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问答题简答题载体悬浮培养动物细胞的优点是什么？
（1）微载体单位体积具有的表面积大，因此它的单位体积培养基的细胞产率高，相应的产物浓度也高。（2）由于把悬浮培养......
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1.问答题 A：生物催化剂（酶、微生物）的浓度）和比活力。
B：反应器的传质和传热能力。2.问答题 培养基被加热灭菌时，要求即达到灭菌的目的，同时又不破坏或较少破坏培养基中有用成分。由动力学分析知，微生物受热死亡时的活化......3.问答题 （1）容易实现连续反应。
（2）获得的产物纯度高。
（3）酶或细胞可重复使用，减少了浪费。4.问答题 可分为相关模型，非相关模型和部分相关模型。其特点分别为，相关模型：产物的生成与细胞的生长相关的过程，产物是细胞能量代......5.问答题 （1）由OTR＝ka（C*-C.可知，
（2）氧在培养基中的溶解度：降低温度，增加操作罐压，增加空气中氧气的浓度（通往富氧空气......含有多种氨基酸、维生素、无机盐、血清等物质；9、微生物代谢产物的生成和菌体的生长之间通常有几；答题要点：共有三种类型的关联，分别是生长偶联型、；生长偶联型：伴随着菌体生长，代谢产物生成，菌体停；10、图示分析培养基间歇灭菌过程和连续灭菌过程的；答题要点：A：画出间歇灭菌和连续灭菌的温度变化曲；11、固定化酶和固定化细胞使用期间活性下降的主要；答题要点：A：酶
含有多种氨基酸、维生素、无机盐、血清等物质。
C：因动物细胞没有细胞壁保护，对剪切力非常敏感。
D：生长缓慢。
E：易染菌。
9、微生物代谢产物的生成和菌体的生长之间通常有几种类型的关联，分别说明。
答题要点：共有三种类型的关联，分别是生长偶联型、混合生长偶联型和非生长偶联型。
生长偶联型：伴随着菌体生长，代谢产物生成，菌体停止静生长，代谢产物的生成也停止。混合生长偶联型：伴随着菌体生长，代谢产物生成，菌体停止静生长，代谢产物仍然生成。非生长偶联型：菌体生长停止后，代谢产物开始生成。
10、图示分析培养基间歇灭菌过程和连续灭菌过程的温度变化情况，写出间歇灭菌过程中各阶段对灭菌的贡献。
答题要点：A：画出间歇灭菌和连续灭菌的温度变化曲线。
B：主要贡献在保温阶段。
11、固定化酶和固定化细胞使用期间活性下降的主要原因是什么？
答题要点：A：酶变性，细胞自消化（自溶）。
B：固定化酶或细胞吸附了抑制物。
D：酶、细胞流失。E：载体崩解。
12、与单级连续培养相比，多级连续培养的优点是什么？
答题要点：A：有利于解决不同生产阶段有不同生产要求的矛盾 ，如菌体生长和产物生成的温度不一至。B：有利于解决快速生长和营养物充分利用之间的矛盾。
13、 缩短微生物间歇培养延迟期常采用的方法是什么？
答题要点： A：接种的微生物应尽可能是高活力的（用对数期的微生物作种子）。B：用于种子培养的介质和条件应尽可能接近生产上使用的发酵液组成和培养条件。C：在一定范围内，采用大接种量。
减少固定化酶反应体系中的传质阻力有哪些措施？
答：减少固定化酶颗粒的尺寸；采用大孔基质材料；增加底物浓度；增加液相的扰动，减少体积传质系数。
15、提高发酵液中氧传递速率的主要途径是什么？
答题要点：从提高Kla的角度可采用： A：增加搅拌转数N，以提高Pg。B：增大通气量Q，以提高空截面气速Vs。C：N和Q同时增加。从提高传质推动力角度可采用： E：提高罐压（1分）F：通入纯氧
16、写出对培养基进行湿热灭菌时微生物营养细胞的热死灭动力学方程，说明方程中各符号的意义。
答题要点： - dN/dt =KN
N：培养基中任意时刻的活微生物浓度（个/升），t：灭菌时间 ，
K：菌体的比热死亡速率常数，1/min，
- dN/dt：菌体死亡速率。
17、反应器的重要操作参数有那些？分别说明。
答题要点：A：空间时间：表示反应物在连续操作反应器内停留（或平均停留）的时间。
B：转化率：表示加入反应器中底物的转化率，用（So-St）/So来计算。
C：生产率（生产能力）：指反应器单位体积单位时间内的产物生成量。
D：选择率：指实际转化成目的产物量与全部底物可生成产物的理论量之比。
18 、微生物间歇培养过程各阶段的比生长速率如何变化？以图表示。
答题要点：A：迟缓期：μ=0。B：加速生长期：μ增加，μ2大于μ1。
C：对数生长期：μ达到最大值，为常数。
D：减速生长期：μ减小，μ2小于μ1。
E：平衡期：μ=0。
19、 有哪些措施可以提高机械搅拌罐的传氧速率（OTR）？
答题要点：（1）
由OTR＝ka(C*-C)可知，（2）
氧在培养基中的溶解度：降低温度，增加操作
罐压，增加空气中氧气的浓度（通往富氧空气或纯氧）等。（3）
氧的体积传质系数ka：增加搅拌减少气泡大小，增加通气，改变搅拌浆的结构参数高搅拌性能，改变反应器的结构型式以提高氧的体积传质系数。
20、 根据发酵过程中菌体生长和产物形成的关系，可将发酵分为那几种类型，各自有什么特点？
答：可分为相关模型，非相关模型和部分相关模型。其特点分别为，相关模型：产物的生成与细胞的生长相关的过程，产物是细胞能量代谢的结果。此时产物通常是基质的分解代谢产物，代谢产物的生成与细胞的生长是同步。如乙醇、葡萄糖酸、乳酸等。非相关模型：产物的生成与细胞的生长无直接联系。它是二级代谢产物。特点是当细胞处于生长阶段时，并无产物的积累，而当细胞生长停止后，产物却大量合成。如抗生素、微生物毒素等。部分相关模型：产物的生成与基质消耗仅有间接的关系。产物是能量代谢的间接结果。在细胞生长期内，基本无产物生成，其动力学可表示为：q=αμ+β。如柠檬酸、氨基酸的生产。
21、固定化酶和固定化细胞在实际应用中的显著特点是什么？
答（1）容易实现连续反应。（2）获得的产物纯度高。（3）酶或细胞可重复使用，减少了浪费。 D：易实现自
22、温快速杀菌的原因是什么？灭菌的控制参数是什么？
答题要点：培养基被加热灭菌时，要求即达到灭菌的目的，同时又不破坏或较少破坏培养基中有用成分。由动力学分析知，微生物受热死亡时的活化能一般要比营养成分热分解的活化能大得多，这意味着当温度升高时，微生物死亡速率的增加，要比营养成分破坏速率的增加大得多。所以要采用高温短时的灭菌方法。
灭菌的控制参数是温度和时间。
23、生物反应器设计和操作的限制因素有那些？
答题要点：A：生物催化剂（酶、微生物）的浓度）和比活力。
B：反应器的传质和传热能力。
24、载体悬浮培养动物细胞的优点是什么？
答题要点：（1）微载体单位体积具有的表面积大，因此它的单位体积培养基的细胞产率高，相应的产物浓度也高。（2）由于把悬浮培养和贴壁培养融合在一起，具有两种培养的优点，有利于培养环境的检测和控制，培养系统重现性好。（3）放大容易。（3分）
25、YX/S、YC和YATP表示什么？它们的定义是什么？
答题要点：YX/S是对基质的细胞得率，指生成细胞的质量与消耗基质质量之比。YC是对碳的细胞得率。
生成细胞量×细胞含碳量
YC=消耗基质量×基质含碳量 YATP是对ATP生成的细胞得率。
碳源对菌体得率 YATP=消耗1摩尔碳源由分解代谢产生ATP摩尔数
26、与单级连续培养相比，多级连续培养的优点是什么？
答题要点：（1）有利于解决不同生产阶段有不同生产要求的矛盾 ，如菌体生长和产物生成的温度不一至。（2）有利于解决快速生长和营养物充分利用之间的矛盾。
已知某一代谢产物为次级代谢产物，产物合成与细胞生长符合非偶联模型，试分析有哪些措施
可以提高该产物的生产强度？
答：缩短菌体生长时间：采用对数期的强壮种子，加大接种量以减少延滞期的时间；
的细胞培养条件加快菌体生长。增加细胞培养的密度：采用流加培养的策略提高细胞密度，增加合成产物的细胞量。采用两段发酵技术：对菌体生长期的培养条件和产物合成条件可以采取不同的发酵策略。
28、 简述发酵技术特点
①发酵过程以生命体的自动调节方式进行，数十个反应过程能够在发酵设备中一次完成；
②在常温常压下进行，条件温和，能耗少，设备较简单；
③原料通常以糖蜜、淀粉等碳水化合物为主，可以是农副产品、工业废水或可再生资源，微生物本身能有选择地摄取所需物质；
④容易生产复杂的高分子化合物，能高度选择地在复杂化合物的特定部位进行氧化、还原、官能团引入或去除等反应；
⑤发酵过程中需要防止杂菌污染，大多情况下设备需要进行严格的冲洗、灭菌，空气需要过滤等。
五、论述题
1、比较两级冷却加热空气除菌流程、冷热空气直接混合式节能除菌流程、一级冷却加热除菌流程的优缺点和适用场合，并分析其原因。
答题要点：两级冷却加热空气除菌流程：
优点：适用的气候条件广，操作参数可变化范围大。
缺点：设备投资稍高，冷却水耗量大。
原因：两级冷却加热空气除菌流程是根据湿度比较大的气候条件而设计的，两级冷却都是为了分离空气中的水分，加热是为了使进入过滤器的空气相对湿度在50%左右。
冷热空气直接混合式节能除菌流程：
优点：热能利用好。
缺点：要根据气候条件调整冷热空气的量，要求自动化程度高。
原因：冷热空气直接混合式节能除菌流程是根据热量平衡来调整冷热空气的量，使进入过滤器的空气温度和湿度均符合要求。
一级冷却加热除菌流程：
优点：设备投资稍低，冷却水耗量小。
缺点：只适合气候干燥（相对湿度小）的地区。
原因：一级冷却加热除菌流程是根据相对湿度小的气候条件而设计的，在比较干燥的气候条件下，一级冷却就足可以分离出压缩空气中的水分。
2、 连续培养有那些方面的应用？
答题要点： （1）确定最佳工艺条件。举例。（2）富集、选育特殊性状的菌种。举例。
3、说明动态法测量Kla的原理和方法（15分）
答题要点：动态法测量Kla是利用溶氧电极进行的，测量的是真实发酵液的Kla值。
原理：利用非稳态时，溶氧浓度的变化速率等于溶入的氧浓度和耗氧浓度之差，即：dc/dt=Kla（C*-C）- QO2 X重排列上式：C=- 1/ Kla（dc/dt + QO2 X）+ C
将非稳态时溶氧浓度C对（dc/dt + QO2 X）作图，可得一直线，此直线的斜率值即为- 1/ Kla。
采用的方法是：
A：停止通气，使发酵罐中的溶氧浓度下降。
B：恢复通气（在溶氧浓度降到临界溶氧浓度之前恢复通气）。
4、当发酵液为非牛顿性流体时，说明发酵罐搅拌功率的计算方法。
答题要点：A：确定发酵罐的几何尺寸和搅拌转数N。
B：用（dw/dr）平均= KN 计算（dw/dr）平均。
C：测定一定温度下，菌体生长最旺盛时的液体流变性特征曲线，查即定转数时的显示粘度。 D：取小罐实验数据绘制Np~Rem曲线。
E：对与小罐几何相似的大罐，按牛顿流体方法计算Po，再计算Pg。
5、什么是好氧微生物培养的临界溶氧浓度？如何测定？是否所有的好氧微生物培养过程都必需控制溶氧浓度在临界溶氧浓度以上？举例说明。
答题要点：微生物的比耗氧速率随溶氧浓度的增加而升高，当溶解氧增加到一定值时，比耗氧速率不再增加，这时的溶氧浓度称为临界溶氧浓度。
测法：将供氧充分的微生物培养体系停止通风，检测培养系统的溶氧浓度变化情况，首先是溶氧浓度呈直线下降趋势，下降到一定程度后，开始呈缓慢下降趋势，溶氧浓度曲线拐点处的溶氧浓度值即为该微生物的临界溶氧浓度。并非所有的好氧培养过程都需要控制溶氧浓度在临界溶氧浓度以上，比如以丙酮酸为前体的苯丙氨酸、缬氨酸和亮氨酸的发酵生产就应控制溶氧浓度在临界溶氧浓度以下。
6、论述液体深层发酵有哪些优点？发酵方式分为几类？
①是很多微生物的最适生长环境；
②菌体及营养物、产物易于扩散，使在均质或拟均质条件下进行，便于控制，易于扩大生产规模； ③液体输送方便，易于机械化操作；
④厂房面积小，生产效率高，易自动化控制，产品质量稳定；
⑤产品易于提取、精制等。
（1）分批发酵 ：营养物和菌种一次加入进行培养，直到结束放罐，中间除了空气进入和尾气排出，与外部没有物料交换。
（2）连续发酵是指以一定的速度向发酵罐内添加新鲜培养基，同时以相同的速度流出培养液，从而使发酵罐内的液量维持恒定，微生物在稳定状态下生长。可以有效地延长分批培养中的对数期。
（3）补料分批发酵又称半连续发酵，是介于分批发酵和连续发酵之间的一种发酵技术，是指在微生物分批发酵中，以某种方式向培养系统补加一定物料的培养技术。 可以使培养液中的营养物浓度较长时间地保持在一定范围内，既保证微生物的生长需要，又不造成不利影响，从而达到提高产率的目的。
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机械搅拌式发酵罐的设备结构
    机械搅拌式发酵罐 -结构 机械搅拌式发酵罐机械搅拌式发酵罐其基本结构是在高径比为2～4的罐体的顶或底部安上向罐内延伸的搅拌轴，轴上装上2～4个搅拌桨(常用的搅拌桨是带有圆盘和6个矩形与扭成法向分布叶片的称为Rushton涡轮的桨，桨叶外径约为罐径的1/3)。罐底装有无菌空气的分布器(也有用单孔管的)。由于机械搅拌的作用可使进入罐内的空气很好地获得破碎和分布，以增加罐内气液接触面积而有利于氧的传递和发酵液的混合。这种发酵罐因使用较为广泛，故也被称为标准式发酵罐。机械搅拌罐结构设备主要部件包括罐身、搅拌器、轴封、消泡器中间轴承，空气喷射器、挡板、冷却装置、人孔。1、罐体由圆柱体及椭圆形或碟形封头焊接成，材料为碳钢或不锈钢。为满足工艺要求，罐需承受一定压力，通常灭菌压力0.25MPa(绝对大气压)2、搅拌器和挡板涡轮式搅拌器的叶片有平叶式、弯叶式、箭叶式三种，其主要是打碎气泡，加速和提高溶氧。平叶式功率消耗较大，弯叶式较小，箭叶式又次之。挡板的作用是防止液面中央产生旋涡，促使液体激烈翻动，提高溶氧。挡板宽度约为（0.1-0.12）D。装设6-4块挡板，可满足全挡板条件。全挡板条件是指在一定转速下，再增加罐内附件，轴功率仍保持不变。要达到全挡板条件必须
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好氧性机械搅拌发酵一级种子罐的结构设计
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　　1、概述
　　目前，我国原料药、食品等行业生产技术主要以生物发酵为主。生物发酵生产是一个纯种培养的过程，保证整个生产过程处于无菌状态是非常必要的，而一级种子罐是发酵生产的关键环节，为扩大培养作准备的重要步骤。特点是接种后，通入的压缩空气和搅拌叶轮共同作用实现发酵液的混合、溶氧传质以及强化热量的传递。一级种子罐结构设计的合理与否直接影响着发酵产品的质量、产率以及经济效益。
　　它有着严格的生产条件，最主要的是罐的几何尺寸、接种、通气、搅拌、换热及生产条件必须是无菌的。本文结合作者多年的工程设计实践，以我院为某生物制品有限公司设计的头孢类抗生素发酵生产中2.5m3一级种子罐的结构设计进行阐述。
　　2、一级种子罐设计
　　种子罐主要是使菌种繁殖一定数量，从通气搅拌均匀的呼吸代谢，传热，种子罐工艺条件控制及检测。
　　创造条件保证提供发酵单位高、生产性能稳定、数量足够及不被其他杂菌污染的纯种，就成为种子制备工艺的关键。
　　种子罐主要介质：液化淀粉乳、葡萄糖、无机盐、蒸汽及空气，灭菌温度121度，灭菌蒸汽压力0.3MPa（表压），是I类压力容器。
　　种子罐灌顶和罐身采用设备法兰连接，为了便于清洗及内构件装卸，顶部设有清洗用的快开手孔，方便操作。罐顶装有视镜和灯镜，在其内部装有蒸汽吹管用于冲洗玻璃种子罐H/D越大，则通气的气泡在培养基中停留的时间越长，此时吸收系数也越高。本设备根据菌体量和呼吸强度及设备安装空间，H/D值取2.8.
　　设备需合理的搅拌、通气装置及足够的换热面积。要做到既能使气液两相流的充分混合，保证发酵液必需的溶解氧，同时又能强化热量的传递（满足发酵、灭菌所需的温度）。
　　种子罐防止杂菌污染是一个非常突出的问题，故罐内壳体及构件均采用连续焊缝，并打磨光滑，抛光&0.4mm,改进接种方式，方便清洗消毒，尽量减少死角，内件结构简单，避免藏污纳垢，以防止染菌中毒，影响产品质量和收率。
　　罐总容积2.5m3,在通气发酵系统中存在持气与易产生泡沫问题，故在发酵罐的实际装料量设计时必须考虑装料系数（一般为0.5~0.6）。
　　种子罐与物料接触的壳体及构件材料S30408,夹套材料Q245.
　　3、火焰接种器
　　火焰接种器图2为罐内接种，可蒸汽和火焰两种消毒，实现快速启闭，操作过程消毒彻底，提高了工人操作过程的安全可靠性。火焰接种器减少接种操作过程中发生发酵菌种的污染中毒几率；降低火焰燃烧时引发的人身烧烫伤等安全风险。
　　4、挡板
　　为增强搅拌叶轮的搅拌效果，种子罐罐内设置四块挡板，挡板与罐壁之间应注意留有一定的间隙，以避免培养基堆积形成死角不利于消毒，挡板使发酵液翻动时避免了液面旋涡的生成，改变液体的流动方向，将径向流改为轴向流，促使液体剧烈湍动，增加氧的溶解度，从而提高了搅拌的效率。
　　5、搅拌装置
　　5.1变频转速
　　由于发酵过程中，微生物的培养要求是不同的，在发酵初期和发酵后期微生物的需氧量较低，发酵中期，微生物处于旺盛生长时间对氧的需要较高，特别是发酵后期培养基的黏度也较高，剧烈的搅拌也会加速菌丝体的自溶，影响发酵水平的提高。本设备采用搅拌转速：80--250rpm（变频调速），这样不但能创造最佳的培养条件，也能节约发酵过程的能量消耗。
　　5.2搅拌器
　　箭叶型搅拌器图3在菌丝的培养过程中，它起到翻动培养基维持传热恒温，粉碎气泡的作用。搅拌器把通入种子罐的空气气泡（气泡自空气分布管溢出时其平均直径往往是放大的）尽可能地予以分碎，使气泡直径减小，以增加气，液接触介面的面积，并延长气泡在发酵液内停留的时间。箭叶型搅拌器是一种以径流为主的搅拌器，桨叶剖面为抛物线，因而轴向有上下两股斜向循环流，相对功耗低，且具有较高的剪切力，在种子罐通气量相对较小的情况下使用良好。为了安装和拆卸的方便和发酵罐出入手孔尺寸的限制，搅拌器制成剖分式。圆盘与轴套上的筋板采用螺栓联接。
　　5.3搅拌功率
　　种子罐中通气时所需搅拌功率比不通气时小。原因是由于气泡的存在使搅拌器周围的发酵液密度和粘度减小所致。
　　此外当通气量超过一定数值时，上升气泡大都从搅拌器周围溢出，这是随着通气量增大，功率下降至一定数值时，不会再继续下降。
　　搅拌功率P一般先按P=NP*计算。式中：NP错误！未找到引用源。-功率准数；?-液体密度，kg/m3;n-搅拌轴转速，r/s;d-搅拌器直径，m.
　　根据以往工程产品的生产经验以及单位体积液体功率消耗等情况，最终确定该种子罐罐的搅拌功率为7.5KW.
　　5.4搅拌轴和底轴承
　　为避免残留物在上下轴的连接处，防止染菌，同时考虑加工制作及安装检修方便，因此采用法兰焊接式联轴器，轴线对中性好、结构简单、制造方便。
　　工艺需要较高搅拌转速，为满足搅拌轴的强度、扭转变形、径向位移、临界转速的要求，需加底轴承，由于设备直径较小无法设人孔，故采用下装式底轴承。
　　6、空气分布管
　　空气分布管图4与一般不同是将无菌空气导入培养基中的装置，当无菌空气排出空气分布管时，由于压力降低，体积膨胀，流速增加，形成连续气泡逸出。由于分布空气管位于靠近搅拌器的下方，故气泡逸出时为转动的搅拌器所分散和粉碎。因而加强了气液的混合接触。使分布管溢出的气泡能有效地为搅拌器分散、分碎，则气液接触面加大，氧传递增加，通入罐内的无菌空气就得到很好的利用，同时开口端是向上，管前部加一挡板，用三个圆钢固定，防止气体冲击搅拌轴，所以分布管的合理选择是很重要的。
　　7、传热
　　种子罐采用夹套传热，夹套换热面积满足正常发酵所产生的热量和培养基经高温消毒后冷却所需的热量传递。罐内各部分结构简单，不易产生间隙和培养基堆积物，易消毒，不易染菌，加工容易。
　　8、结束语
　　种子罐结构设计时，根据发酵菌种的特点及工艺生产过程，结构设计上做到既安全可靠又经济合理，且加工制造简单、易于检验和更换维修。根据以往工程的的设计经验，在明确搅拌目的和物料性质的基础上，对影响设备性能的各个要素（如搅拌叶轮的型式、大小、层间距以及接种、罐体的传热方式、挡板设置等）进行综合改进，为用户提供先进、高效、节能且价格较为低廉的设计产品。
　　【参考文献】
　　[1]中国石化集团上海工程有限公司。化工工艺设计手册（上册）[M].第3版。.
　　[2]肖微，白俊香，聂崇岩。一种生物发酵用接种器：中国，ZL.6[P].2013.
　　[3]华南工学院，大连轻工业学院，天津轻工业学院，等。发酵工程与设备[M].轻工业出版社， 1981 : 154-170.
　　[4]王凯，虞军，等。搅拌设备[M].化学工业出版社，-1）。
　　[5]GB150.1-150.4-2011压力容器[S]:93-180.
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生化工程试卷一
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生化工程试卷一
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1.下列哪位科学家发酵学之父（
2.下列有机氮源中哪是发酵工业中最常用的氮源（
蛋白胨 B 黄豆粉
3. 下列哪位科学家在1945年发现了头孢菌素C（
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7.金霉素由金霉素链霉菌发酵生产，土霉素由龟裂链霉菌发酵生产，它们都属于哪类抗生素（
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8 .氨基酸发酵中，以（
）发酵产量最大
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9. 下列灭菌方法只局部空间或某些器械消毒，而不适宜培养基灭菌是（
紫外辐射灭菌
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10．搅拌转速升高，流体的黏度变小。则该流体为
A 牛顿流体 B
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多项选择题（10 分，每小题2分）
1．空气除菌方法包括：
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2．根据过滤过程作用力的不同，可将过滤分为
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3．细胞破碎的方法主要有
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