发酵设备：发酵罐的一般工作原理及操作流程详解

2025-01-13

在现代工业生产与科学研究领域，发酵设备扮演着举足轻重的角色。无论是食品饮料行业，如酸奶、啤酒的制作，还是动保、环保、植保、肠道健康、化妆品原料、亦或是生物制药等产业中各类生物制品的生产，都离不开发酵设备的支持。深入了解发酵设备的原理及使用方法，对于保障生产质量、提高生产效率具有重要意义。

发酵罐的工作原理

发酵罐的核心原理是为微生物提供适宜的生长环境，使其能够进行特定的代谢活动，从而产生我们所需的物质。以常见的液体深层发酵罐为例，其主要原理基于以下几个方面：

1.1

无菌环境维持

发酵过程对无菌要求极高，以防止杂菌污染影响发酵结果。发酵罐采用密封设计，并通过蒸汽灭菌等方式，在发酵前对罐体、管道及内部配件进行彻底灭菌，确保发酵环境的纯净。

1.2

温度控制

微生物的生长和代谢对温度极为敏感。不同的微生物具有最适生长温度范围，例如酵母菌发酵生产酒精的最适温度通常在 25℃ - 30℃。发酵罐配备有温度控制系统，通过夹套或盘管等结构，利用循环的热媒（如热水）或冷媒（如冷水）来调节罐内温度，使其始终保持在微生物生长的最佳温度区间。

1.3

通气与搅拌

对于需氧发酵过程，充足的氧气供应至关重要。通过向发酵罐内通入无菌空气，并利用搅拌装置将空气分散成微小气泡，增加气液接触面积，从而满足微生物对氧气的需求。搅拌还能使发酵液中的营养物质均匀分布，促进微生物与营养成分的充分接触，同时有助于散热，防止局部温度过高。

1.4

pH 值调节

微生物的代谢活动会导致发酵液 pH 值发生变化，而合适的 pH 值是微生物正常生长和代谢的必要条件。发酵罐通常配备 pH 检测与控制系统，当 pH 值偏离设定范围时，可自动添加酸或碱溶液进行调。

发酵罐操作过程

2.1

设备准备

在使用发酵罐前，首先要对设备进行全面检查，确保各部件完好无损，管道连接紧密，无泄漏现象。检查温度、pH、溶解氧等传感器是否正常工作，并进行校准。按照操作规程对发酵罐及相关管道进行彻底的清洗和灭菌处理，可采用高温蒸汽灭菌或化学药剂灭菌等方法。

2.2

培养基配制与接种

根据发酵工艺要求，准确配制培养基，确保其营养成分满足微生物生长和代谢的需求。将配制好的培养基通过无菌操作方式转移至发酵罐内。在无菌条件下，接入适量的微生物种子液，接种量需根据具体发酵工艺和微生物特性确定。

2.3

发酵过程控制

发酵启动后，密切监控各项参数。根据微生物生长情况和发酵进程，调节温度、通气量、搅拌速度等参数。例如，在发酵初期，微生物生长旺盛，需氧量增加，可适当提高通气量和搅拌速度；随着发酵进行，代谢产物积累，pH 值可能发生变化，需及时调节 pH 值。定期对发酵液进行取样检测，分析微生物浓度、底物消耗、产物生成等指标，以便及时调整发酵条件。

2.4

发酵结束与后续处理

当发酵达到预期目标或终点时，停止发酵过程。将发酵液通过无菌管道转移至后续处理设备，如分离、提纯设备。对发酵罐进行清洗、消毒，为下一次发酵做好准备。对产生的废气、废水等进行妥善处理，以满足环保要求。