发酵罐,指工业上用来进行微生物发酵的装置。其主体一般为用不锈钢板制成的主式圆筒,其容积在1m³至数百m³。在设计和加工中应注意结构严密,合理。
能耐受蒸汽灭菌、有一定操作弹性、内部附件尽量减少(避免死角)、物料与能量传递性能强,并可进行一定调节以便于清洗、减少污染,适合于多种产品的生产以及减少能量消耗。用于厌气发酵(如生产酒精、溶剂)的发酵罐结构可以较简单。用于好气发酵(如生产抗生素、氨基酸、有机酸、维生素等)的发酵罐因需向罐中连续通入大量无菌空气,并为考虑通入空气的利用率,故在发酵罐结构上较为复杂,常用的有机械搅拌式发酵罐、鼓泡式发酵罐和气升式发酵罐。
乳制品、酒类发酵过程是一个无菌、无污染的过程,发酵罐采用了无菌系统,避免和防止了空气中微生物的污染,大大延长了产品的保质期和产品的纯正,罐体上特别设计安装了无菌呼吸气孔或无菌正压发酵系统。罐体上设有米洛板或迷宫式夹套,可通入加热或冷却介质来进行循环加热或冷却。发酵罐的容量由300-15000L多种不同规格。发酵罐按使用范围可分为实验室小型发酵罐、中试生产发酵罐、大型发酵罐等。
发酵工程既是传统的技术,又是长盛不衰的技术,随着生物技术的发展,人们对环境治理的重视和生物能源的开发,发酵工程的应用越来越广泛。随着电子技术、信息技术、化学分析技术的进展,发酵过程的研究也由传统的胞外环境优化发展到细胞水平、基因水平、工程水平的多参数多尺度研究。华东理工大学自1955年以来就开设了发酵工程实验(当时是抗生素实验),历经几十年的实践,实验内容不新,特别是1990年以后,我校承担了大量的国家科研项目和企业委托的科研项目,积累了研究技术,所以我们一直打算写一本关于实验的书,一方面总结我们已有的实验方法,为相关科研提供参考,另一方面也为需要寻找实验内容的学校提供方便。近年来设立生物工程、生物技术的学校越来越多,从20世纪90年代的30多所学校到现在的200多所学校,发酵工程实验成为必修的实验,我们希望这本书能为大家开设实验提供素材,各校可以根据自己的特色选做其中合适的实验。
本教材包括3个部分:绪论、发酵工程基本实验和综合实验。绪论部分主要介绍发酵实验室的基本要求和设备(宫衡),统计学方法的实验设计和数据处理(李友元);基本实验包括菌种改造(高淑红),培养基配制与灭菌(宫衡),摇瓶发酵实验(陈长华),发酵生化参数测定(陈长华),色谱分析在发酵工程中的应用(李友元)及过程工程参数测定(夏杰)。基本实验选择的产品是一些典型的产品如抗生素、有机酸、氨基酸、重组蛋白表达产品等,检测的参数有培养基中基质、产物、酶,以及溶氧等动力学参数。综合实验部分选择了13个实验,涉及传统微生物、重组微生物和动物细胞的培养。通过选做基本实验培养学生的基本实验技能,通过综合实验对学生进行实验设计和实验全过程的训练。
广泛应用于乳制品、饮料生物工程、制药、精线化工等行业,乳制品和酒类进行发酵处理。生物发酵罐方面,常用的发酵罐设备是机械搅拌式发酵,其杀菌效果的好坏直接影响到发酵是否能正常进行。
生物发酵罐工作原理
生物发酵罐利用空气喷嘴喷出高速的空气,空气以气泡式分散于液体中,在通气的一侧,液体平均密度下降,在不通气的一侧,液体密度较大,因而产生与通气侧的液体产生密度差,从而形成发酵罐内液体的环流。
生物发酵罐有多种形式,,较常见的有内循环管式,外循环管式、拉力筒式和垂直隔板式等。外循环式的循环管设计在罐体外部,内循环管是两根,设计罐体内部。在生物发酵罐中,罐内液面不高于循环管出口,且不低于环流出口。生物发酵罐的优点是能耗低,液体中的煎切作用小,结构简单。在同样的能耗下,其氧传递能力比普通发酵罐要高得多。
发酵罐产业在迅速发展,以生物发酵罐作为高新技术的产品逐渐改变了传统高污染、高耗能的生产模式,并将发酵技术和现代生物技术相结合。据了解,生物发酵罐是用来进行微生物发酵的装置,它可通过优化微生物的发酵条件来提高发酵效率。根据所培养微生物的好氧和厌氧性,发酵罐可分为好氧型与厌氧型。
生物发酵罐的罐体尺寸通常从50L到5000L不等,可以根据使用者的要求立定制。一般生物发酵罐都是立式的,带有标准的夹套,以及平圆的涡轮搅拌装置。生物发酵罐一般都采用不锈钢316L材质,也有时候采用304材质。
发酵罐正跟着时代的发展而不断升级。从传统的发酵产业到现代发酵产业,再到微生物工程,它不仅成为生物技术工业的重要支柱,而且和基因工程技术的结合更让它如虎添翼。未来,发酵罐将得到更广泛的应用,客户们也应对其进行更为合理和科学地应用。在生物发酵罐灭菌之前,通常应先将与生物发酵罐相连的空气过滤器用蒸汽灭菌并用空气吹干。实罐灭菌时,先将输料管路内的污水放掉冲净,然后将配制好的培养基泵送至发酵罐内,同时开动搅拌器进行灭菌。
2、生物发酵罐灭菌,先将各排气阀打开,将蒸汽引入夹套或蛇管进行预热,待罐温升至80~90℃,将排气阀逐渐关小。接着将蒸汽从进气口、排料口、取样口直接通入发酵罐中,使罐温上升到118~120℃,发酵罐罐压维持在0.09~0.1Mpa(表压),并保持30min左右。
3、空发酵罐灭菌即发酵罐罐体的灭菌。空消时一般维持罐压0.15~0.2Mpa,罐温125~130℃,保持30~45min;要求总蒸汽压力不低于0.3~0.35Mpa,使用汽压不低于0.25~0.3MPa。
4、原位灭菌指的是在不改变罐体在生产中的结构进行灭菌,一般采用在线通蒸汽灭菌。离线灭菌可以理解为把发酵罐拆下来灭菌,小型发酵罐可以搬到灭菌箱灭菌。
发酵工程实验室的公用设施
发酵实验室的有效运转需要许多必要的公用设施来供应空气、蒸汽、水、电、煤气等。所需设施的程度取决于发酵研究的规模及其对设施的要求。对于的发酵实验室,所有的设施应能全天供应;对于较小的或多用途实验室,由于一般仅安装少数几个简单的发酵罐,则无须要求很高的公用设施。
空气在发酵实验室中具有多种用途,例如用于发酵罐的通风、水力高压灭菌锅的操作和气体分析仪器的校准。
实验室发酵罐如果没有直接安装空气供应装置,而且置于没有空气供应的实验室中,则可购买与发酵罐相配套的空气泵以向罐中供应空气。隔膜泵是一种较为理想的泵,其容量变化很大,应根据罐的需求来购置。泵必须是无油的,并适合长期连续的使用。隔膜泵较便宜,如果仅需要对1~2个罐供气是可选用的。较大的发酵罐需要更的空气供应装置,这种情况下应购买空气压缩机。所选压缩机的类型及尺寸取决于实验室的情况。压缩机应能满足实验室当前和未来发展的需要。
发酵过程需向发酵罐中不断供给无杂质无菌的洁净空气,因此所用的空气压缩机必须是无油装置。但应注意有些声称产生无油空气的压缩机,并不是真正的无油压缩机。即使在正常运转时,也要防止油进入系统而导致管路及发酵液的污染。如果已安装了这类系统,在压缩机下游的空气管路必须有可靠的保护性过滤器,过滤器应该定期清洗、维修。
.罐体容量:100L;
2.含加氧风机;
3.含卧式搅拌桨;
4.内置温度传感器,感应范围:-50~150℃,精度:±0.5℃;
5.内置空气流量计,感应范围:?0.1~1000L/h,精度:±0.5%(浓度25%时)
6.内置湿度传感器,感应范围:10%-90%,精度:±1%
7.测氧传感器,测量范围:0-25% ;灵敏度:0.6mv/%
8.发酵罐加热方式采用伴热带加热
农业大学污泥菌剂发酵实验发酵罐厂商
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