發(fa)酵罐的主(zhu)要組成(cheng)部(bu)分(fen)有哪(na)些？各(ge)自的功(gong)能是(shi)什麽(me)？

發(fa)酵罐是微生(sheng)物(wu)發(fa)酵生產的(de)核(he)心(xin)設備(bei)，其(qi)結(jie)構(gou)設計需滿(man)足微生(sheng)物(wu)生長(chang)代(dai)謝、產物(wu)合成及工(gong)藝控制的需求(qiu)。以(yi)下(xia)是(shi)發(fa)酵罐的主(zhu)要組成(cheng)部(bu)分(fen)及其(qi)功能：

壹(yi)、罐體（反(fan)應(ying)容器）

功能  

1. 提供反(fan)應(ying)空(kong)間：容納培養(yang)基(ji)、微生(sheng)物(wu)菌體及發(fa)酵產物(wu)，容積從(cong)幾(ji)升(sheng)到數(shu)萬升(sheng)不等(deng)。  

2. 維持無菌環(huan)境：采(cai)用不銹(xiu)鋼材質(zhi)（如(ru)316L或304），內(nei)壁拋光(guang)（粗(cu)糙度(du)Ra≤0.6μm），減少(shao)死角和微生(sheng)物(wu)附著(zhe)，便(bian)於(yu)滅菌和(he)清潔(jie)。  

3. 結(jie)構(gou)設計：  

  - 圓筒(tong)形主(zhu)體+橢圓(yuan)形/碟(die)形封(feng)頭，底部(bu)傾斜或安(an)裝擋板(ban)，避免(mian)物(wu)料(liao)滯(zhi)留；  

  - 頂部(bu)設人(ren)孔(kong)、視鏡(jing)、進(jin)料(liao)口，底部(bu)設出(chu)料(liao)口、排汙(wu)口(kou)，便(bian)於(yu)操作(zuo)和(he)清洗(xi)。  

二、攪拌系統

組成(cheng)  

- 攪拌器（葉輪）：常(chang)見類型(xing)有(you)渦(wo)輪式、槳式、錨(mao)式(shi)、螺帶(dai)式等(deng)；  

- 攪拌軸：連(lian)接電(dian)機與(yu)攪拌器，傳遞動(dong)力；  

- 擋板(ban)：固(gu)定於(yu)罐壁，防(fang)止液(ye)體隨攪拌器旋轉(zhuan)形成(cheng)“圓(yuan)柱狀回轉區"，增(zeng)強(qiang)湍(tuan)動(dong)；  

- 消泡槳：安(an)裝於(yu)液(ye)面(mian)上方(fang)，破(po)碎泡(pao)沫（或配(pei)合消泡劑(ji)使用）。  

功能  

1. 混(hun)合均(jun)勻：推(tui)動(dong)培養(yang)基(ji)流(liu)動，使菌體、營養(yang)物(wu)質(zhi)、氧氣充(chong)分(fen)接觸(chu)，避免(mian)局(ju)部(bu)濃(nong)度梯度。  

2. 強(qiang)化(hua)傳質(zhi)傳熱：  

  - 加速氧氣從氣相(xiang)向(xiang)液(ye)相的轉(zhuan)移(yi)（通(tong)氣發(fa)酵中尤(you)為(wei)重(zhong)要）；  

  - 促(cu)進(jin)熱量傳遞，配(pei)合溫控系統維持罐內(nei)溫(wen)度(du)均(jun)勻。  

3. 控制泡沫：通過(guo)機械(xie)剪切破碎(sui)泡(pao)沫，減少逃液(ye)和染菌風險。  

三、通氣系統（好氧發(fa)酵關鍵(jian)組(zu)件(jian)）

組成(cheng)  

- 空(kong)氣過(guo)濾裝(zhuang)置：除菌過(guo)濾器（如(ru)0.22μm膜(mo)濾芯(xin)），確(que)保(bao)通(tong)入空(kong)氣無菌；  

- 空(kong)氣分(fen)布(bu)器：多(duo)孔環管、單(dan)孔噴(pen)嘴等(deng)，將空(kong)氣分(fen)散為(wei)細小(xiao)氣(qi)泡，增加氣(qi)液(ye)接觸(chu)面(mian)積(ji)。  

功能  

1. 提供氧氣：滿(man)足好氧微生(sheng)物(wu)的呼(hu)吸(xi)需求(qiu)，維(wei)持其(qi)代(dai)謝活性(xing)。  

2. 促(cu)進(jin)代(dai)謝產物(wu)排出(chu)：通(tong)過(guo)氣(qi)流(liu)攪動，協(xie)助排(pai)出(chu)CO₂、揮發(fa)性(xing)代(dai)謝物（如(ru)乙(yi)醇）。  

3. 維持罐壓：通過調(tiao)節進氣(qi)量(liang)和排氣(qi)閥，保(bao)持罐內(nei)正(zheng)壓（通常(chang)0.05~0.2MPa），防(fang)止外(wai)界(jie)雜菌侵(qin)入(ru)。  

四、溫(wen)控系統

組成(cheng)  

- 加熱(re)/冷卻裝(zhuang)置(zhi)：  

 - 夾套(tao)：罐體外(wai)側(ce)的環形空(kong)間，通(tong)入蒸(zheng)汽(qi)（加熱(re)）或(huo)冷水/冷凍(dong)液(ye)（冷卻）；  

 - 盤(pan)管(guan)：罐內(nei)蛇(she)形管(guan)道，適用於大容量罐體或需要劇烈(lie)控溫的(de)場景(jing)；  

 - 半管夾套(tao)：焊(han)接(jie)於(yu)罐體外(wai)側(ce)的半圓管道，傳熱效率高(gao)，節省空(kong)間。  

- 溫度(du)傳感器：熱(re)電偶或(huo)熱(re)電阻(zu)，實時(shi)監(jian)測罐內(nei)溫(wen)度(du)，聯動(dong)控制系統調節熱源/冷源流(liu)量(liang)。  

功能  

1. 維持適宜(yi)溫(wen)度：根據微生(sheng)物(wu)生長(chang)和(he)代(dai)謝需求(qiu)（如(ru)大腸(chang)桿(gan)菌最(zui)適37℃，酵母菌28~30℃），精確(que)控制溫度波動(dong)（±0.5℃）。  

2. 控制發(fa)酵進程：通過(guo)升溫(wen)或降(jiang)溫誘(you)導特定(ding)代(dai)謝路徑(jing)（如(ru)誘導表達(da)重(zhong)組(zu)蛋(dan)白(bai)時(shi)升(sheng)溫(wen)至(zhi)42℃）。  

3. 移(yi)除(chu)發(fa)酵熱：微生(sheng)物(wu)代(dai)謝產熱(re)或攪(jiao)拌產熱(re)時(shi)，及時(shi)散(san)熱(re)防(fang)止溫(wen)度過(guo)高(gao)抑制菌體生長(chang)。  

五、測量(liang)與(yu)控制系統

組成(cheng)  

- 在線檢測儀(yi)表：  

 - pH電極(ji)：監(jian)測發(fa)酵液(ye)酸堿度(du)，聯動(dong)酸(suan)堿添加系統調節；  

 - 溶氧（DO）電極(ji)：檢(jian)測溶解氧濃(nong)度，調節通氣(qi)量(liang)或攪拌轉速；  

 - 液(ye)位計：超(chao)聲(sheng)波、雷(lei)達或電(dian)容式，監(jian)測液(ye)面(mian)高(gao)度(du)，控制進料(liao)量；  

 - 壓力傳感器：監(jian)測罐內(nei)壓力，調節排氣(qi)閥(fa)。  

- 控制系統：PLC（可編程邏輯控制器）或(huo)DCS（分(fen)布(bu)式控制系統），集成數(shu)據采集(ji)、參數(shu)調節、報警功能。  

功能  

1. 實時(shi)監(jian)控參數(shu)：連(lian)續監(jian)測pH、DO、溫度(du)、壓力、液(ye)位等關鍵(jian)指(zhi)標(biao)，動態(tai)反(fan)映發(fa)酵狀態(tai)。  

2. 自動控制調節：根據預設程序自動調(tiao)整攪(jiao)拌轉速、通氣(qi)量、補(bu)料(liao)速率等，實現(xian)發(fa)酵過程的自動化(hua)和標(biao)準化(hua)。  

3. 異常(chang)報警與保(bao)護：超(chao)限(xian)-時(shi)報警並觸(chu)發(fa)安(an)全措(cuo)施（如(ru)停止攪(jiao)拌、切斷進(jin)料(liao)），避免(mian)生(sheng)產事(shi)故。  

六(liu)、管(guan)路與閥門系統

組成(cheng)  

- 管路(lu)：進料(liao)管（培養(yang)基(ji)、補(bu)料(liao)）、出(chu)料(liao)管、空(kong)氣進(jin)/排氣(qi)管、蒸(zheng)汽(qi)管、冷卻水(shui)管(guan)等，采(cai)用衛生級(ji)不銹(xiu)鋼材質(zhi)，內(nei)壁光(guang)滑(hua)易(yi)滅菌。  

- 閥門：  

 - 無菌閥(fa)：隔膜(mo)閥、球(qiu)閥等(deng)，密(mi)封(feng)性(xing)好，可在線滅菌；  

 - 調節閥：自動控制流量（如(ru)氣動(dong)調(tiao)節閥調(tiao)節進氣(qi)量(liang)）；  

 - 安(an)全閥(fa)：防(fang)止罐內(nei)壓力過高(gao)，保(bao)障(zhang)設備(bei)安(an)全。  

功能  

1. 物料(liao)傳輸：實現(xian)培養(yang)基(ji)滅(mie)菌前(qian)後的(de)轉移(yi)、補(bu)料(liao)（如(ru)葡萄糖、前體物質(zhi)）、產物(wu)放料(liao)等操作(zuo)。  

2. 滅菌通(tong)路：蒸(zheng)汽(qi)可通過管(guan)路(lu)進(jin)入罐體、夾套(tao)、過(guo)濾(lv)器等(deng)，實現(xian)系統原位滅菌（SIP）。  

3. 隔離(li)與(yu)控制：通過閥門切換(huan)不同(tong)工藝階(jie)段（如(ru)滅菌、接(jie)種、發(fa)酵、放料(liao)），避免(mian)交(jiao)叉(cha)汙(wu)染(ran)。  

七(qi)、滅(mie)菌系統

組成(cheng)  

- 蒸(zheng)汽(qi)發(fa)生裝置：鍋爐或(huo)蒸(zheng)汽(qi)發(fa)生器，提(ti)供高(gao)溫(wen)高(gao)壓蒸(zheng)汽(qi)（通常(chang)121℃、0.1MPa）；  

- 原位(wei)滅菌（SIP）管路(lu)：連(lian)接蒸(zheng)汽(qi)源與(yu)罐體、管路(lu)、過濾(lv)器，實現(xian)系統整體滅菌。  

功能  

1. 殺滅雜菌：通(tong)過濕(shi)熱(re)滅(mie)菌（蒸(zheng)汽(qi)）徹(che)-底殺滅罐體、管路(lu)、培養(yang)基(ji)中的(de)微生(sheng)物(wu)及孢(bao)子，確保(bao)無菌環(huan)境。  

2. 在線滅菌：無需拆卸(xie)設備(bei)，通(tong)過蒸(zheng)汽(qi)循(xun)環對(dui)整(zheng)個系統（包括過濾器、閥(fa)門）進行(xing)滅菌，減(jian)少人(ren)工操作(zuo)汙(wu)染(ran)風險。  

八、其(qi)他輔助(zhu)組(zu)件(jian)

1. 接種(zhong)裝置(zhi)：無菌接(jie)種口(kou)（如(ru)火焰(yan)接種、壓差接種(zhong)），避免(mian)接(jie)種(zhong)時(shi)染(ran)菌。  

2. 消泡系統：除機械(xie)消泡槳外(wai)，可配(pei)置消泡劑(ji)自動添(tian)加裝(zhuang)置(zhi)，通過液(ye)位或泡(pao)沫傳感器觸(chu)發(fa)添加。  

3. 清洗(xi)系統（CIP）：旋轉(zhuan)噴淋球+清洗(xi)液(ye)（酸堿液(ye)、清水），自動清(qing)洗(xi)罐內(nei)壁，減少(shao)人工勞(lao)動(dong)和(he)殘留(liu)汙(wu)染(ran)。  

各系統的協(xie)同作(zuo)用  

發(fa)酵罐的高(gao)效運行(xing)依賴(lai)於罐體提供物(wu)理空(kong)間、攪(jiao)拌與通(tong)氣(qi)系統強(qiang)化(hua)傳質(zhi)、溫控與控制系統維持穩態(tai)、管路(lu)與滅菌系統保(bao)障(zhang)無菌環(huan)境的(de)協(xie)同配(pei)合。

例(li)如(ru)，在好氧發(fa)酵中，攪(jiao)拌器打碎(sui)氣(qi)泡擴(kuo)大氣(qi)液(ye)接觸(chu)面(mian)積(ji)，通氣系統維持溶氧，溫控系統平衡攪拌產熱(re)，測量(liang)系統實時(shi)反(fan)饋數(shu)據並驅(qu)動(dong)控制系統調節參數(shu)，最終(zhong)實現(xian)微生(sheng)物(wu)生長(chang)和(he)產物(wu)合成的(de)最-優(you)化(hua)。