發酵罐
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
發酵罐的實例教程
微生物在生長代謝過程中，O2的消耗、CO2的產生可以比較容易檢測，但大多數微生物發酵后產生有臭味的氣體，這些帶臭味的氣體大多數是一些揮發性的醛類、酸類、醇類、酯類、胺類、硫醇類、酚類、噻唑、吲哚和呋喃類雜環化合物類等。一般簡單的發酵氣味由幾十種上述化合物組成，復雜的發酵氣味由幾百種上述化合物組成。濃度不同呈現的主體氣味不同，比如低濃度的吲哚呈現出香氣，高濃度的吲哚呈現出糞便的臭氣。其實微生物發酵是通過控制溫度、ph、氧氣和營養源等條件讓微生物以最佳狀態生長和合成目標產物。由于微生物代謝的復雜性，通過簡單的供給控制并不能確保微生物處于最佳狀態。
近年來通過檢測發酵尾氣CO2和O2檢測分析技術已日臻成熟。其性能穩定，可靠性高，可實現連續在線檢測獲取發酵過程重要的呼吸代謝參數CER,OUR,RQ等。這些參數反映了微生物的代謝狀況，可以得到更多細胞代謝信息，更加深入了解發酵過程，掌握發酵規律，從而優化工藝，全面控制發酵過程，提高產率。尾氣分析儀作為發酵罐標配設備已成為一種趨勢。
因是從尾氣取氣分析，對發酵無任何影響；也無需高溫滅菌，故為其應用創造了有利條件。發酵尾氣分析技術應用現代傳感器及信息技術，實時在線檢測發酵罐尾氣中CO2和O2百分比濃度，同步計算呼吸代謝參數CER、OUR及RQ，旨在獲取發酵過程細胞代謝信息，實現生物信息軟測量，藉此深入了解發酵規律，優化工藝，控制過程，提高產率，是發酵工程新的重要分析手段。發酵尾氣分析儀實時監測微生物發酵過程中氧氣的消耗速率和二氧化碳的產生速率是現代發酵工業中監控微生物代謝狀態的最有效手段，通過控制氧氣消耗率和二氧化碳產生率進行微生物發酵工藝的工業放大最為有效。為我國生物產業發展提供了先進技術設備。
展開 二、發酵的類型
根據發酵的特點和微生物對氧的需求不同，可以將發酵分成若干類型:
(1)按發酵原料分為糖類物質發酵、石油發酵、廢水發酵等類型。
(2)按發酵產物 分為氨基酸發酵、有機酸發酵、抗生素發酵、酒精發酵、維生素發
酵等。
(3)按發酵形式分為固態發酵、半固態發酵、液態發酵。
(4)按發酵工藝流程 分為分批發酵、連續發酵、流加發酵。
(5)按發酵過程中對氧的不同需求 分為厭氧發酵、通風發酵。
(6)按代謝產物初級代謝產物發(酒精發酵、氨基酸發酵、有機酸發酵等次級代謝產物發酵(抗生素發酵、色素發酵等)。
三、發酵工藝過程
對于任何發酵類型(除一些轉化過程外)，一個確定的發酵過程由6個部分組成
①菌種以及確定的種子培養基和發酵培養基;
②培養基、發酵罐和輔助設備的滅菌;
③大規模的、有活性的、純種的種子培養物的生產;
④發酵罐中微生物最優的生長條件下產物的大規模生產;
⑤產物的提取、純化;
⑥發酵廢液的處理。
它們的相互關系如圖1-1所示。因此，有必要不斷進行研究以逐步提高整個發酵過程的效率。在建立發酵過程之前，首先要分離出菌株，通過改造使其合成目標產物，使所產生的產物符合工業要求，并且其產量應具有經濟價值。然后測定微生物在培養上的需求，并設計相應的設備。同時必須確定產品的分離提取方法。此外，整個研究計劃也應包括在發酵過程中不斷地優化微生物菌種、培養基和提取方法。
四、發酵工程關鍵技術
1.菌種選育技術
菌種選育是按照生產的要求，以微生物遺傳變異理論為依據，采用人工方法使菌種發生變異，再用各種篩選方法篩選出符合要求的目的菌種。菌種選育的目的是改善菌種的基本特性，以提高產量、改進質量、降低成本、改革工藝、方便管理及綜合利用。
展開 在生物發酵行業中，氣體質量流量控制器（Mass Flow Controller，MFC）作為關鍵設備，發揮著不可替代的作用。這一高精度的流量測量與控制裝置，確保了生物反應器內氣體環境的精確調控，為微生物的生長和代謝提供了穩定、可靠的條件，從而顯著提升了生物發酵過程的效率和產品質量。工采網將探討生物發酵行業的需求與挑戰、MFC的應用優勢、具體應用場景，并重點介紹美國Siargo公司的MFC4000系列氣體質量流量控制器。
一、生物發酵行業的需求與挑戰
生物發酵是一種利用微生物在特定條件下，通過代謝作用將原料轉化為所需產物的過程。為了保證微生物的正常生長和高效代謝，必須嚴格控制發酵罐內的氣體環境，包括氧氣、氮氣、二氧化碳等氣體的精確供應和排放。傳統的氣體流量計因精度和穩定性不足，已難以滿足現代生物發酵行業的需求。隨著發酵工藝的不斷進步，對氣體流量控制的精度和穩定性要求越來越高，因此，高端氣體質量流量控制器應運而生，成為生物發酵行業不可或缺的設備之一。
二、氣體質量流量控制器MFC4000系列的應用優勢
?高精度與重復性?：MFC能夠精確測量和控制氣體的質量流量，不受溫度、壓力變化的影響，確保了發酵過程中氣體供應的準確性和穩定性。這對于微生物的生長和代謝至關重要，直接影響到產品的質量和產量。MFC4000系列采用了先進的時域傳感技術，其量程比高達100:1，使得控制更加精確和可靠。
?易于維護與操作?：現代MFC多采用智能化設計，具備遠程監控和控制功能，可大幅降低人工操作難度和維護成本。MFC4000系列氣體質量流量控制器采用智能電子技術，提供了簡潔的操作界面和友好的用戶體驗，使得操作人員能夠輕松上手，快速掌握使用技巧。
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展開 隨著以基因工程、細胞工程、酶工程、發酵工程為代表的現代生物技術迅猛發展，生物發酵制品已成為2l世紀投資最活躍、發展最快的產業之一。因生物發酵藥品具有療效高，毒性低，副作用少等特點，而被廣泛應用于I臨床，甚至將會逐步取代一些化學合成藥物，為人類健康作出越來越大的作用。同時因生物醫藥發酵空氣用量大，大量未處理尾氣排人大氣，使部分發酵代謝產物隨尾氣帶出，甚至有特殊難聞氣味產生，即其藥品成分或中間體濃度在空氣中不斷升高，反過來對人體及環境產生危害。因此，必須對其發酵尾氣進行治理。
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一、發酵尾氣治理技術調查
發酵排氣成分復雜，國內外的處理方法不多，而且沒有一個徹底、經濟的合理方案。國外一般在發酵罐尾氣氣液分離裝置后再安裝膜過濾器，膜過濾器分離效率高，但受發酵排氣滅菌蒸汽等影響，膜過濾使用壽命短，維護費用高；而且對尾氣而言，壓降阻力大，這將帶來一系列問題，首先空壓機出口壓力增高，電耗大大增加，而發酵罐壓增高，將對罐內生產菌代謝過程帶來不可預計的影響。國內一般企業還沒有充分認識到排氣中的損失和危害，尾氣一般直接排空，生產方式比較粗放。有措施的也只是采用一般的低效率旋風分離器和噴淋吸收塔。噴淋吸收裝置在一般化工生產中經常采用，而在醫藥發酵排氣中應用，有效率低、易產生吸收劑二次液沫夾帶損失和運行費用高等弊端。
目前國內較為領先的制藥發酵尾氣治理方法采用了高效旋擊分離技術。國內已有大型生物制藥公司使用這一治理技術，并取得了較好效果。
展開 在生物制藥與生命科學領域，質量流量計應用于發酵罐供氧、細胞培養氣流控制、配液系統等場景，無菌設計、符合FDA和GMP標準的衛生型結構（如Tri-Clamp接口），使適用于潔凈管道系統，保障藥品生產安全。
此外在食品飲料行業，質量流量計用于配料混合、CIP清洗液計量、碳酸化過程控制等，確保產品口感一致與生產合規，而在能源與環保領域，如沼氣發電、煙氣排放監測、氫能輸送等系統中，質量流量計對氣體能量計量和排放控制發揮著重要作用。
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發酵罐的最新內容
面向以后的IIoT就緒設計
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振動：隱形的測量干擾源
在很多工業場景中，如半導體制造、化工反應堆、生物制藥發酵罐或靠近大型壓縮機、泵組的安裝環境，設備不可避免地會遭受外部機械振動，對于傳統的熱式或科里奧利質量流量計而言，振動確實是一個不容忽視的干擾因素。
質量流量計適用于哪些工藝管道？6個月前
在生物制藥與生命科學領域，質量流量計應用于發酵罐供氧、細胞培養氣流控制、配液系統等場景，無菌設計、符合FDA和GMP標準的衛生型結構（如Tri-Clamp接口），使適用于潔凈管道系統，保障藥品生產安全。
氣液分散模擬</p><p> · 在通氣攪拌釜（如發酵罐、廢水處理曝氣池）中，模擬氣體分布、氣泡大小、持氣量以及傳質性能（kLa值），優化 Sparger（氣體分布器）設計和操作條件，以提高氧氣或其它氣體的傳遞效率。</p><p><img src="https://public.fangzhenxiu.com/ueditor/20250907164754-04.png?
通過MFC4000系列的精確控制，可以確保二氧化碳的排放量既不過多也不過少，從而維持發酵罐內微環境的穩定。這對于優化發酵條件、提高產品質量具有重要意義。
?氮氣流量控制?：在某些生物發酵過程中，氮氣的供應也是必不可少的。MFC4000系列能夠實時監測和控制氮氣的流量，確保其在適當的范圍內波動，為微生物的生長提供必要的條件。
氧氣傳質和化學反應需要適當的混合程度（高效的氣體分布器可提高氣含率，從而改善傳質；混合速率控制反應的快慢【速率、選擇性和生產】）
‐ 渦旋，氣體在液相中的停留，氣相的短路
顯著的仿真復雜性
‐ 前面描述單相攪拌器遇到的問題相同
‐ 模擬氣泡，考慮不同的尺寸分布（氣泡的尺寸通過群平衡計算）
‐ 準確預測傳質速率需要準確計算氣液接觸面積
‐ 自由表面形狀
‐ 氣體滯留
氣液流動：發酵罐建模
夾套間隙通常50～100，具體根據容器直徑選擇
裝量系數=介質容積/容器容積
攪拌罐：液—固，液—液1～1.3，氣—液1～2
聚合釜：2.08～3.85
發酵罐：1.7～2.5
2）特殊結構設計
檢查孔接管長度盡量短
高粘介質出口一定是凸緣，行程越短，越不宜堵塞。
尾氣分析儀作為發酵罐標配設備已成為一種趨勢。
因是從尾氣取氣分析，對發酵無任何影響；也無需高溫滅菌，故為其應用創造了有利條件。發酵尾氣分析技術應用現代傳感器及信息技術，實時在線檢測發酵罐尾氣中CO2和O2百分比濃度，同步計算呼吸代謝參數CER、OUR及RQ，旨在獲取發酵過程細胞代謝信息，實現生物信息軟測量，藉此深入了解發酵規律，優化工藝，控制過程，提高產率，是發酵工程新的重要分析手段。
國外一般在發酵罐尾氣氣液分離裝置后再安裝膜過濾器，膜過濾器分離效率高，但受發酵排氣滅菌蒸汽等影響，膜過濾使用壽命短，維護費用高；而且對尾氣而言，壓降阻力大，這將帶來一系列問題，首先空壓機出口壓力增高，電耗大大增加，而發酵罐壓增高，將對罐內生產菌代謝過程帶來不可預計的影響。國內一般企業還沒有充分認識到排氣中的損失和危害，尾氣一般直接排空，生產方式比較粗放。
三、發酵工藝過程
對于任何發酵類型(除一些轉化過程外)，一個確定的發酵過程由6個部分組成
①菌種以及確定的種子培養基和發酵培養基;
②培養基、發酵罐和輔助設備的滅菌;
③大規模的、有活性的、純種的種子培養物的生產;
④發酵罐中微生物最優的生長條件下產物的大規模生產;
⑤產物的提取、純化;
⑥發酵廢液的處理。
它們的相互關系如圖1-1所示。
