微生物高密度发酵设备是实现微生物细胞超高密度培养（细胞干重≥150g/L）的先进生物反应系统。该系统通过集成精密传感、高效传质和动态控制技术，突破传统发酵的细胞密度与产物浓
度限制，广泛应用于重组蛋白、核酸疫苗、工业酶制剂等高附加值生物制品的规模化生产，是现代生物制造产业的核心装备。
一、设备组成
1）耐压发酵罐体（316L不锈钢，设计压力0.5MPa）；
2）高效混合系统（三层组合式搅拌桨，顶置磁耦传动）；
3）高氧传质系统（纯氧混合装置与微孔钛分布器）；
4）精密监测系统（在线活细胞密度、尾气CO₂/O₂分析仪）；
5）多通道补料系统（十六通道精密蠕动泵）；
6）强化冷却系统（外循环板式换热器）；
7）自动化平台（集成SCADA/MES系统）；
8）清洁灭菌系统（CIP/SIP单元）。
二、工作原理
基于代谢通量分析原理，通过在线传感器实时监测细胞代谢状态（OUR、CER），动态调整营养物流加速率（如指数流加策略），避免乙酸等抑制物积累。采用纯氧增强传质与梯度压力控
制（0.1-0.3MPa），保障高密度培养下的溶氧供给（DO≥40%）。外循环冷却系统精准控温（±0.2℃），及时移除发酵过程产生的巨大生物热。
三、设计方法
关键技术参数：1）超高氧传质效率（kLa≥600h⁻¹）；2）大功率输入设计（10-20kW/m³）；3）低剪切力优化（兼顾混合与细胞保护）；4）防泡沫集成设计（超声消泡+膜分离排气）；
5）无菌保障系统（双端面机械密封）；6）快速响应控制（温度调节速率≥1℃/min）。
四、操作流程
1）空消灭菌（130℃，45min）；
2）培养基装载与参数设定；
3）接种与分批培养（5-10%接种量）；
4）指数流加控制（根据比生长速率调控）；
5）诱导表达与过程优化（重组系统）；
6）连续离心收获（细胞干重150-200g/L）。
五、维护保养
实施全生命周期管理：每批次校验传感器；每周检测机械密封与轴承磨损；每月维护换热器通道；季度性校准补料系统；年度进行设备性能再验证。该设备通过多系统协同创新，将微生物
发酵推向极致化生产水平，显著提升目标产物得率与生产经济性。
