液體(ti)發(fa)酵罐(guan)的工作原理(li)是(shi)什麽(me)？

液體發(fa)酵罐(guan)的工作原理(li)主要圍繞為微生物(wu)發(fa)酵提(ti)供(gong)適宜(yi)的(de)環境(jing)和條(tiao)件(jian)展開(kai)，以促(cu)進(jin)微(wei)生物(wu)的(de)生長(chang)代(dai)謝(xie)，從而實現目(mu)標產物(wu)的(de)生成(cheng)和積累，以下是(shi)其具體(ti)介紹：

溫(wen)度(du)控(kong)制(zhi)

發(fa)酵罐(guan)通常(chang)配(pei)備(bei)有(you)加(jia)熱和冷(leng)卻(que)裝置，如(ru)夾套、蛇管(guan)等，通過(guo)循(xun)環熱(re)水(shui)或冷(leng)水(shui)來調(tiao)節發(fa)酵罐(guan)內(nei)液體培(pei)養基(ji)的(de)溫(wen)度(du)。因(yin)為溫(wen)度(du)是(shi)影(ying)響微生物(wu)生長(chang)和代(dai)謝(xie)的(de)關(guan)鍵因(yin)素，不(bu)同(tong)的(de)微生物(wu)有(you)其適宜(yi)的(de)生長(chang)溫(wen)度(du)範圍，過(guo)高或過低的(de)溫(wen)度(du)都可能影(ying)響發(fa)酵效果，例(li)如(ru)谷(gu)氨酸發(fa)酵的(de)適宜(yi)溫(wen)度(du)壹般在(zai)30℃-32℃.

氧氣供應(ying)

好(hao)氧微生物(wu)在(zai)發(fa)酵過(guo)程中(zhong)需(xu)要充足(zu)的(de)氧氣來進(jin)行代(dai)謝(xie)活(huo)動(dong)。發(fa)酵罐(guan)設有進(jin)氣(qi)孔(kong)和通(tong)風裝置，無菌(jun)空(kong)氣(qi)通(tong)過(guo)空氣過濾(lv)器過濾(lv)後(hou)進(jin)入發(fa)酵罐(guan)，以氣(qi)泡的(de)形式分散(san)在(zai)液(ye)體(ti)培養基(ji)中(zhong)，增加氧氣與液體的接觸面(mian)積，使微(wei)生物(wu)能夠充(chong)分利(li)用氧氣進(jin)行生長(chang)和代(dai)謝(xie).

攪拌(ban)混(hun)合

發(fa)酵罐(guan)內(nei)部(bu)裝有攪拌(ban)器，攪拌(ban)器由電(dian)機(ji)、攪拌(ban)軸(zhou)和攪拌(ban)槳(jiang)等組(zu)成(cheng)。攪拌(ban)槳(jiang)在(zai)電(dian)機(ji)的驅(qu)動(dong)下旋(xuan)轉(zhuan)，使發(fa)酵罐(guan)內(nei)的液體(ti)培養基(ji)產生強烈的(de)軸(zhou)向和徑向流動(dong)，從而達到(dao)以下效果 ：

- 使物(wu)料(liao)均(jun)勻混(hun)合：將培(pei)養基(ji)中(zhong)的(de)營(ying)養(yang)物(wu)質(zhi)、微(wei)生物(wu)細(xi)胞(bao)以及溶(rong)解的(de)氧氣等充分(fen)混(hun)合，避(bi)免(mian)出(chu)現局部(bu)營(ying)養(yang)過剩(sheng)或不(bu)足(zu)、溶(rong)氧不(bu)均(jun)等情(qing)況，保(bao)證(zheng)微(wei)生物(wu)在(zai)整個發(fa)酵罐(guan)內(nei)都能獲得(de)良好(hao)的生長(chang)條(tiao)件(jian)。

- 防止菌(jun)體(ti)沈(chen)澱(dian)：對(dui)於(yu)壹些微生物(wu)細(xi)胞(bao)，尤其是(shi)絲(si)狀菌(jun)或較大的細(xi)胞(bao)團(tuan)，如(ru)果(guo)不(bu)進(jin)行攪拌(ban)，容(rong)易(yi)在(zai)罐(guan)底沈(chen)澱(dian)堆積，影響其與營(ying)養(yang)物(wu)質(zhi)和氧氣的接觸，進(jin)而影響發(fa)酵效率。攪拌(ban)可(ke)以使(shi)菌(jun)體(ti)保(bao)持(chi)懸(xuan)浮(fu)狀態，充分(fen)與周(zhou)圍環境(jing)進(jin)行物(wu)質(zhi)交(jiao)換。

營(ying)養(yang)物(wu)質(zhi)供(gong)應(ying)

液體發(fa)酵罐(guan)中(zhong)的(de)液(ye)體培養(yang)基(ji)含(han)有(you)微(wei)生物(wu)生長(chang)所(suo)需(xu)的各種(zhong)營(ying)養(yang)物(wu)質(zhi)，如(ru)碳(tan)源、氮源、無機鹽(yan)、維生素等。在(zai)發(fa)酵過(guo)程中(zhong)，微(wei)生物(wu)不(bu)斷(duan)消(xiao)耗(hao)這(zhe)些營(ying)養(yang)物(wu)質(zhi)，同(tong)時產生代(dai)謝(xie)產物(wu)。為了(le)保(bao)證(zheng)微(wei)生物(wu)的(de)持(chi)續(xu)生長(chang)和代(dai)謝(xie)，需(xu)要根據微生物(wu)的(de)生長(chang)階段和代(dai)謝(xie)需(xu)求(qiu)，適時地向發(fa)酵罐(guan)中(zhong)補(bu)充(chong)營(ying)養(yang)物(wu)質(zhi)，以維持培養基(ji)中(zhong)營(ying)養(yang)成(cheng)分(fen)的平(ping)衡.

酸堿度(du)控(kong)制(zhi)

微生物(wu)的(de)生長(chang)和代(dai)謝(xie)會(hui)導致(zhi)發(fa)酵液(ye)的(de)酸堿度(du)發(fa)生變(bian)化(hua)，而不(bu)同(tong)的(de)微生物(wu)對(dui)pH值(zhi)有(you)不(bu)同(tong)的(de)適應(ying)範圍。發(fa)酵罐(guan)通常(chang)配(pei)備(bei)有(you)pH值(zhi)監測和調(tiao)節裝置，如(ru)pH電(dian)極(ji)和酸(suan)堿添(tian)加泵。通(tong)過(guo)實時監測發(fa)酵液(ye)的(de)pH值(zhi)，並(bing)自(zi)動(dong)添(tian)加酸液或堿液來調(tiao)節pH值(zhi)，使(shi)其保持(chi)在(zai)適宜(yi)微(wei)生物(wu)生長(chang)和代(dai)謝(xie)的(de)範圍內(nei)，例(li)如(ru)，青黴(mei)素發(fa)酵的(de)適宜(yi)pH值(zhi)範圍壹般在(zai)6.5-7.2之間.

消泡控(kong)制(zhi)

在(zai)發(fa)酵過(guo)程中(zhong)，由(you)於(yu)微(wei)生物(wu)的(de)代(dai)謝(xie)活(huo)動(dong)以及攪拌(ban)等操(cao)作，可能會(hui)產生大量(liang)的泡沫(mo)。過多(duo)的(de)泡沫(mo)會(hui)占據發(fa)酵罐(guan)的有效容積，影響發(fa)酵過(guo)程的正(zheng)常(chang)進(jin)行，甚至(zhi)導(dao)致發(fa)酵液(ye)溢出罐(guan)外，造成(cheng)染(ran)菌(jun)風險。發(fa)酵罐(guan)壹般設(she)有(you)消(xiao)泡裝置，如(ru)消(xiao)泡劑(ji)添(tian)加系(xi)統或機械消泡裝置，當泡沫(mo)達到(dao)壹定(ding)高度(du)時，消(xiao)泡裝置自(zi)動(dong)啟(qi)動(dong)，添(tian)加消泡劑(ji)或通過機械方式(shi)破(po)壞泡沫(mo)，以維持發(fa)酵罐(guan)內(nei)的正常(chang)液位(wei)和發(fa)酵環境(jing).

無菌(jun)環境(jing)維持

發(fa)酵過(guo)程必須在(zai)無(wu)菌(jun)條(tiao)件(jian)下進(jin)行，以防(fang)止雜(za)菌(jun)汙(wu)染(ran)。發(fa)酵罐(guan)本(ben)身具(ju)有良好(hao)的密封(feng)性，同(tong)時在(zai)進(jin)料(liao)、進(jin)氣(qi)等環節都配(pei)備(bei)了(le)高效的過(guo)濾(lv)裝置，如(ru)空(kong)氣(qi)過(guo)濾(lv)器、管道(dao)過濾(lv)器等，能夠有(you)效地過(guo)濾(lv)掉(diao)空氣(qi)中(zhong)的(de)細(xi)菌(jun)、孢(bao)子(zi)等微生物(wu)，防(fang)止雜(za)菌(jun)進(jin)入發(fa)酵罐(guan)。此外，發(fa)酵罐(guan)在(zai)使(shi)用前還(hai)需(xu)要進(jin)行嚴(yan)格的(de)滅菌(jun)處(chu)理(li)，如(ru)蒸(zheng)汽(qi)滅(mie)菌(jun)、化(hua)學(xue)滅(mie)菌(jun)等，以確保(bao)罐(guan)內(nei)環境(jing)無(wu)菌(jun).

產物(wu)分(fen)離(li)與提(ti)取(qu)

發(fa)酵結(jie)束後(hou)，需(xu)要將發(fa)酵產物(wu)從發(fa)酵液(ye)中(zhong)分(fen)離(li)和提(ti)取(qu)出(chu)來。壹些發(fa)酵罐(guan)配(pei)備(bei)了(le)初(chu)步的分(fen)離(li)裝置，如(ru)離(li)心(xin)分(fen)離(li)器、過濾(lv)裝置等，可以在(zai)發(fa)酵罐(guan)內(nei)或罐(guan)外對(dui)發(fa)酵液(ye)進(jin)行初步(bu)處(chu)理(li)，將菌(jun)體(ti)、細(xi)胞(bao)碎(sui)片等固體(ti)物(wu)質(zhi)與發(fa)酵上(shang)清液(ye)分(fen)離(li)，然後(hou)再(zai)通(tong)過(guo)進(jin)壹步的(de)純(chun)化(hua)工藝，如(ru)萃(cui)取(qu)、層析、結(jie)晶等，獲得(de)高純度(du)的(de)發(fa)酵產物(wu).

根據不(bu)同(tong)的(de)設計和應(ying)用，液體(ti)發(fa)酵罐(guan)有多種(zhong)類型(xing)，常(chang)見(jian)的(de)有機械攪拌(ban)式(shi)發(fa)酵罐(guan)、氣升(sheng)式(shi)發(fa)酵罐(guan)等，它們在(zai)具(ju)體(ti)的工作原理(li)和操(cao)作方式(shi)上(shang)可(ke)能會(hui)有所(suo)不(bu)同(tong).

- 機械攪拌(ban)式(shi)發(fa)酵罐(guan)：主要依(yi)靠(kao)攪拌(ban)器的旋(xuan)轉(zhuan)來實(shi)現液(ye)體的攪拌(ban)混(hun)合、氧氣分散(san)以及熱量(liang)傳遞等功能。攪拌(ban)槳(jiang)葉(ye)的(de)形狀、尺寸、數量(liang)以及攪拌(ban)速(su)度(du)等都會(hui)影響發(fa)酵罐(guan)內(nei)的流體(ti)力學(xue)特(te)性和傳(chuan)質傳(chuan)熱效果.

- 氣升(sheng)式(shi)發(fa)酵罐(guan)：利用空氣(qi)噴(pen)嘴(zui)噴(pen)射(she)出高速流動(dong)的(de)空氣，空氣(qi)以氣(qi)泡形式分散(san)到(dao)發(fa)酵罐(guan)的液體(ti)中(zhong)，使(shi)通(tong)氣壹側的(de)液(ye)體(ti)密度(du)下降(jiang)，與不(bu)通(tong)氣壹側的(de)液(ye)體(ti)形成(cheng)密度(du)差(cha)，從而驅(qu)動(dong)發(fa)酵罐(guan)內(nei)的液體(ti)產生循(xun)環流(liu)動(dong)，實(shi)現液(ye)體的混(hun)合、氧氣傳遞和熱(re)量(liang)交(jiao)換等過程，無需(xu)機(ji)械攪拌(ban)裝置，具有能耗(hao)低、剪(jian)切(qie)力小等優點.