發(fā)酵工程 第八章 發(fā)酵設備與反應器

1、第八章第八章 發(fā)酵設備與反應器發(fā)酵設備與反應器發(fā)酵設備與反應器發(fā)酵設備與反應器生物反應器的分類及生物反應器的分類及設計目標和原則設計目標和原則微生物細胞反應器微生物細胞反應器發(fā)酵罐發(fā)酵罐發(fā)酵罐的放大發(fā)酵罐的放大生物反應器的分類生物反應器的分類酶催化反應器酶催化反應器細胞生物反應器細胞生物反應器 p按所用的生物催化劑的不同分類按所用的生物催化劑的不同分類生物反應器的分類生物反應器的分類按反應器結構特征分類按反應器結構特征分類釜式、管式、塔式、膜式等類型釜式、管式、塔式、膜式等類型生物反應器的分類生物反應器的分類根據(jù)細胞或組織的代謝要求根據(jù)細胞或組織的代謝要求厭氧厭氧生物反應器生物反應器 好氧生物

2、反應器好氧生物反應器 光照生物反應器光照生物反應器膜生物反應器膜生物反應器反應器的設計目標和原則反應器的設計目標和原則生物反應器具備的特點：生物反應器具備的特點：1 1 嚴密的結構；嚴密的結構；2 2 良好的液體混合性能；良好的液體混合性能；3 3 較高的傳質(zhì)、傳熱性能較高的傳質(zhì)、傳熱性能4 4 結構簡單、能耗低結構簡單、能耗低5 5 配套而又可靠的檢測和控制儀表配套而又可靠的檢測和控制儀表生物反應器設計遵循的原則生物反應器設計遵循的原則生物反應器應具有適宜的徑高比生物反應器應具有適宜的徑高比應承受一定的壓力應承受一定的壓力有攪拌通風裝置的反應器應能使氣液固三相充分混合，有攪拌通風裝置的反應器

3、應能使氣液固三相充分混合，滿足物料必須的溶氧需求滿足物料必須的溶氧需求反應器應有恰當?shù)睦鋮s裝置和冷卻面積，滿足生物體反應器應有恰當?shù)睦鋮s裝置和冷卻面積，滿足生物體生長代謝過程中的溫度要求生長代謝過程中的溫度要求反應器應盡量減少死角，消除藏垢積污場所，保證滅菌徹反應器應盡量減少死角，消除藏垢積污場所，保證滅菌徹底底盡量減少法蘭連接，防止因設備震動和熱膨脹，引起法蘭盡量減少法蘭連接，防止因設備震動和熱膨脹，引起法蘭連接處移位，造成污染連接處移位，造成污染保證滅菌工作的順利進行，培養(yǎng)系統(tǒng)中已滅菌部分與未滅保證滅菌工作的順利進行，培養(yǎng)系統(tǒng)中已滅菌部分與未滅菌部分之間不能直接連通菌部分之間不能直接連通厭

4、氧發(fā)酵罐厭氧發(fā)酵罐用于酒精、啤酒、丙酮丁醇等嫌氣發(fā)酵產(chǎn)品的生產(chǎn)，用于酒精、啤酒、丙酮丁醇等嫌氣發(fā)酵產(chǎn)品的生產(chǎn)，由于發(fā)酵過程中不需供氧，所以設備結構比較簡單。由于發(fā)酵過程中不需供氧，所以設備結構比較簡單。嫌氣生物反應器也已趨向大容量發(fā)展，并實現(xiàn)了自動嫌氣生物反應器也已趨向大容量發(fā)展，并實現(xiàn)了自動清洗。清洗。啤酒發(fā)酵設備啤酒發(fā)酵設備傳統(tǒng)的啤酒發(fā)酵設備是由分別設在發(fā)酵間的發(fā)酵池和貯酒傳統(tǒng)的啤酒發(fā)酵設備是由分別設在發(fā)酵間的發(fā)酵池和貯酒間內(nèi)的貯酒罐組成的。間內(nèi)的貯酒罐組成的。目前目前圓筒體錐底罐圓筒體錐底罐（C.C.T)C.C.T)在露天大罐工藝中使用最為普在露天大罐工藝中使用最為普遍簡稱露天錐形發(fā)酵罐

5、。遍簡稱露天錐形發(fā)酵罐。圓筒體錐底罐（圓筒體錐底罐（C.C.T)C.C.T)的結構及特點的結構及特點pC.C.TC.C.T發(fā)酵最大特點在于發(fā)酵最大特點在于大型化大型化，容積從容積從100-600m100-600m3 3( (國內(nèi)也有國內(nèi)也有60m60m3 3小型的小型的) )。1、設備的外型特點、設備的外型特點罐體罐體圓柱形圓柱形，罐頂為，罐頂為橢圓封頭橢圓封頭，罐底為，罐底為圓錐形圓錐形。筒體直徑筒體直徑(D)(D)和筒體高度和筒體高度(H)(H)是主要特性參數(shù)。是主要特性參數(shù)。D D：H H1 1：1.5-61.5-6。增加。增加H H有利于加速發(fā)酵，降低有利于加速發(fā)酵，降低H H有利于啤

6、酒的自然澄有利于啤酒的自然澄清。清。發(fā)酵罐錐底角一般為發(fā)酵罐錐底角一般為60-13060-130考慮到發(fā)酵中酵母自然沉降考慮到發(fā)酵中酵母自然沉降最有利，以最有利，以7070為好。為好。2 2，罐材料，罐材料大型大型C.C.TC.C.T均采用碳鋼加涂料或不銹鋼兩種材料制成。啤均采用碳鋼加涂料或不銹鋼兩種材料制成。啤酒是酒是酸性液體酸性液體，能造成鐵的電化學腐蝕，啤酒發(fā)酵時產(chǎn)生，能造成鐵的電化學腐蝕，啤酒發(fā)酵時產(chǎn)生的的H H2 2S S、SOSO2 2對鐵材料會造成氧化還原腐蝕。對鐵材料會造成氧化還原腐蝕。3 3、冷卻夾套、冷卻夾套先進的先進的C.C.TC.C.T均采用均采用換熱片式換熱片式, ,

7、一次性冷媒直接蒸發(fā)式換熱，一次性冷媒直接蒸發(fā)式換熱， ( (如氨蒸發(fā)如氨蒸發(fā)) )。發(fā)酵罐內(nèi)的冷卻夾套一般發(fā)酵罐內(nèi)的冷卻夾套一般分成分成三段三段，上段距發(fā)酵液面，上段距發(fā)酵液面15cm15cm向向下排列，中段在筒體的下部距下排列，中段在筒體的下部距支撐裙座支撐裙座15cm15cm向上排列，錐底向上排列，錐底段盡可能接近排酵母口，向上段盡可能接近排酵母口，向上排列。排列。4 4，隔熱層和防護層，隔熱層和防護層絕熱層材料應具有：導熱系數(shù)低、體積質(zhì)量低、吸水小、絕熱層材料應具有：導熱系數(shù)低、體積質(zhì)量低、吸水小、不易燃等特性。不易燃等特性。啤酒啤酒C.C.TC.C.T絕熱層常用聚酰氨樹脂和自熄式聚苯乙

8、烯泡沫絕熱層常用聚酰氨樹脂和自熄式聚苯乙烯泡沫塑料。采用上述兩種絕熱材料只需厚度塑料。采用上述兩種絕熱材料只需厚度150-200mm150-200mm。外防護層一般采用外防護層一般采用0.7-1.5mm0.7-1.5mm厚的合金鋁板或厚的合金鋁板或0.5-0.7mm0.5-0.7mm的不銹鋼板的不銹鋼板5 5、罐主要附件、罐主要附件在上中下三段冷卻介質(zhì)進口位置在上中下三段冷卻介質(zhì)進口位置下裝智能型鉑下裝智能型鉑溫度傳感器溫度傳感器。在圓筒形下部裝可清洗在圓筒形下部裝可清洗取樣閥取樣閥。在液面上在液面上150mm 150mm 裝有裝有CIPCIP裝置。裝置。還應裝上視鏡、燈鏡、空氣和二還應裝上視

9、鏡、燈鏡、空氣和二氧化碳排出管等裝置。氧化碳排出管等裝置。錐底有直徑錐底有直徑500mm500mm的快開人孔。的快開人孔。圓筒體錐底發(fā)酵罐的優(yōu)點圓筒體錐底發(fā)酵罐的優(yōu)點加速發(fā)酵，加速發(fā)酵，C.C.TC.C.T發(fā)酵和傳統(tǒng)發(fā)酵相比，由于發(fā)酵基質(zhì)發(fā)酵和傳統(tǒng)發(fā)酵相比，由于發(fā)酵基質(zhì)( (麥麥汁汁) )和酵母對流獲得強化，可加速發(fā)酵。和酵母對流獲得強化，可加速發(fā)酵。廠房投資節(jié)省。廠房投資節(jié)省。冷耗節(jié)省。冷耗節(jié)省。C.C.T C.C.T 發(fā)酵可依賴發(fā)酵可依賴CIPCIP自動程序清洗消毒，工藝衛(wèi)生更易自動程序清洗消毒，工藝衛(wèi)生更易得到保證。得到保證。加強對流：加強對流：發(fā)酵罐底部產(chǎn)生發(fā)酵罐底部產(chǎn)生CO2CO2氣

10、泡上升，對發(fā)酵液拖曳力大氣泡上升，對發(fā)酵液拖曳力大在發(fā)酵階段，由于底部酵母細胞濃度大于罐上部，底部在發(fā)酵階段，由于底部酵母細胞濃度大于罐上部，底部糖降快，酒精生成快，造成罐上、下部間密度差而造成對糖降快，酒精生成快，造成罐上、下部間密度差而造成對流。流。在發(fā)酵時控制罐下部溫度高于上部在發(fā)酵時控制罐下部溫度高于上部( (差差12)12)，由于溫，由于溫差引起熱對流，特別在發(fā)酵后期第一、二推動力減小后，差引起熱對流，特別在發(fā)酵后期第一、二推動力減小后，溫差對流更能發(fā)揮作用。溫差對流更能發(fā)揮作用。圓筒體錐底發(fā)酵罐的缺點圓筒體錐底發(fā)酵罐的缺點由于罐體比較高，酵母沉降層厚度大，酵母泥使用代數(shù)一由于罐體比

11、較高，酵母沉降層厚度大，酵母泥使用代數(shù)一般比傳統(tǒng)低般比傳統(tǒng)低( (只能使用只能使用5-65-6代代) )；貯酒時，澄清比較困難貯酒時，澄清比較困難( (特別在使用非凝聚性酵母特別在使用非凝聚性酵母) )，過濾，過濾必須強化；必須強化；若采用單釀發(fā)酵，罐壁溫度和罐中心溫度一致，一般要若采用單釀發(fā)酵，罐壁溫度和罐中心溫度一致，一般要5-5-7d7d以上，短期貯酒不能保證溫度一致以上，短期貯酒不能保證溫度一致酒精發(fā)酵設備酒精發(fā)酵設備滿足酒精發(fā)酵的工藝要求滿足酒精發(fā)酵的工藝要求 滿足酒精酵母生長和代謝的必滿足酒精酵母生長和代謝的必要工藝條件要工藝條件 將發(fā)酵產(chǎn)生的熱量及時移走將發(fā)酵產(chǎn)生的熱量及時移走有

12、利于發(fā)酵液的排出，設備的清洗、有利于發(fā)酵液的排出，設備的清洗、維修以及設備制造安裝方便等問題。維修以及設備制造安裝方便等問題。酒精發(fā)酵罐的結構酒精發(fā)酵罐的結構1 1、基本結構、基本結構酒精酒精發(fā)酵罐筒體發(fā)酵罐筒體為圓柱形；為圓柱形；底蓋和頂蓋底蓋和頂蓋均為碟形或錐形；均為碟形或錐形；罐頂罐頂裝有廢汽回收管，進料管，按種裝有廢汽回收管，進料管，按種管，壓力表、各種測量儀表接口管及管，壓力表、各種測量儀表接口管及供觀察清洗和檢修罐體內(nèi)部的人孔；供觀察清洗和檢修罐體內(nèi)部的人孔；罐底罐底裝有排料口和排污口對于大型發(fā)裝有排料口和排污口對于大型發(fā)酵罐，為了便于維修和清洗，往往在酵罐，為了便于維修和清洗，往

13、往在近罐底也裝有人孔；近罐底也裝有人孔；罐身罐身上下部裝有取樣口和溫度計接口。上下部裝有取樣口和溫度計接口。2 2，發(fā)酵罐的冷卻裝置，發(fā)酵罐的冷卻裝置 中小型發(fā)酵罐：中小型發(fā)酵罐：多采用罐頂噴水多采用罐頂噴水淋于罐外壁表面進行膜狀冷卻；淋于罐外壁表面進行膜狀冷卻； 大型發(fā)酵罐：大型發(fā)酵罐：由于罐外壁冷卻面由于罐外壁冷卻面積不能滿足冷卻要求，所以，罐內(nèi)積不能滿足冷卻要求，所以，罐內(nèi)裝有冷卻蛇管或罐內(nèi)蛇管和罐外壁裝有冷卻蛇管或罐內(nèi)蛇管和罐外壁噴灑聯(lián)合冷卻裝置。噴灑聯(lián)合冷卻裝置。 此外，也有采用罐外列管式噴琳此外，也有采用罐外列管式噴琳冷卻的方法，此法具有冷卻發(fā)酵液冷卻的方法，此法具有冷卻發(fā)酵液均勻

14、、冷卻效率高等優(yōu)點。均勻、冷卻效率高等優(yōu)點。3 3、發(fā)酵罐的洗滌裝置、發(fā)酵罐的洗滌裝置大型酒精發(fā)酵罐采用水力噴射洗滌裝置大型酒精發(fā)酵罐采用水力噴射洗滌裝置好氧發(fā)酵設備好氧發(fā)酵設備 大多數(shù)的生化反應都是需氧的，大多數(shù)的生化反應都是需氧的，通風發(fā)酵設備通風發(fā)酵設備是需氧是需氧生化反應設備的核心和基礎。生化反應設備的核心和基礎。 1 1 良好傳質(zhì)和傳熱性能良好傳質(zhì)和傳熱性能，培養(yǎng)基流動與混合良好，特別，培養(yǎng)基流動與混合良好，特別是是溶氧性能溶氧性能，供氧速率通常被認為是在生物反應器的選擇和，供氧速率通常被認為是在生物反應器的選擇和設計的主要問題；設計的主要問題； 2 2 結構嚴密，防雜菌污染，是必須

15、保證的條件；能耗低，結構嚴密，防雜菌污染，是必須保證的條件；能耗低，運轉(zhuǎn)經(jīng)濟性好；運轉(zhuǎn)經(jīng)濟性好； 3 3 必要的檢測與控制儀表；必要的檢測與控制儀表； 4 4 設備較簡單，方便維護檢修。設備較簡單，方便維護檢修。通風發(fā)酵罐的類型通風發(fā)酵罐的類型常用的通風發(fā)酵罐有常用的通風發(fā)酵罐有 機械攪拌式機械攪拌式 氣升環(huán)流式氣升環(huán)流式 自吸式自吸式 鼓泡式等。鼓泡式等。 其中其中機械攪拌通風發(fā)酵罐機械攪拌通風發(fā)酵罐占主導地位。占主導地位。機械攪拌通風發(fā)酵罐機械攪拌通風發(fā)酵罐 機械攪拌通風發(fā)酵罐在生物工程占了發(fā)酵罐總數(shù)機械攪拌通風發(fā)酵罐在生物工程占了發(fā)酵罐總數(shù)的的70708080。又常稱之為通用式發(fā)酵罐。又

16、常稱之為通用式發(fā)酵罐。 這類發(fā)酵罐大多用于通風發(fā)酵，靠通入的這類發(fā)酵罐大多用于通風發(fā)酵，靠通入的壓縮無壓縮無菌空氣菌空氣和和攪拌葉輪攪拌葉輪實現(xiàn)發(fā)酵液的混合、促使氧在醪液實現(xiàn)發(fā)酵液的混合、促使氧在醪液中溶解，以保證供給微生物生長繁殖，發(fā)酵所需要的中溶解，以保證供給微生物生長繁殖，發(fā)酵所需要的氧氣。氧氣。一、機械通風攪拌發(fā)酵罐的基本要求一、機械通風攪拌發(fā)酵罐的基本要求1 1、發(fā)酵罐應具有適宜的、發(fā)酵罐應具有適宜的高徑比高徑比（一般高度與直徑之比（一般高度與直徑之比為為1.71.74 4倍），罐身越長，氧氣的利用率越高。倍），罐身越長，氧氣的利用率越高。 2 2、發(fā)酵罐能、發(fā)酵罐能承受一定的壓力承

17、受一定的壓力。由于發(fā)酵罐在滅菌和工。由于發(fā)酵罐在滅菌和工作時，罐內(nèi)有一定的壓力和溫度，因此需要一定的強度。作時，罐內(nèi)有一定的壓力和溫度，因此需要一定的強度。3 3、發(fā)酵罐的攪拌通風裝置能、發(fā)酵罐的攪拌通風裝置能使氣液充分混合使氣液充分混合，保證發(fā)，保證發(fā)酵液必須的酵液必須的溶解氧溶解氧。一、機械通風攪拌發(fā)酵罐的基本要求一、機械通風攪拌發(fā)酵罐的基本要求4 4、發(fā)酵罐應具有足夠的、發(fā)酵罐應具有足夠的冷卻面積冷卻面積。5 5、發(fā)酵罐應盡量減少死角，避免藏垢積污，、發(fā)酵罐應盡量減少死角，避免藏垢積污， 滅菌能徹底。滅菌能徹底。6 6、攪拌器、攪拌器軸封應嚴密軸封應嚴密，盡量減少泄漏。，盡量減少泄漏。機

18、械攪拌型發(fā)酵罐機械攪拌型發(fā)酵罐 主要組成部分有主要組成部分有 罐體、控溫部分、罐體、控溫部分、攪拌部分、通氣部分、攪拌部分、通氣部分、進出料口、測量系統(tǒng)進出料口、測量系統(tǒng)和附屬系統(tǒng)等。和附屬系統(tǒng)等。二、機械攪拌通風發(fā)酵罐的結構二、機械攪拌通風發(fā)酵罐的結構1 1、主要部件有、主要部件有罐體罐體；攪拌器、擋板、傳動裝置、；攪拌器、擋板、傳動裝置、軸封；空氣分布器；消泡器；冷軸封；空氣分布器；消泡器；冷卻管（或夾套）；人孔、視鏡、卻管（或夾套）；人孔、視鏡、各種接口等。各種接口等。2發(fā)酵罐的部分部件發(fā)酵罐的部分部件（1 1）罐體）罐體結構：圓柱體和橢圓封頭或碟形封頭焊接而成，結構：圓柱體和橢圓封頭或

19、碟形封頭焊接而成，材料為碳鋼或不銹鋼。材料為碳鋼或不銹鋼。剛度和強度：受壓容器，空消或?qū)嵪?，通常滅菌的壓力為剛度和強度：受壓容器，空消或?qū)嵪?，通常滅菌的壓力?.5Kgf/cm32.5Kgf/cm3。小型發(fā)酵罐罐頂和罐身采用法蘭連接。頂部設有清洗用的小型發(fā)酵罐罐頂和罐身采用法蘭連接。頂部設有清洗用的手孔。手孔。封頭、封底封頭、封底橢圓形封頭（底蓋） 碟形封頭（底蓋） 接管接管罐頂：進料管，補料管，罐頂：進料管，補料管，排氣管和壓力表管等。排氣管和壓力表管等。罐底：出料管，進氣管罐底：出料管，進氣管等。等。罐身：冷卻水進出管，罐身：冷卻水進出管，進空氣管，溫度計管和進空氣管，溫度計管和測控儀表接

20、口。測控儀表接口。(2)攪拌器攪拌器（1 1）攪拌器的主要作用：）攪拌器的主要作用：混合和傳質(zhì)混合和傳質(zhì)溶氧：使通入的空氣分散成小氣泡并與發(fā)酵液充分混合，使氣溶氧：使通入的空氣分散成小氣泡并與發(fā)酵液充分混合，使氣泡細碎以增大氣一液界面，獲得所需要的溶氧速率，并使生物泡細碎以增大氣一液界面，獲得所需要的溶氧速率，并使生物細胞懸浮分散于發(fā)酵體系中，以維持適當?shù)募毎麘腋》稚⒂诎l(fā)酵體系中，以維持適當?shù)臍庖灰阂还蹋毎庖灰阂还蹋毎┤嗟幕旌吓c質(zhì)量傳遞三相的混合與質(zhì)量傳遞；有利于有利于熱量傳遞熱量傳遞；加強氣液之間的湍動加強氣液之間的湍動，增加氣液接觸面積及延長氣液接觸時間。，增加氣液接觸面積及延

21、長氣液接觸時間。 攪拌器的結構與類型：攪拌器的結構與類型： 實現(xiàn)上述目的，攪拌器的設計應使發(fā)酵液有足夠的實現(xiàn)上述目的，攪拌器的設計應使發(fā)酵液有足夠的徑向徑向流動流動和適度的和適度的軸向運動軸向運動。 發(fā)酵罐采用的攪拌器主要有發(fā)酵罐采用的攪拌器主要有徑向流攪拌器徑向流攪拌器、軸向流攪拌軸向流攪拌器器和和組合式攪拌器組合式攪拌器。RushtonRushton渦輪是最典型的徑向流渦輪是最典型的徑向流攪拌器，其結構簡單，通常由一攪拌器，其結構簡單，通常由一個個圓盤圓盤上面帶上面帶六個直葉葉片六個直葉葉片，也，也稱為六直葉圓盤渦輪。設置圓盤稱為六直葉圓盤渦輪。設置圓盤的目的是為了的目的是為了防止氣體未經(jīng)

22、分散防止氣體未經(jīng)分散直接從軸周圍溢出液面直接從軸周圍溢出液面。 徑向流攪拌器徑向流攪拌器大型發(fā)酵罐攪大型發(fā)酵罐攪拌裝置拌裝置攪拌槳冷卻管攪拌電機上封頭 徑向流攪拌器徑向流攪拌器隨著發(fā)酵規(guī)模的擴大，這種結構并不是適用于氣液分散隨著發(fā)酵規(guī)模的擴大，這種結構并不是適用于氣液分散的最優(yōu)結構。的最優(yōu)結構。SmithSmith等發(fā)現(xiàn)，當用六直葉圓盤渦輪式攪拌器等發(fā)現(xiàn)，當用六直葉圓盤渦輪式攪拌器把氣體分散于低黏流體時，在每片漿葉的背面都有一對高把氣體分散于低黏流體時，在每片漿葉的背面都有一對高速轉(zhuǎn)動的速轉(zhuǎn)動的漩渦漩渦，漩渦內(nèi)負壓較大，從葉片下部供給的氣體，漩渦內(nèi)負壓較大，從葉片下部供給的氣體立即被卷入漩渦，

23、形成氣體充填的立即被卷入漩渦，形成氣體充填的空穴空穴（稱為（稱為氣穴氣穴），氣），氣穴的存在會影響發(fā)酵罐內(nèi)的氣液傳質(zhì)能力。穴的存在會影響發(fā)酵罐內(nèi)的氣液傳質(zhì)能力。 影響氣液傳質(zhì)能力的原因：影響氣液傳質(zhì)能力的原因：因為氣體不是直接被攪拌器剪碎而分散的，而是首先在漿因為氣體不是直接被攪拌器剪碎而分散的，而是首先在漿葉的背面形成穩(wěn)定的氣穴，而后氣穴在尾部破裂，這些小葉的背面形成穩(wěn)定的氣穴，而后氣穴在尾部破裂，這些小氣泡在離心力的作用下被甩出而分散至液體內(nèi)。氣穴的存氣泡在離心力的作用下被甩出而分散至液體內(nèi)。氣穴的存在使得在使得RushtonRushton渦輪的效率降低，特別在高氣速下，有時渦輪的效率降低

24、，特別在高氣速下，有時整個攪拌器被氣穴包圍，攪拌器近似空轉(zhuǎn)，效率很低，氣整個攪拌器被氣穴包圍，攪拌器近似空轉(zhuǎn)，效率很低，氣體穿過攪拌器直接上升到液面。體穿過攪拌器直接上升到液面。 彎曲葉片彎曲葉片彎曲葉片的優(yōu)點：彎曲葉片的優(yōu)點：使其背面的使其背面的漩渦減小漩渦減小，抑制葉，抑制葉片后方形成氣穴，提高載氣能力；片后方形成氣穴，提高載氣能力；改善了分散和傳質(zhì)能力改善了分散和傳質(zhì)能力。 彎曲非對稱葉片彎曲非對稱葉片19981998，BakkerBakker提出上面葉片提出上面葉片略長于下面葉片，略長于下面葉片，避免了氣避免了氣體過早的從葉輪區(qū)域上升逃體過早的從葉輪區(qū)域上升逃逸逸；采用拋物線設計，能明

25、；采用拋物線設計，能明顯減少葉片后方氣穴顯減少葉片后方氣穴。 軸向流攪拌器軸向流攪拌器徑向流攪拌器對氣體分散的能力較強徑向流攪拌器對氣體分散的能力較強，但其作用的范，但其作用的范圍較小。隨著發(fā)酵規(guī)模的不斷擴大，其缺點也越發(fā)明圍較小。隨著發(fā)酵規(guī)模的不斷擴大，其缺點也越發(fā)明顯。尤其對于要求整罐混勻好，剪切性能溫和的過程，顯。尤其對于要求整罐混勻好，剪切性能溫和的過程，徑向流攪拌器往往無能為力。徑向流攪拌器往往無能為力。 軸向流攪拌器軸向流攪拌器A315A315攪拌器特別適合于氣攪拌器特別適合于氣液傳質(zhì)過程。液傳質(zhì)過程。 與與RushtonRushton渦輪相比，渦輪相比，持氣持氣量高量高8080，

26、氣體分散量提氣體分散量提高高4 4倍，產(chǎn)量提高倍，產(chǎn)量提高10105050，剪切力僅為，剪切力僅為RushtonRushton渦渦輪的輪的2525。3.Lightnin A315式 組合式攪拌器組合式攪拌器在生物反應器中，將徑向流攪拌器和軸向流攪拌器組合使在生物反應器中，將徑向流攪拌器和軸向流攪拌器組合使用，就可利用用，就可利用徑向流攪拌器強化小范圍的主體對流擴散和徑向流攪拌器強化小范圍的主體對流擴散和渦流擴散渦流擴散，實現(xiàn)小范圍的充分氣液混合，然后再依靠，實現(xiàn)小范圍的充分氣液混合，然后再依靠軸軸向流攪拌器的主體對流實現(xiàn)大范圍的氣液混合向流攪拌器的主體對流實現(xiàn)大范圍的氣液混合；對于組合式，根據(jù)

27、發(fā)酵罐一般是下部通氣的特點，下層攪對于組合式，根據(jù)發(fā)酵罐一般是下部通氣的特點，下層攪拌器選擇徑向流攪拌器，上層攪拌器選擇軸向流攪拌器。拌器選擇徑向流攪拌器，上層攪拌器選擇軸向流攪拌器。擋板的作用：擋板的作用：阻止液面中央部分產(chǎn)生下凹的阻止液面中央部分產(chǎn)生下凹的旋渦旋渦，促使液體激烈翻動，促使液體激烈翻動，增加溶解氧。擋板寬度一般為（增加溶解氧。擋板寬度一般為（0.10.10.20.2）D D，裝設，裝設4 46 6塊塊即可滿足全擋板條件。即可滿足全擋板條件。 全擋板條件全擋板條件：在一定轉(zhuǎn)數(shù)下再增加罐內(nèi)附件而軸功率仍保：在一定轉(zhuǎn)數(shù)下再增加罐內(nèi)附件而軸功率仍保持不變。達到全擋板條件的要求，須滿足

28、：持不變。達到全擋板條件的要求，須滿足： ）擋板寬度（擋板數(shù)）罐直徑（mmWzmmDzDDzDW5 . 02 . 01 . 0（3）擋板）擋板(4)(4)軸封軸封軸封的作用：使軸封的作用：使罐頂或罐底與軸之間罐頂或罐底與軸之間的縫隙加的縫隙加以密封，防止泄漏和污染雜菌。常用的軸封有以密封，防止泄漏和污染雜菌。常用的軸封有填料函填料函和和端面軸封端面軸封兩種。兩種。 填料函式軸封填料函式軸封 由由填料箱體填料箱體，填料底襯套填料底襯套，填填料壓蓋料壓蓋和和壓緊螺栓壓緊螺栓等零件構成，等零件構成，使旋轉(zhuǎn)軸達到密封的效果。填料使旋轉(zhuǎn)軸達到密封的效果。填料室的寬度可根據(jù)軸的直徑?jīng)Q定。室的寬度可根據(jù)軸的

29、直徑?jīng)Q定。 優(yōu)點：結構簡單優(yōu)點：結構簡單 缺點：缺點： 死角多，很難徹底滅菌，易滲漏和染菌死角多，很難徹底滅菌，易滲漏和染菌 軸的磨損較嚴重軸的磨損較嚴重 填料壓緊后摩擦功率消耗大填料壓緊后摩擦功率消耗大 壽命短壽命短端面式軸封端面式軸封 優(yōu)點優(yōu)點清潔清潔密封可靠。密封可靠。無死角。無死角。 使用壽命長。使用壽命長。摩擦功率耗損小。摩擦功率耗損小。軸或軸套不受磨損。軸或軸套不受磨損。對軸的精度和光潔度沒有填料函要對軸的精度和光潔度沒有填料函要求嚴格求嚴格 ，對軸的震動敏感性小。，對軸的震動敏感性小。缺點缺點 結構比填料函復雜，裝拆不便，對動環(huán)和靜環(huán)的表結構比填料函復雜，裝拆不便，對動環(huán)和靜環(huán)的

30、表面光潔度及平直度要求高，否則易泄漏。面光潔度及平直度要求高，否則易泄漏。(5)空氣分布裝置空氣分布裝置 作用：作用：吹入無菌空氣吹入無菌空氣，并使空氣均勻分布并使空氣均勻分布。 (a)(a)單管式分布裝置：單管式分布裝置： 管口正對罐底中央管口正對罐底中央，與罐底的距離約，與罐底的距離約40mm40mm，這樣的空氣分散效，這樣的空氣分散效果較好。果較好。(b)(b)環(huán)形管分布裝置：環(huán)形管分布裝置： 以環(huán)徑為攪拌器直徑的以環(huán)徑為攪拌器直徑的0.80.8倍較有效，噴孔直徑為倍較有效，噴孔直徑為558mm8mm，噴，噴孔向下，噴孔的總截面積約等于通風管的截面積?？紫蛳拢瑖娍椎目偨孛娣e約等于通風管的

31、截面積。 (6)消泡裝置消泡裝置 起泡原因：發(fā)酵液中含有蛋白質(zhì)等發(fā)泡物質(zhì)，故在通風、攪拌時起泡原因：發(fā)酵液中含有蛋白質(zhì)等發(fā)泡物質(zhì)，故在通風、攪拌時產(chǎn)生氣泡物質(zhì)。產(chǎn)生氣泡物質(zhì)。 危害：減少裝料系數(shù)、料液外溢（隨排風、各接口、軸封等），危害：減少裝料系數(shù)、料液外溢（隨排風、各接口、軸封等），并易引起染菌并易引起染菌 消泡方法：加入化學消泡劑；使用機械消泡裝置。通常，是把上消泡方法：加入化學消泡劑；使用機械消泡裝置。通常，是把上述兩種方法聯(lián)合使用。述兩種方法聯(lián)合使用。 最簡單實用的消泡裝置為耙式消泡器，可直接安裝在上攪拌的軸最簡單實用的消泡裝置為耙式消泡器，可直接安裝在上攪拌的軸上，消泡耙齒底部應比

32、發(fā)酵液面高出適當高度。上，消泡耙齒底部應比發(fā)酵液面高出適當高度。 耙式消泡器結構耙式消泡器結構 (7)傳熱裝置傳熱裝置排除發(fā)酵過程中由于生物氧化作用及機械攪拌產(chǎn)生的熱排除發(fā)酵過程中由于生物氧化作用及機械攪拌產(chǎn)生的熱量的裝置量的裝置 發(fā)酵換熱裝置的形式發(fā)酵換熱裝置的形式1.1.夾套式換熱裝置夾套式換熱裝置 多用于容積較小的發(fā)酵罐、種子罐。一般小于多用于容積較小的發(fā)酵罐、種子罐。一般小于5m5m3 3，夾，夾套的高度比靜止液面高度較高即可，約高套的高度比靜止液面高度較高即可，約高50-100 mm50-100 mm。夾套的寬度對于不同直徑的發(fā)酵有不同的尺寸，一般夾套的寬度對于不同直徑的發(fā)酵有不同的

33、尺寸，一般為為50-200 mm50-200 mm。 優(yōu)點優(yōu)點結構簡單結構簡單加工容易加工容易罐內(nèi)無冷卻設備，死角少，容易進行滅菌工作，有利于發(fā)罐內(nèi)無冷卻設備，死角少，容易進行滅菌工作，有利于發(fā)酵。酵。缺點是傳熱壁較厚，冷卻水流速低，降溫效果差，傳熱系缺點是傳熱壁較厚，冷卻水流速低，降溫效果差，傳熱系數(shù)數(shù)400400600 KJ/(m600 KJ/(m2 2h)h) 豎式蛇管換熱裝置豎式蛇管換熱裝置豎式的蛇管分組安裝于發(fā)酵罐內(nèi)，有四組、六組或八豎式的蛇管分組安裝于發(fā)酵罐內(nèi)，有四組、六組或八組。組。5m5m3 3以上的發(fā)酵罐多采用以上的發(fā)酵罐多采用優(yōu)點：冷卻水在管內(nèi)的流速較快，傳熱系數(shù)高。約為優(yōu)

34、點：冷卻水在管內(nèi)的流速較快，傳熱系數(shù)高。約為120012002000KJ/(m2000KJ/(m2 2h) h) 缺點：彎曲部位容易被腐蝕，增加培養(yǎng)液中金屬離子缺點：彎曲部位容易被腐蝕，增加培養(yǎng)液中金屬離子的濃度，腐蝕而形成穿孔，引起污染。的濃度，腐蝕而形成穿孔，引起污染。 氣升環(huán)流式發(fā)酵罐（氣升環(huán)流式發(fā)酵罐（ALR）1、混合原理：混合原理： 利用通入反應器內(nèi)的利用通入反應器內(nèi)的空氣上升時的動力來帶動發(fā)酵液的運空氣上升時的動力來帶動發(fā)酵液的運動動，從而達到混合的目的。，從而達到混合的目的。 即：把具有一定壓力和流速無菌空氣通過噴嘴或噴孔噴射即：把具有一定壓力和流速無菌空氣通過噴嘴或噴孔噴射進發(fā)

35、酵液中，通過氣液混合物的湍流作用而使空氣泡分割進發(fā)酵液中，通過氣液混合物的湍流作用而使空氣泡分割細碎，同時由于形成的氣液混合物密度降低故向上運動，細碎，同時由于形成的氣液混合物密度降低故向上運動，而氣含率小的發(fā)酵液則下沉，形成循環(huán)流動，實現(xiàn)混合與而氣含率小的發(fā)酵液則下沉，形成循環(huán)流動，實現(xiàn)混合與溶氧傳質(zhì)。溶氧傳質(zhì)。 2、結構類型：、結構類型： 外循環(huán)外循環(huán)與與內(nèi)循環(huán)內(nèi)循環(huán)氣升式發(fā)酵罐氣升式發(fā)酵罐環(huán)流管的布置可以裝在罐外，稱為外循環(huán)環(huán)流管的布置可以裝在罐外，稱為外循環(huán)也可裝在罐內(nèi)，稱為內(nèi)循環(huán)。也可裝在罐內(nèi)，稱為內(nèi)循環(huán)。1.1.人孔；人孔；2.2.視鏡；視鏡；3.3.空氣管；空氣管；4.4.上升管

36、；上升管；5.5.冷卻器；冷卻器；6.6.單向閥門；單向閥門；7.7.空氣噴嘴；空氣噴嘴；8.8.帶升管；帶升管；9.9.罐體罐體 氣升式發(fā)酵罐優(yōu)缺點氣升式發(fā)酵罐優(yōu)缺點 優(yōu)點優(yōu)點1 1、結構簡單，冷卻面積??；、結構簡單，冷卻面積??；2 2、無攪拌傳動設備無攪拌傳動設備，節(jié)約動力約，節(jié)約動力約5050，節(jié)約鋼材；，節(jié)約鋼材；3 3、操作無噪音；、操作無噪音；4 4、料液可充滿達、料液可充滿達80809090；5 5、維修、操作及清洗簡便，減少雜菌感染。、維修、操作及清洗簡便，減少雜菌感染。應用應用酵母的生產(chǎn)、單細胞蛋白生產(chǎn)和細胞培養(yǎng)酶制劑等的發(fā)酵酵母的生產(chǎn)、單細胞蛋白生產(chǎn)和細胞培養(yǎng)酶制劑等的發(fā)酵

37、生產(chǎn)。生產(chǎn)。 4、適用范圍：、適用范圍：對生物細胞損傷小。適合于對生物細胞損傷小。適合于動植物細胞培養(yǎng)動植物細胞培養(yǎng)適合于適合于固形物含固形物含量低、黏度小、需氧量低量低、黏度小、需氧量低的微生物培養(yǎng)和發(fā)酵過程。的微生物培養(yǎng)和發(fā)酵過程。 但不適合但不適合固形物含量高、黏度大、需氧量高固形物含量高、黏度大、需氧量高的微生物培養(yǎng)和的微生物培養(yǎng)和發(fā)酵過程。發(fā)酵過程。目前世界上最大型的通氣發(fā)酵罐就是氣升環(huán)流式的，體積高目前世界上最大型的通氣發(fā)酵罐就是氣升環(huán)流式的，體積高達達30003000多立方米。多立方米。 自吸式發(fā)酵罐自吸式發(fā)酵罐自吸式發(fā)酵罐是一種自吸式發(fā)酵罐是一種不需要空氣壓縮機不需要空氣壓縮機

38、提供加提供加壓空氣，而依靠壓空氣，而依靠特設特設的機械攪拌吸氣裝置或液的機械攪拌吸氣裝置或液體噴射吸氣裝置吸入無菌空氣并體噴射吸氣裝置吸入無菌空氣并同時同時實現(xiàn)實現(xiàn)混合混合攪拌攪拌與與溶氧傳質(zhì)溶氧傳質(zhì)的發(fā)酵罐。的發(fā)酵罐。自自2020世紀世紀6060年代開始歐洲和美國展開研究開發(fā)，年代開始歐洲和美國展開研究開發(fā)，然后在國際和國內(nèi)的酵母及單細胞蛋白生產(chǎn)、然后在國際和國內(nèi)的酵母及單細胞蛋白生產(chǎn)、醋酸發(fā)酵及維生素生產(chǎn)等獲得應用。醋酸發(fā)酵及維生素生產(chǎn)等獲得應用。 種類種類機械攪拌自吸式發(fā)酵罐機械攪拌自吸式發(fā)酵罐噴射自吸式發(fā)酵罐噴射自吸式發(fā)酵罐溢流噴射自吸式發(fā)酵罐溢流噴射自吸式發(fā)酵罐 機械攪拌自吸式發(fā)酵罐

39、機械攪拌自吸式發(fā)酵罐不需要空氣壓縮機，而在攪拌過程中自吸入空氣的不需要空氣壓縮機，而在攪拌過程中自吸入空氣的發(fā)酵罐。發(fā)酵罐。開始于開始于1960s1960s，通風裝置由轉(zhuǎn)子和定子組成。通風裝置由轉(zhuǎn)子和定子組成。 1、結構構成、結構構成1.1.人孔人孔2.2.進風管進風管3.3.軸封軸封4.4.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子5.5.電機電機6.6.聯(lián)軸器聯(lián)軸器7.7.軸封軸封 8.8.攪拌軸攪拌軸9.9.定子定子10.10.冷卻蛇管冷卻蛇管11.11.消泡器消泡器12.12.排氣管排氣管13.13.消泡轉(zhuǎn)軸消泡轉(zhuǎn)軸 2、主要部件、主要部件自吸裝置：由自吸裝置：由轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子和和定子定子組成。組成。轉(zhuǎn)子（葉輪）形式有：三葉

40、輪、四彎葉輪、六葉輪等形轉(zhuǎn)子（葉輪）形式有：三葉輪、四彎葉輪、六葉輪等形式。常見的為三葉輪和四彎葉輪。葉輪都是式。常見的為三葉輪和四彎葉輪。葉輪都是空心體空心體，葉，葉輪直徑為罐直徑的輪直徑為罐直徑的1/31/3到到1/151/15。 吸氣機理吸氣機理在轉(zhuǎn)子啟動前，在轉(zhuǎn)子啟動前，先用液體將轉(zhuǎn)子浸沒先用液體將轉(zhuǎn)子浸沒，然后啟動電動機使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)，然后啟動電動機使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，由于轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，液體、空氣在離心力的作用下，被甩向動，由于轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，液體、空氣在離心力的作用下，被甩向葉輪外緣。葉輪外緣。轉(zhuǎn)子葉輪轉(zhuǎn)子葉輪中心形成負壓中心形成負壓，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速愈大，所造成的負壓也愈大。，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速愈大，所造成的負壓

41、也愈大。轉(zhuǎn)子的空腔用管子與大氣相通，空氣不斷的被吸入，甩向葉輪的轉(zhuǎn)子的空腔用管子與大氣相通，空氣不斷的被吸入，甩向葉輪的外緣，通過導輪而使氣流均勻甩出。外緣，通過導輪而使氣流均勻甩出。轉(zhuǎn)子攪拌使氣液在轉(zhuǎn)子的周圍形成強烈的混合流，使空氣不斷分轉(zhuǎn)子攪拌使氣液在轉(zhuǎn)子的周圍形成強烈的混合流，使空氣不斷分裂成細微的氣泡，并在湍流狀態(tài)下混合、翻騰、擴散到整個罐中。裂成細微的氣泡，并在湍流狀態(tài)下混合、翻騰、擴散到整個罐中。自吸式通風裝置在攪拌的同時，完成了吸氣作用。自吸式通風裝置在攪拌的同時，完成了吸氣作用。 噴射自吸式發(fā)酵罐噴射自吸式發(fā)酵罐噴射自吸式發(fā)酵罐是利用泵使發(fā)酵液通過噴射自吸式發(fā)酵罐是利用泵使發(fā)酵

42、液通過文氏管文氏管噴噴射吸氣裝置進行混合通氣的，既不用空壓機，又不射吸氣裝置進行混合通氣的，既不用空壓機，又不用機械攪拌吸氣轉(zhuǎn)子。用機械攪拌吸氣轉(zhuǎn)子。 文氏管自吸式發(fā)酵罐結構文氏管自吸式發(fā)酵罐結構 利用泵使發(fā)利用泵使發(fā)酵液通過文酵液通過文氏管吸氣裝氏管吸氣裝置，液體在置，液體在收縮管段加收縮管段加速，形成真速，形成真空，吸入空空，吸入空氣，氣泡分氣，氣泡分散于液體混散于液體混合。合。文氏吸氣管結構文氏吸氣管結構 自吸式發(fā)酵罐的優(yōu)點自吸式發(fā)酵罐的優(yōu)點不必配備空氣壓縮機及其附屬設備，節(jié)約設備投資不必配備空氣壓縮機及其附屬設備，節(jié)約設備投資30%30%以上，減少廠房面積。以上，減少廠房面積。溶氧速率

43、高，溶氧效率高、能耗較低。溶氧速率高，溶氧效率高、能耗較低。用于酵母生產(chǎn)和醋酸發(fā)酵具有生產(chǎn)效率高、經(jīng)濟效益用于酵母生產(chǎn)和醋酸發(fā)酵具有生產(chǎn)效率高、經(jīng)濟效益高的優(yōu)點。高的優(yōu)點。裝料系數(shù)低，約裝料系數(shù)低，約40%40%左右。左右。易染菌，需高效過濾系統(tǒng)。易染菌，需高效過濾系統(tǒng)。攪拌轉(zhuǎn)速高，對于長菌絲的微生物的菌絲，攪拌的剪切力攪拌轉(zhuǎn)速高，對于長菌絲的微生物的菌絲，攪拌的剪切力會產(chǎn)生不利影響（機械攪拌自吸式）。會產(chǎn)生不利影響（機械攪拌自吸式）。吸程（即液面與吸氣轉(zhuǎn)子距離）一般不高，需要采用低阻吸程（即液面與吸氣轉(zhuǎn)子距離）一般不高，需要采用低阻力高效率空氣除菌裝置。力高效率空氣除菌裝置。 自吸式發(fā)酵罐的

44、缺點自吸式發(fā)酵罐的缺點 改進：改進：為克服上述缺點，可采用自吸氣與鼓風相合的鼓風為克服上述缺點，可采用自吸氣與鼓風相合的鼓風自吸式發(fā)酵系統(tǒng)，即在過濾器前加裝一臺鼓風機，自吸式發(fā)酵系統(tǒng)，即在過濾器前加裝一臺鼓風機，適當維持無菌空氣的正壓適當維持無菌空氣的正壓。 固態(tài)培養(yǎng)設備固態(tài)培養(yǎng)設備一、概述：一、概述： 固態(tài)發(fā)酵、固態(tài)反應器固態(tài)發(fā)酵、固態(tài)反應器二、二、 機械通風固體曲發(fā)酵設備機械通風固體曲發(fā)酵設備一、概述：一、概述： 固態(tài)發(fā)酵、固態(tài)反應器固態(tài)發(fā)酵、固態(tài)反應器1 1、固態(tài)發(fā)酵、固態(tài)發(fā)酵 固態(tài)發(fā)酵是微生物在沒有或基本沒有游離水的固態(tài)固態(tài)發(fā)酵是微生物在沒有或基本沒有游離水的固態(tài)基質(zhì)上的發(fā)酵方式?；|(zhì)

45、上的發(fā)酵方式。 用于固態(tài)發(fā)酵的反應器稱為固態(tài)反應器。用于固態(tài)發(fā)酵的反應器稱為固態(tài)反應器。2、固態(tài)反應器的歷史和現(xiàn)狀、固態(tài)反應器的歷史和現(xiàn)狀歷史古老：歷史古老： 幾千年前，中國就利用這項技術釀酒和制造各種調(diào)幾千年前，中國就利用這項技術釀酒和制造各種調(diào)味品，通風固相發(fā)酵工藝是傳統(tǒng)的發(fā)酵生產(chǎn)工藝，廣味品，通風固相發(fā)酵工藝是傳統(tǒng)的發(fā)酵生產(chǎn)工藝，廣泛應用于醬油與釀酒生產(chǎn)。泛應用于醬油與釀酒生產(chǎn)。發(fā)展與問題：發(fā)展與問題： 現(xiàn)代的固態(tài)發(fā)酵不僅用于改善食品的風味，更主要現(xiàn)代的固態(tài)發(fā)酵不僅用于改善食品的風味，更主要的是用于酶制劑、單細胞蛋白、有機酸、酒精、生物的是用于酶制劑、單細胞蛋白、有機酸、酒精、生物殺蟲劑

46、等的生產(chǎn)。殺蟲劑等的生產(chǎn)。 3、固態(tài)發(fā)酵具有以下特點：、固態(tài)發(fā)酵具有以下特點：培養(yǎng)基處理簡單：培養(yǎng)基處理簡單： 使用的原料不必經(jīng)過復雜的加工，發(fā)酵過程中糖化與發(fā)酵同使用的原料不必經(jīng)過復雜的加工，發(fā)酵過程中糖化與發(fā)酵同步進行，簡化了操作程序、節(jié)約了能量；步進行，簡化了操作程序、節(jié)約了能量；生長環(huán)境更近自然：生長環(huán)境更近自然： 可使微生物保持自然環(huán)境中的生長存在狀態(tài)，模擬自然中的可使微生物保持自然環(huán)境中的生長存在狀態(tài)，模擬自然中的生長環(huán)境，是許多絲狀真菌適宜采用固體發(fā)酵的原因之一；生長環(huán)境，是許多絲狀真菌適宜采用固體發(fā)酵的原因之一；適用于特殊微生物代謝和產(chǎn)物積累：適用于特殊微生物代謝和產(chǎn)物積累：

47、對于纖維素酶、果膠酶、白僵菌、綠僵菌、蘇云金芽孢桿菌、對于纖維素酶、果膠酶、白僵菌、綠僵菌、蘇云金芽孢桿菌、真菌毒素、脫落酸等，固態(tài)發(fā)酵的產(chǎn)率比液體深層發(fā)酵高得真菌毒素、脫落酸等，固態(tài)發(fā)酵的產(chǎn)率比液體深層發(fā)酵高得多；乃至像白僵菌、綠僵菌等的分生孢子，不能在液體中繁多；乃至像白僵菌、綠僵菌等的分生孢子，不能在液體中繁殖，只能用固態(tài)發(fā)酵方法生產(chǎn)。殖，只能用固態(tài)發(fā)酵方法生產(chǎn)。 固態(tài)發(fā)酵具有以下特點：固態(tài)發(fā)酵具有以下特點：（4 4）發(fā)酵供氧費用低：）發(fā)酵供氧費用低： 在需要大量供氧的發(fā)酵過程中，壓縮空氣通過固體層在需要大量供氧的發(fā)酵過程中，壓縮空氣通過固體層的阻力較小，因而能量消耗也較??；的阻力較小，

48、因而能量消耗也較小；（5 5）發(fā)酵產(chǎn)物復雜、風味獨特：）發(fā)酵產(chǎn)物復雜、風味獨特： 由于存在明顯的氣、液、固三相界面，可以得到液體由于存在明顯的氣、液、固三相界面，可以得到液體發(fā)酵難于得到的產(chǎn)物，如傳統(tǒng)固態(tài)發(fā)酵釀酒工藝可以具發(fā)酵難于得到的產(chǎn)物，如傳統(tǒng)固態(tài)發(fā)酵釀酒工藝可以具有獨特的風味；有獨特的風味；（6 6）發(fā)酵后處理簡單，有機廢水少：）發(fā)酵后處理簡單，有機廢水少： 許多產(chǎn)品可直接烘干而無須提取，產(chǎn)品易于儲藏，運許多產(chǎn)品可直接烘干而無須提取，產(chǎn)品易于儲藏，運輸，穩(wěn)定性好。輸，穩(wěn)定性好。新型固態(tài)發(fā)酵是生化工程研究的方向：新型固態(tài)發(fā)酵是生化工程研究的方向： 鑒于上述優(yōu)點，以及現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展方向是

49、高鑒于上述優(yōu)點，以及現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展方向是高濃度、高黏度發(fā)酵過程，而高濃的、高黏度的極限就濃度、高黏度發(fā)酵過程，而高濃的、高黏度的極限就是固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)。但是發(fā)酵過程中氧的濃度梯度很大，是固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)。但是發(fā)酵過程中氧的濃度梯度很大，在高需氧量時可能成為制約發(fā)酵效率的一個重要因素。在高需氧量時可能成為制約發(fā)酵效率的一個重要因素。由此，由此，影響固態(tài)發(fā)酵技術關鍵是固態(tài)發(fā)酵反應器。影響固態(tài)發(fā)酵技術關鍵是固態(tài)發(fā)酵反應器。 4、對固體發(fā)酵反應器的要求、對固體發(fā)酵反應器的要求要求：要求： （1 1）良好的攪拌、通氣、無菌操作；）良好的攪拌、通氣、無菌操作； （2 2）良好的傳熱：散熱、冷卻，包括氣）良好

50、的傳熱：散熱、冷卻，包括氣- -固、固、氣氣- -液、液液、液- -固等形式傳質(zhì)傳熱固等形式傳質(zhì)傳熱 （3 3）保溫保濕：）保溫保濕： （4 4）參數(shù)檢測：溫度、）參數(shù)檢測：溫度、pHpH、供氧等檢測、供氧等檢測 （5 5）物料輸送：有效輸送）物料輸送：有效輸送機械通風固體曲發(fā)酵設備機械通風固體曲發(fā)酵設備 l.輸送帶輸送帶 2.高位料斗高位料斗 3.送料小車送料小車 4.曲料室曲料室 5.進出料機進出料機 6.料料斗斗 7.輸送帶輸送帶 8.鼓風機鼓風機 9.空調(diào)室空調(diào)室 10.循環(huán)風道循環(huán)風道 11.曲室閘門曲室閘門優(yōu)點：優(yōu)點： 機械通風固體曲發(fā)酵設備使用了機械通風機械通風固體曲發(fā)酵設備使用

51、了機械通風即鼓風機，因而強化了發(fā)酵系統(tǒng)的通風，使曲即鼓風機，因而強化了發(fā)酵系統(tǒng)的通風，使曲層厚度大大增加。層厚度大大增加。 不僅使制曲生產(chǎn)效率大大提高，而且便于控制不僅使制曲生產(chǎn)效率大大提高，而且便于控制曲層發(fā)酵溫度，提高了曲的質(zhì)量。曲層發(fā)酵溫度，提高了曲的質(zhì)量。動植物細胞反應器動植物細胞反應器動物細胞反應器動物細胞反應器動物細胞培養(yǎng)動物細胞培養(yǎng)是指在體外條件下使動物細胞增殖的技術。此是指在體外條件下使動物細胞增殖的技術。此時細胞雖然生長與增多，但不再形成組織。時細胞雖然生長與增多，但不再形成組織。動物細胞作為生物催化劑，可用于動物細胞作為生物催化劑，可用于大規(guī)模生產(chǎn)具有重要價值大規(guī)模生產(chǎn)具有

52、重要價值的生物活性物質(zhì)的生物活性物質(zhì)，包括疫苗、診斷試劑、干擾素、單克隆抗，包括疫苗、診斷試劑、干擾素、單克隆抗體和其他生物制品。多數(shù)動物細胞過程表達的目標蛋白質(zhì)分體和其他生物制品。多數(shù)動物細胞過程表達的目標蛋白質(zhì)分泌至培養(yǎng)液中，因此下游產(chǎn)品純化過程比較簡單。泌至培養(yǎng)液中，因此下游產(chǎn)品純化過程比較簡單。動物細胞培養(yǎng)技術為生物工程產(chǎn)品的生產(chǎn)提供了一條重要的動物細胞培養(yǎng)技術為生物工程產(chǎn)品的生產(chǎn)提供了一條重要的途徑。途徑。動物細胞培養(yǎng)的特點動物細胞培養(yǎng)的特點（1 1）動物細胞是沒有細胞壁的）動物細胞是沒有細胞壁的，受剪切力而破壞；而且大多數(shù)哺，受剪切力而破壞；而且大多數(shù)哺乳動物細胞需要附著在固體或半

53、固體表面上才能生長；乳動物細胞需要附著在固體或半固體表面上才能生長；（2 2）動物細胞對培養(yǎng)基的營養(yǎng)要求相當苛刻，）動物細胞對培養(yǎng)基的營養(yǎng)要求相當苛刻，要求含有多種氨基要求含有多種氨基酸、維生素、無機鹽、血清等物料；酸、維生素、無機鹽、血清等物料；（3 3）對培養(yǎng)環(huán)境條件十分敏感，）對培養(yǎng)環(huán)境條件十分敏感，對溫度、對溫度、pHpH值、溶氧濃度等條件值、溶氧濃度等條件都比微生物培養(yǎng)要嚴格得多。都比微生物培養(yǎng)要嚴格得多。（4 4）動物細胞的生長要比微生物細胞緩慢得多）動物細胞的生長要比微生物細胞緩慢得多，一般只有在高細，一般只有在高細胞密度條件下，才能得到一定濃度的產(chǎn)物。胞密度條件下，才能得到一定

54、濃度的產(chǎn)物。（5 5）由于動物細胞培養(yǎng)所需時間要比微生物細胞長，又）由于動物細胞培養(yǎng)所需時間要比微生物細胞長，又非常容易非常容易染菌染菌，因此需要有嚴格的防污染措施。，因此需要有嚴格的防污染措施。動物細胞培養(yǎng)技術動物細胞培養(yǎng)技術 體外培養(yǎng)的動物細胞分為兩種類型。一種是體外培養(yǎng)的動物細胞分為兩種類型。一種是非貼壁依賴型非貼壁依賴型細胞細胞。另一種動物細胞為。另一種動物細胞為貼壁依賴型細胞貼壁依賴型細胞，大多數(shù)動物細胞屬，大多數(shù)動物細胞屬于貼壁依賴型細胞。于貼壁依賴型細胞。（1 1）懸浮培養(yǎng)）懸浮培養(yǎng) 懸浮培養(yǎng)過程中細胞以單細胞或細胞聚集體的形式懸浮于培懸浮培養(yǎng)過程中細胞以單細胞或細胞聚集體的形式

55、懸浮于培養(yǎng)基中增殖，這與微生物發(fā)酵過程差別較小。養(yǎng)基中增殖，這與微生物發(fā)酵過程差別較小。（2 2）貼壁培養(yǎng)）貼壁培養(yǎng) 貼壁依賴型細胞在培養(yǎng)過程中黏附在固體吸附介質(zhì)上。當細貼壁依賴型細胞在培養(yǎng)過程中黏附在固體吸附介質(zhì)上。當細胞貼附于固體表面后，原來是圓形的細胞一經(jīng)貼壁就迅速鋪展，胞貼附于固體表面后，原來是圓形的細胞一經(jīng)貼壁就迅速鋪展，然后開始有絲分裂，并很快進入對數(shù)生長期，一般在數(shù)天后鋪然后開始有絲分裂，并很快進入對數(shù)生長期，一般在數(shù)天后鋪滿生長表面，形成致密的細胞單層。滿生長表面，形成致密的細胞單層。（3）微載體技術）微載體技術細胞貼附于微載體上細胞貼附于微載體上懸浮于培養(yǎng)基中懸浮于培養(yǎng)基中，

56、在微載體上逐漸生長成，在微載體上逐漸生長成細胞單層，細胞單層，生長表面積較大生長表面積較大，可實現(xiàn)細胞的高密度培養(yǎng)。并且，可實現(xiàn)細胞的高密度培養(yǎng)。并且由于細胞的生長環(huán)境均一，有利于對影響細胞的環(huán)境因素的由于細胞的生長環(huán)境均一，有利于對影響細胞的環(huán)境因素的檢檢測與控制測與控制。微載體技術使細胞培養(yǎng)過程的培養(yǎng)基利用率高，采樣重復性高，微載體技術使細胞培養(yǎng)過程的培養(yǎng)基利用率高，采樣重復性高，細胞收獲和下游加工過程方便，過程放大容易，勞動強度小，細胞收獲和下游加工過程方便，過程放大容易，勞動強度小，占用空間小。占用空間小。影響微載體培養(yǎng)的因素有微載體濃度、細胞接種濃度和攪拌速影響微載體培養(yǎng)的因素有微載

57、體濃度、細胞接種濃度和攪拌速度等。度等。植物細胞培養(yǎng)反應器植物細胞培養(yǎng)反應器 由于單個植物細胞具有整個植物的全部特性，其代謝過由于單個植物細胞具有整個植物的全部特性，其代謝過程能生成有很高藥用價值的次生代謝物，植物細胞的大程能生成有很高藥用價值的次生代謝物，植物細胞的大規(guī)模培養(yǎng)逐漸受到重視。但利用植物細胞培養(yǎng)的物質(zhì)，規(guī)模培養(yǎng)逐漸受到重視。但利用植物細胞培養(yǎng)的物質(zhì)，一般僅限于那些難于化學合成無法用微生物合成和附加一般僅限于那些難于化學合成無法用微生物合成和附加值很高的物質(zhì)。值很高的物質(zhì)。1 植物細胞培養(yǎng)的特點植物細胞培養(yǎng)的特點植物細胞的大小約為植物細胞的大小約為 1010100m100m，有纖維

58、素細胞壁有纖維素細胞壁，細胞，細胞耐拉不耐扭，抵抗流體剪切力的能力較差；耐拉不耐扭，抵抗流體剪切力的能力較差；培養(yǎng)過程生長速度緩慢培養(yǎng)過程生長速度緩慢，如生長最快的煙草細胞的倍增時，如生長最快的煙草細胞的倍增時間為間為0.650.65天，而木本植物細胞的倍增時間高達天，而木本植物細胞的倍增時間高達2 21010天，根、天，根、莖和葉分化的器官培養(yǎng)的倍增時間為莖和葉分化的器官培養(yǎng)的倍增時間為1010天以上；天以上；代謝產(chǎn)物不分泌到胞外而留在細胞內(nèi)代謝產(chǎn)物不分泌到胞外而留在細胞內(nèi)，因此要得到大量次，因此要得到大量次級代謝產(chǎn)物須進行高密度培養(yǎng)；級代謝產(chǎn)物須進行高密度培養(yǎng)；細胞在培養(yǎng)液中會形成多細胞聚集體，黏度較大，懸浮培細胞在培養(yǎng)液中會形成多細胞聚集體，黏度較大，懸浮培養(yǎng)較困難，還會發(fā)生細胞在反應器壁黏附的情況；養(yǎng)較困難，還會發(fā)生細胞在反應器壁黏附的情況；植物培養(yǎng)細胞易