微生物发酵罐

微生物发酵罐是生物工程核心设备，用于细菌、酵母等微生物的大规模培养，广泛应用于抗生素、酶制剂、氨基酸等产物的工业化生产。系统通过精确控制培养条件（温

度、pH、溶氧、营养），实现微生物高效代谢和目标产物积累。

一、设备组成

1. 罐体系统：316L不锈钢材质，容积5L-200m³，带夹层/盘管温控结构

2. 通气搅拌系统：

- 机械搅拌： Rushton桨、斜叶桨（转速50-1000rpm）

- 通气装置：环形分布器或微孔曝气头

3. 控制系统：

- 传感器：pH、DO、温度、泡沫电极

- 执行机构：蠕动泵（补料）、电磁阀（通气调节）

4. 附属系统：

- 消泡装置：机械消泡桨/硅油自动添加

- CIP/SIP系统：在位清洗灭菌管道

二、工作原理

1. 灭菌阶段：121℃高压蒸汽灭菌30分钟

2. 接种培养：维持设定温度（如30℃±0.5℃）、通过搅拌速率（100-500rpm）和通气量（0.5-2vvm）调控溶氧、自动流加酸/碱维持pH（如pH6.8-7.2）

3. 产物合成：根据代谢曲线补加碳源（如葡萄糖流加）

三、设计方法

1. 规模放大：恒定P/V（功率/体积比）原则、kLa（体积氧传质系数）＞100h⁻¹

2. 流体力学设计：高径比2:1-3:1、挡板数量4-6块（宽度0.1D）

3. 材料选择：接触介质部分316L不锈钢、密封件采用EPDM或PTFE

四、操作流程

1. 空消：121℃灭菌30分钟

2. 培养基灭菌：连消或实消

3. 接种：5%-10%接种量

4. 过程控制：

- 前期：高溶氧（＞30%）、中期：控制比生长速率（如0.15h⁻¹）、后期：诱导表达/补料优化

5. 放罐：发酵终点OD600达50-100

五、维护保养

1. 日常维护：

- 每次运行后执行CIP程序（1%NaOH循环）、每月校验传感器精度

2. 定期维护：机械密封更换（5000运行小时）、搅拌桨动平衡检测（年度）

3. 故障处理：

- 溶氧异常：检查通气过滤器/搅拌电机

- pH漂移：更换电极或校准