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1、第三节第三节 发酵设备与发酵类型发酵设备与发酵类型发酵罐：进行微生物深层培养的设备。优良的发酵装置：严密的结构；良好的液体混合性能；较高的传质、传热速度；具有配套而可靠地检测及控制仪表。发酵设备发酵设备一、发酵设备根据培养的微生物是否好氧分：(一)好氧发酵装置（根据搅拌方式的不同分）机械搅拌式发酵通风搅拌式发酵罐(二)厌氧发酵装置发酵设备发酵设备通用式发酵罐通用式发酵罐通用式发酵罐：通用式发酵罐：是指既具有机械搅拌又有压缩空气分布的装置的发酵罐。由于这种型式的罐是目前发酵工厂最常用的，所以称通用式 。其容积可自容积20L200m3,有的甚至可达500m3.。（见下图）发酵设备发酵设备通用式发酵
2、罐的主要部件通用式发酵罐的主要部件罐体罐体搅拌器搅拌器挡板挡板轴封轴封空气分布管空气分布管消泡器消泡器 冷却管（或夹套）冷却管（或夹套）联轴器联轴器中间轴承中间轴承人孔人孔管路等管路等123456789101112131415161718192021温度计温度计接口接口 3、发酵罐的结构、发酵罐的结构（1）罐体：）罐体：由圆柱体和椭圆形或碟形封头焊接而成。由圆柱体和椭圆形或碟形封头焊接而成。材料材料为炭钢或不锈钢，且应有一定的承压能力，为炭钢或不锈钢，且应有一定的承压能力，2.5kg/cm2。罐罐顶顶上上的的接接管管有有：进进料料管管、补补料料管管、排排气气管管、接接种种管管和和压压力力表接管
3、。表接管。罐罐身身上上的的接接管管有有：冷冷却却水水进进出出管管、进进空空气气管管、温温度度计计管管和和测测控仪表接口。控仪表接口。现现在在很很多多工工厂厂在在不不影影响响无无菌菌操操作作的的条条件件下下将将接接管管加加以以归归并并，如如进进料料口口、补补料料口口和和接接种种口口用用一一个个接接管管。放放料料可可利利用用通通风风管管压出也可在罐底另设放料口压出也可在罐底另设放料口。弯叶式弯叶式箭叶式箭叶式平叶式平叶式浆叶式浆叶式螺旋桨式螺旋桨式蜗轮式搅拌器蜗轮式搅拌器推进式搅拌器推进式搅拌器通用式发酵通用式发酵罐大多采用罐大多采用涡轮式搅拌涡轮式搅拌器器挡板挡板空气分布器空气分布器空气分布管用
4、途：将无菌空气引入到发酵液中的装置。类型：单孔管和环形管。位置：装于最低一档搅拌器的下面，喷孔向下，以利于罐底部分液体的搅动，使固形物不易沉积于罐底。发酵设备发酵设备消泡装置1.可加入消泡剂。2.可采用机械消泡装置（泡沫量较少时）。简单的消泡装置：靶式消泡桨，装于搅拌 轴上，齿面略高于液面。直径为罐径的 0.8-0.9，以不妨碍旋转为原则。发酵设备发酵设备耙式消泡器耙式消泡器自吸式发酵罐的充气原理：自吸式发酵罐的充气原理：搅拌器由罐底向上伸入的主轴带动。搅拌器由罐底向上伸入的主轴带动。叶轮旋转时叶片不断排开周围的液叶轮旋转时叶片不断排开周围的液体使其背侧形成真空，由导气管吸体使其背侧形成真空，
5、由导气管吸入罐外空气。吸入的空气与发酵液入罐外空气。吸入的空气与发酵液充分混合后在叶轮末端排出，并立充分混合后在叶轮末端排出，并立即通过导轮向罐壁分散，经挡板折即通过导轮向罐壁分散，经挡板折流涌向液面，均匀分布。流涌向液面，均匀分布。马达马达转子转子轴封轴封通风搅拌式发酵通风搅拌式发酵循环式通风发酵罐(空气带升式发酵罐空气带升式发酵罐或或带升式发酵罐带升式发酵罐)原理：利用空气的动力使液体在循环管中上升，并沿着一定路线进行循环。与通用式发酵罐相比，优点是：a.发酵罐内没有搅拌装置，结构简单，清洗方便，加工容易；b.由于取消了搅拌用的发电机，而通风量与通用 式发酵罐大致相同，所以动力消耗有很大降
6、低。高位塔式发酵罐原理：压缩空气由罐底导入，经过筛板逐渐上升，气泡上升过程中带动发酵液同时上升，上升后的发酵液又通过筛板上带有液封作用的降夜管下降而形成循环。特点：省去了机械搅拌装置，如果培养浓度适宜，而且操作得当的话，在不增加空气的情况下，基本上可达到通用式的发酵水平。錐底立式发酵罐錐底立式发酵罐二、发酵类型根据操作方式的不同分：分批发酵连续发酵补料发酵固体发酵1 1 分批发酵分批发酵：是一种准封闭式系统。一一次投料，一次接种，一次收获的间歇式培养方式。培养过程中，接种物要经过5个时期。即延迟期、对数生长期、减速期、稳定期和衰亡期。分批发酵分批发酵分批培养的特点：分批培养的特点：操作简单、周
7、期短、染菌机会操作简单、周期短、染菌机会少和生产过程、产品质量易掌握。但是生产率相少和生产过程、产品质量易掌握。但是生产率相对较低。对较低。细胞浓度随细胞浓度随培养时间呈培养时间呈指数增长。指数增长。细胞浓度的细胞浓度的变化率与细变化率与细胞浓度成正胞浓度成正比比。2对数生长期对数生长期细胞的比生细胞的比生长速率开始长速率开始下降下降3细胞浓度达细胞浓度达到最大值，到最大值，细胞的比生细胞的比生长速率为长速率为04活细胞浓活细胞浓度不断下降度不断下降5v细胞浓度的细胞浓度的v增加不明显。增加不明显。v受菌龄和接受菌龄和接v种量的影响。种量的影响。1延迟期延迟期减速期减速期静止期静止期衰亡期衰亡
8、期各生长期的特点连续发酵：连续发酵：是指在培养过程中，连续地向发酵罐中加入培养基，同时以相同的流速从发酵罐中排出含有产品的培养基的发酵方式。一般连续培养方式很多：搅拌发酵罐和管式反应器；恒化和恒浊；循环式和非循环式；单级和多级。连续发酵连续发酵依据培养物的依据培养物的生长率是受到生长率是受到化学环境控制化学环境控制的。即培养的。即培养基中某一限基中某一限制性组分的制性组分的作用。作用。恒化恒化12控制补充的培养基控制补充的培养基的流速，使培养液的流速，使培养液的细胞浓度保持恒的细胞浓度保持恒定。定。恒浊恒浊是介于分批发酵培养和连续培养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
9、基系统补加一定物料的培养技术。单一补料分批发酵：在开始时投入一定量的基础培养基，到发酵过程的适当时期，开始连续补加碳源或(和)氮源或(和)其他必须基质，直到发酵体积到达发酵罐最大做做容积后，停止补料，最后将发酵液一次全部倒出的操作方式。反复补料分批发酵：是在单一补料分批发酵的基础上，没隔一定时间按一定比例放出一部分发酵液，使发酵体积始终不超过发酵罐的最大操作容积，从而在理论上可以延长发酵周期，直至发酵产率明显下降，才最终将发酵液全部倒出。补料分批发酵补料分批发酵（半连续发酵）应用运用补料分批发酵技术进行生产和研究的范围十分广泛，包括单细胞蛋白、氨基酸、生长激素、抗生素、维生素、酶制剂、有机溶剂、有机酸、核苷酸、高聚物等，几乎遍及整个发酵行业。固体发酵固体发酵固体发酵：某些微生物生长需水很少，可利用疏松而含有必需营养物的固体培养基质进行生产发酵。我国传统的酿酒、制酱及天培(大豆发酵食品)的生产均为固体发酵。固体发酵还应用于蘑菇的生产、奶酪和泡菜的制作以及动植物废料堆肥等。原料一般为经济易得、富含营养物质的工农业生产中的副产品和废产品，如麸皮、薯粉、大豆粉饼、高粱、玉米粉等。优点 所需设备简单，操作容易，并可因陋就简、因地制宜利用一些来源丰富的工农业副产品。缺点缺点 劳动强度大、不便于机械操作、微生物品种少、生长慢、产品有限等。