出溶質(zhì)的單元操作。

　　蒸發(fā)設備主要由蒸發(fā)器 冷凝設備 真空系統(tǒng) 氣-液分離器組成。

　　結(jié)晶指從均一的溶液中析出固相晶體的一個重要的操作單元。包括三個過程：1.形成飽和溶液;2. 晶核形成;3晶體.生長.

　　結(jié)晶設備的分類：1.冷卻結(jié)晶器2.蒸發(fā)結(jié)晶器3.真空結(jié)晶器

　　20. 什么是干燥?氣流干燥，沸騰干燥，噴霧干燥和冷凍干燥的原理和特點?

　　干燥常指借熱能使物料中水分(或溶劑)氣化，并由惰性氣體帶走所生成的蒸氣的過程，氣流干燥是指利用高速熱氣流將物料在流態(tài)化輸送過程中進行干燥的操作。特點是1.傳熱效果好，2.增大了氣-固間的平均溫度差△tm 3.設備結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，占地面積小，能連續(xù)操作，適合采用自動控制，4適用廣可適用各種粉粒狀碎塊狀以致泥狀物料的干燥。

　　沸騰干燥指利用熱空氣流是置于篩板上的濕物料顆粒狀或粉狀濕物料呈沸騰狀態(tài)的干燥過程。

　　沸騰干燥的特點：沸騰干燥器中溫度均勻，易于控制，不易發(fā)生物料過熱現(xiàn)象。由于物料在沸騰干燥器中的停留時間可以控制，因此可以使物料的終水分降低到很低的水平。此外，沸騰干燥器密封性好，產(chǎn)品純潔度易于保證，加上結(jié)構(gòu)簡單，因此應用很廣。

　　噴霧干燥指接熱空氣將高度分散的溶液或懸浮液進行干燥的過程，它特別適合于不能用結(jié)晶方法得到固體成品的生物工程產(chǎn)品。

　　噴霧干燥的優(yōu)點：(1)干燥過程進行得快(2)干燥過程中物料的溫度較低(3)可以由液料直接獲得粉末，省去蒸發(fā)結(jié)晶、分離、粉碎等工序，而且可在半無菌狀況下操作。(4)成品質(zhì)量可以進行控制

　　噴霧干燥的缺點：(1)噴霧干燥的容積干燥強度小，故其干燥室體積很大(2)噴霧干燥能量消耗大，干燥介質(zhì)用量多，熱量利用不經(jīng)濟(3)會發(fā)生產(chǎn)品粘壁情況。

　　冷凍干燥又稱升華干燥，是將濕物料或溶液在較低溫度下(-10～-50℃)凍結(jié)成固態(tài)，然后在高度真空下將其中水分不經(jīng)液態(tài)直接升華成氣態(tài)而脫水的干燥過程。其主要優(yōu)點是：(1)操作溫度低，干燥后的物料保持原來的化學組成和物理性質(zhì)(如多孔結(jié)構(gòu)、膠體性質(zhì)等);(2)熱量消耗比其他干燥方法少。缺點是費用較高，不能廣泛采用。用于干燥抗生素、蔬菜和水果等。

　　21. 氣升式發(fā)酵罐工作原理

　　氣升式發(fā)酵罐是同壓縮空氣由噴嘴噴出，推動培養(yǎng)液沿導流筒上升(另因富氣區(qū)，液體密度小)，由內(nèi)向外或由外向內(nèi)循環(huán)流動，實現(xiàn)混合與傳質(zhì)。

　　補充部分：

　　曳力：是顆粒相對于流體運動時受到的阻力，它與流體的流速、流體的密度、固體顆粒的直徑(顆粒均假設近似為球形)有關。

　　培養(yǎng)基實罐滅菌過程：凡是與培養(yǎng)基接觸的管道都要進蒸汽(若罐上裝有沖視鏡管道，此管道也要進蒸汽)，凡是不與培養(yǎng)基接觸的管道都要排汽。

　　培養(yǎng)基實罐滅菌的質(zhì)量優(yōu)劣判別標準有四點：培養(yǎng)基滅菌后達到無菌要求;營養(yǎng)成分破壞少;滅菌后培養(yǎng)基體積與計料體積相符;泡沫要少。

　　生物反應器：指大規(guī)模培養(yǎng)微生物、動物細胞、植物細胞獲得其代謝產(chǎn)物或生物體的設備。

　　發(fā)酵罐：通常將進行大規(guī)模懸浮培養(yǎng)微生物的反應器統(tǒng)稱發(fā)酵罐。

　　生物工程的下游加工過程:從發(fā)酵液、反應液或細胞培養(yǎng)液中分離、純化有關產(chǎn)品的過程統(tǒng)稱為生物工程的下游加工過程。這一過程既包含傳統(tǒng)的化工單元操作(如液-固分離、萃取、離子交換、蒸發(fā)濃縮、結(jié)晶、干燥)，也包括發(fā)展中的生物分離技術(如層析、膜分離、超臨界萃取等)。