好氧性发酵罐在生物制药中的应用讲解

总结
现代发酵工业已经形成完整的工业体系，包括抗生素、氨基酸、 维生素、有机酸、多糖、酶、蛋白质、基因工程药物、核酸类 物质及其他生物活性物质的生产。其中好氧发酵占很大比重， 所以好氧发酵罐在其中起到不可或缺的作用。好氧发酵中最难 控制的便是溶液中的溶解氧含量。没有一定的溶解氧，微生物 无法生长和代谢。一般在通入大量无菌空气时，罐内还会安装 搅拌机或升泡器使其均匀分散，从而保持适度的溶解氧浓度。 而且微生物整个发酵过程中对氧的需求量也不同，所以罐内还 需有精密的传感器用来测量溶解氧，以控制空气的进入量和搅 拌速度。总的来说，好氧发酵罐一直不可或缺，但因为一直通 入空气会造成杂菌感染，而且对于溶解氧的控制也不够精确， 所以以后发展应该朝着这俩方面改进，使产率上升，成本下降。
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一、好氧发酵工艺
1.原理：好氧发酵是好氧微生物如细菌、放线菌和真 菌等通过自身的生命活动，通过氧化、还原与合成， 把一部分有机质氧化成无机质，提供微生物生长所需 的能量；一部分有机质转化成微生物合成新细胞所需 的营养物质。
特点：好氧发酵的主要特点在于省地，省投资，省动 力消耗，不产生废水和烟气，无异味，无需高压和锅 炉，杜绝了安全隐患，设备结构简单，操作方便，产 品质量稳定，处理效果好
（2）生物制药 中的应用
例如薛才利将喷射式 反应器应用在柠檬酸 发酵工艺中，结果显 示，无论在产率和节 能方面都优于通用式 发酵工艺。黄建新等 利用外环流反应器研 究了Z5-G菌株发酵生 产聚β-羟基丁酸酯 （PHB），PHB产率 比机械搅拌反应器提 高了10.7%，发酵周期 缩短6h，可节约能耗， 对降低PHB的生产成 本具有一定的实际意 义。
3.自吸式发酵罐
自吸式发酵罐罐体的结构大致上与通用式发酵罐相同，主要 区别在大搅拌器的形状和结构不同。自吸式发酵罐使用的是 带中央吸气口的搅拌器。
（一）结构
1 带轮(带动轴旋转)
1 2
2 排气阀
3
3 消泡器
4 6
4 冷却水管
5 电机
7
6 导气管
5
7 支架
（二）工作原理：
该发酵罐利用搅拌旋转时产生的抽吸力吸入空气， 不需要空气压缩机提供压缩空气，从而省去了空气系统， 使设备成本降低。它的搅拌器是一个空心叶轮，叶轮快 速旋转时液体由于离心作用而被甩出，并在叶轮空心部 分形成负压，从而将罐外的空气吸到罐内。同时空气因 受到高速流动液体的摩擦剪切作用而变成细小的气泡， 均匀分散在液体之中，然后借助导轮流将气液混合物导 入发酵液中并与之混合。
好氧发酵罐的种类
1.气升式发酵罐 2.机械搅拌发酵 罐 3.自吸式发酵罐 4.射流搅拌罐和 喷射环流搅拌罐
1.气升式发酵罐
包括内环流式和外环流式两种
（一）结构
1 入口 2 空气管 3 上升管 4 冷却夹管 5 压力表 6 罐体 7 气升管 8 排气阀
1 6
7
8
3
5
4
2
（2）工作原理
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。 气升式发酵罐有多 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。
小组成员
1402011042李纯纯 1402011043杨秀容 1402011045湛琴琴 1402011055徐煜
生物制药
生物技术制药是指利用基因工程，细胞工程，发酵 工程，酶工程，蛋白质工程等生物技术，来研究、 开发和生产用于预防、治疗和诊断疾病的药物。生 物技术制药是在生物制药基础上利用现在生物技术 进行生物药物的制造而发展起来的
二、设备结构
发酵罐结构设计应满足下列要求：（1）结构简单、严 密、耐腐蚀性好、能经得起蒸汽的灭菌消毒；（2）有 良好的气、液接触和液、固混和性能；（3）有良好的 热交换性能，以适应灭菌操作和使发酵罐在最适宜的 温度下进行；(4)在保证正常发酵的前提下，尽量减少 液面大泡沫的产生,以提高装料系数和放罐体积；(6) 设有必要、可靠的检测及控制仪表。
一、结构
主要由罐体、控温部分、搅拌部分、通气部分、进出 料口、测量系统和附属系统等组成。
二、特点
优点： 适用性强 保障氧气的供应 通入的是无菌的 空气， 减少杂菌污 染
缺点： 成本较高
（3）生物制药中的应用
可用于生产药用酵母、 饲料酵母、活性干酵母、 液体曲、谷氨酸、柠檬 酸、抗生素、维生素、 酶制剂、食用醋、赖氨 酸等。
（三） 特点
优点： 不需要空气压缩机 降低设备成本
缺点： 进罐空气处于负压状态，杂菌容易侵染 搅拌转速高有可能切断微生物菌丝影响细
胞生长
（四）多用于乙酸和酵母增殖的发酵生产
4.喷射环流搅拌罐
一、工作原理
自从Flugel于1939年首次提出喷射反应器的概念之后， 经过七十多年理论与实践的发展，喷射反应器作为一 种性能优异的新型多相反应器，已被广泛应用于气-液、 液-液两相及气-液-固或液-液-固三相反应中。喷射反 应器的工作原理是利用高速流动相去卷吸其它相，使 各相密切接触，产生剧烈的搅拌，达到充分混合的效 果来完成反应。
（3）生物制药 中的应用
该设备可广泛用于抗 生素、氨基酸、酶制 剂、维生素、有机酸 等好氧性发酵过程。 目前该设备在国内用 于谷氨酸、抗生素、 黄原胶、糖化酶、柠 檬酸生产，设备体积 已达到140m3，投入 使用后取得了非常显 著的经济效益。
2.机械搅拌发酵罐
目前机械搅拌通风发酵罐应用最为广泛，约占发酵罐总 数的70%~80%。也称通用式发酵罐。机械搅拌通风发酵 罐是利用搅拌器的作用，使空气和醪液充分混合，促使 氧在醪液中溶解，以保证供给微生物繁殖、发酵和代谢 产物所需要的氧气。