新型高密度发酵设备介绍
高密度发酵
Fig. 3 Fatty acid profiles(in mg/g cell dry weight(CDW)) as a function of time filled circles = C16:0（十六碳酸）, empty circles = C16:1, filled triangles = C18:0, empty triangles = C18:1（油酸）, and filled squares = C18:2（亚油酸）
When the total biomass was characterised at the end of the fermentation,he cell viability was also measured. The HCD fermentations showed similar viabilities at the end of fermentation, but the REF condition showed a slightly decreased percentage of living cells. This indicates that the long duration of fermentation had a negative influence on the yeast viability but that yeast viability remained at an acceptable level in all fermentations .
The role of oxygen in yeast metabolism during high cell density brewery fermentations
Appl Microbiol Biotechnol
发酵与酿造的主要设备介绍
选择粉碎物料的方法，必须根据物料的物理性 质、大小、粉碎的程度等，应特别注意物料的 硬度和破裂性。对坚硬和脆性的物料，挤压和 冲击很有效；对韧性物料剪切力作用较好；对 方向性物料则以劈碎为宜。但不论哪一种粉碎， 很少单独使用其中的一种方法，而是几种方法 的组合，使粉碎更加有效。
1.锤式粉碎机 锤式粉碎机是利用快速旋转的 锤刀对物料进行冲击粉碎，广泛用于各种中等 硬度物料的中碎与细碎作业。由于各种脆性物 料的抗冲击性较差。因此，这种粉碎机特别适 用于脆性物料。
批发罐的主要优点是污染杂菌的比例小，操作 灵活性强，可用来进行几种不同产品的生产。 其缺点是发酵罐的非生产停留时间所占比重大， 非稳态工艺过程的设计和操作困难。 连续发 酵的主要的优点是可连续运行几个月的时间， 非生产时间很短；缺点是容易染菌，它适用于 不易染菌的产品如丙酮、丁醇、酒精、啤酒发 酵等。连续发酵还有以下一些优点：
啤酒厂麦芽粉碎机常使用四辊式，物料经上面 第一对辊粉碎后，经一对叶辊的打击，使麦芽 皮壳中的粉粒被震出，再经第二对辊粉碎。
四辊粉碎比两辊粉碎稍有改进。但是如图422的四辊粉碎是不经济的，因为在第一以辊 上已经被粉碎的细粉，没有必要再经过第二对 辊筒进行再次粉碎。这不仅造成动力上的消耗， 而且由于有细粉的存在，还妨碍了在第二对辊 子的有效操作。为此，对四辊粉碎机进行改革。 目前在实际生产中，常使用五辊粉碎机。
发酵罐，在面包酵母发酵中开始使用空气分布
器和机械搅拌装置。1940—1960年，第一 个大规模工业生产青霉素的工厂于1944年1 月30日在美国的Terr Haute投资，其发酵罐 的体积是54m3；抗生素工业的兴起引起发酵
工业一场变革，机械搅拌、通风、无菌操作、
纯种培养等一系列技术开始完善起来，并出现
重组大肠杆菌高密度发酵工艺流程
重组大肠杆菌是一种重要的工业微生物，具有广泛的应用价值。
在大肠杆菌高密度发酵过程中，流程的设计和优化对产品的质量和产量具有重要影响。
本文将围绕重组大肠杆菌高密度发酵工艺流程展开讨论，探讨其流程设计、优化及相关技术。
通过对该工艺流程的深入研究，不仅可以提高重组蛋白的产量和纯度，还可以降低生产成本，为工业生产提供可靠的技术支持。
一、高密度发酵工艺流程概述1.1 菌种培养和预处理重组大肠杆菌菌种的培养是整个发酵过程的基础。
首先需要进行菌种的接种培养，培养基的选择、发酵条件的控制对于菌种的生长和繁殖至关重要。
对菌种的预处理也至关重要，包括对菌种进行筛选和培养基的调整等。
1.2 发酵过程控制发酵过程控制是重组大肠杆菌高密度发酵的关键环节，包括培养基的添加、通气量的控制、温度、pH值的调节等。
合理的发酵过程控制可以保证菌体的生长和代谢活性，从而提高产物的产量和纯度。
1.3 产物的回收和纯化重组大肠杆菌高密度发酵后，产物的回收和纯化也是至关重要的环节。
通过合理的回收和纯化工艺，可以获得高纯度的重组蛋白产品，满足不同应用领域的需求。
二、高密度发酵工艺流程优化2.1 发酵条件的优化在重组大肠杆菌高密度发酵过程中，发酵条件的优化对产品的产量和质量具有重要影响。
包括但不限于培养基配方的优化、发酵温度、通气量、pH值等参数的优化，通过优化发酵条件可以提高菌体的生长速率和产物的表达水平。
2.2 发酵过程监测与控制发酵过程的监测与控制是优化工艺流程的重要手段，包括对菌体生长情况的实时监测、代谢产物浓度的检测以及对发酵过程参数的实时调节等。
通过发酵过程的精准监测和控制，可以最大程度地发挥菌体的生长和代谢潜力。
2.3 产物回收与纯化工艺的改进产物的回收与纯化是影响产品质量的关键因素，通过改进产物回收与纯化工艺，可以提高产品的纯度和收率，降低生产成本，提高经济效益。
三、高密度发酵工艺流程相关技术3.1 培养基配方优化技术合理的培养基配方对于重组大肠杆菌的生长和表达具有重要影响，通过优化培养基配方，可以提高菌体的生长速率和产物的表达水平。
发酵工艺设备
发酵工艺设备
发酵工艺设备是指在发酵过程中使用的各种设备，包括发酵罐、发酵槽、发酵箱、发酵柜、发酵室等。
1. 发酵罐/槽：是一种用于储藏和控制发酵过程的容器，一般
由不锈钢或玻璃钢等材料制成，具有耐高温、易清洗等特性。
2. 发酵箱：是一种用于小规模发酵的设备，常用于实验室中。
发酵箱通常具有温控、湿控、气体控制等功能。
3. 发酵柜：是一种用于大规模发酵的设备，适用于工业生产。
发酵柜通常具有自动控制系统，可以实现温度、PH值、溶氧
量等参数的精确控制。
4. 发酵室：是一种维持稳定发酵环境的设备，常用于微生物的培养和发酵。
发酵室通常具有温度、湿度、光照等参数的控制功能。
5. 其他设备：还包括发酵液搅拌设备、气体供应设备、发酵液采样设备等。
这些发酵工艺设备可以提供适宜的环境和条件，促进微生物的生长与代谢，从而实现发酵过程的控制和优化。
这些设备在食品工业、制药工业、生物工程等领域有着广泛的应用。
高密度发酵
2.6 代谢副产物
（以大肠杆菌为例）
大肠杆菌高密度培养最关键的问题是代谢 副产物乙酸积累所引起的抑制和毒害作用。 针对这个问题，可以从以下几方面予以考 虑： 发酵过程调控：指数流加；pH、DO在线监 测反馈调节；透析发酵偶联。 代谢工程调控：代谢工程以提高细胞产量、 生产效率及细胞综合生理功能，降低或避 免副产物为目的。与DNA重组技术结合有 目的地改进代谢流流向及中间代谢物。
温度的பைடு நூலகம்控
目前主要的控温策略是手动调节冷却水的 流量 针对不同的发酵过程，罐温控制方式也不 相同。大致分为两类（据发酵过程中最适 温度是否变化）：
定值控制 程序设定控制（例如：自适应PID等）
2.3 pH
发酵体系pH值是发酵液成分与细胞代谢综 合作用的结果。C源消耗而产生的有机酸， CO2的溶解，补料的流加，次级代谢产物的 积累，菌体自溶裂解等都可导致pH的变化。
（2） 定性调控方法（许多公司采用） 集成分析 模式识别 Knowledge-based systems（KBS） Expert systems（专家系统）
pH不仅是反映细胞生长代谢的指标，也是 调控高密度培养的手段
pH调节
pH的调节需要从发酵初始培养基开始，初 始pH不同，最终发酵效果可能也会有很大 差异。发酵过程中pH的调节，可分为两种： 内源性调节：过程中通过补加C、N源调节 （C源经代谢产酸使pH降低；供能不足时， N源的C骨架作为能源参与代谢，产生NH+4, 使pH升高） 调外节源。性氨调水节还：可流以加作酸为（NH源3P。O4）碱（氨水）
3. 补料策略
培养基营养成分过高会抑制细胞的生长， 采用流加补料是提高细胞浓度和外源蛋白 产量的有效方式，高密度培养通过调节限 制性底物的流加速率来调控细胞生长。 目前报道的最高生物量(Methylobacterium extorquens)已达到233 g(DCW／L)；已报 道的高密度培养大肠杆菌最高生物量为 190g(DCW／L)，非常接近大肠杆菌在液体 培养基中可能达到的理论最高生物量水平 200 g(DCW／L)。
酵母菌的高密度发酵
5g
7g 0.56g 1000ml
总计 （用量）
1015g 99g 1.8g 72g 90g 24.5g 2.4g 7g 0.56g 1000ml 1.8ml
2013.5.23— 2013.5.26 上交课程设计说明书，并由指导老师填写评语和成绩。
任务下达日期：
2013 年 5 月 13 日
任务完成日期：
2013 年 5 月 26 日
指导教师（签名）：
学生（签名）：
酿酒酵母的高密度发酵
摘要：高密度培养酿酒酵母的生长状况，用上海联环生物工程设备有限公司的型号：
-1-
发酵液的流变学 接种量 生长抑制性物质
酿酒酵母发酵条件的确定： 接种量：3% 温度：30℃ PH：5.0 OD 溶解度：20%~80% 罐压：0.05Mpa CO2 溶解度：1%-3% 转速：300-400 调节 PH：氨水 补料时间：有待观察 通气量：100L/h
2.设计方案
2.1 酿酒酵母简介
15g/L,PH5.0. 发酵培养基：（NH4）2SO4 15g/L，KH2PO4 8.0g/L，MgSO4 3.0g/L,酵母膏 15g/L ，消泡剂
0.3ml/L，ZnSO4 0.4g/L. 流加培养基：KH2PO4 9.0g/L,MgSO4 2.5g/L,K2SO4 3.5g/L,Na2SO4 0.28g/L,葡萄糖 500g/L。 调节 PH 的氨水浓度：30%氨水
SGJ-10L 发酵罐，采用分批补料培养技术，维持葡萄糖的浓度处于一定浓度，并用分批 补加氮源，同时溶氧控制在 20%~80%。转速 300~400rpm。培养期间每隔 4h 测一次数据， 主要测量还原糖含量，氨基氮含量，菌体密度。
关键词：酿酒酵母 高密度培养 菌体浓度
发酵设备介绍范文
发酵设备介绍范文发酵设备是在发酵过程中起到关键作用的设备，它能提供适宜的发酵环境，使微生物能够充分发挥其作用，产生所需的产物。
下面将对常见的发酵设备进行介绍。
一、发酵罐发酵罐是进行大规模发酵时常用的设备之一，它具有一定的容积和搅拌机构。
发酵罐通常由不锈钢制成，具有良好的耐腐蚀性和密封性能。
在发酵过程中，罐内通过搅拌机构对培养基进行循环搅拌，使微生物均匀与培养基接触，提供充分的氧气和营养物质，从而促使微生物生长和代谢产物的生成。
二、发酵槽发酵槽是进行大规模发酵的另一种常见设备。
与发酵罐相比，发酵槽一般容积更大，可以同时进行多个批次的发酵，提高生产效率。
发酵槽通常由玻璃钢制成，具有较好的机械强度和化学稳定性。
槽内通常设置有适当数量的搅拌器和氧气输入装置，以保证微生物充分供氧和混合，达到最佳的发酵效果。
三、发酵棚发酵棚是一种用于控制温度、湿度和通风的设备，用于保持发酵过程中的适宜环境。
发酵棚一般具有良好的保温性能和调节性，可以根据发酵过程的需要进行温度和湿度的控制。
在发酵棚内，可以根据具体发酵过程的需要添加合适的湿度控制装置和通风装置，以达到最佳的发酵条件。
四、发酵箱发酵箱是一种小型的发酵设备，通常由金属或塑料制成，体积较小、结构简单。
发酵箱通常用于实验室或小规模生产中，可以进行小量培养基的发酵实验。
发酵箱通常具有加热装置和温度控制装置，可以通过控制温度来模拟不同的发酵条件。
在发酵箱中，可以进行各种微生物培养和酶制剂的生产。
五、发酵堆发酵堆是一种特殊的发酵设备，主要用于堆肥发酵。
它通常由有机原料、微生物和水按一定比例混合而成，然后通过堆放、翻堆的方式进行发酵。
发酵堆一般具有较大的露天空间，并设置有通风装置和排水装置，以保持适宜的湿度和通气性。
在发酵过程中，微生物分解有机物质，释放出热量，达到杀灭病原体、腐败菌和杂草种子的目的。
总之，不同的发酵设备具有不同的特点和应用范围，可以根据具体的发酵需求选择合适的设备。
大肠杆菌工程菌高密度发酵生产L-抗坏血酸-2-葡糖苷酶
大肠杆菌工程菌高密度发酵生产L-抗坏血酸-2-葡糖苷酶余玉奎;桂馨;李平;李敏【摘要】为提高大肠杆菌基因工程菌E.coli-pET21a高密度培养生产L-抗坏血酸-2-葡糖苷酶产量,采用摇瓶培养的方法,通过考察培养液菌体量和酶产量,筛选适用于E.coli-pET21a液体深层发酵的培养基.50 L发酵罐采用适用于工业化大生产的搅拌、供氧、pH控制和过程补料方式,进行液体深层发酵放大培养,大幅度提高酶产量.通过优化发酵过程控制pH和诱导温度,发酵液酶活提高至88 U/mL,达到摇瓶培养的10.1倍.研究结果对大肠杆菌基因工程菌高密度培养,高效表达生物酶有重要的参考价值.【期刊名称】《工业微生物》【年(卷),期】2018(048)002【总页数】6页(P29-34)【关键词】L-抗坏血酸-2-葡糖苷;维生素C;大肠杆菌;液体深层发酵;诱导剂【作者】余玉奎;桂馨;李平;李敏【作者单位】同济大学生命科学与技术学院,上海200092;同济大学生命科学与技术学院,上海200092;同济大学生命科学与技术学院,上海200092;同济大学生命科学与技术学院,上海200092【正文语种】中文维生素C(英语：Vitamin C，又称L-抗坏血酸)作为酸性药剂、还原剂、抗氧化剂、漂白剂以及化学反应物、食品和饮料中的稳定剂[1]，广泛应用于化妆、保健、医药、食品行业。
在医疗卫生方面，维生素C参与许多新陈代谢过程，具有提高人体免疫力、抗衰老、预防心血管、增加对感冒抵抗力、促进胶原蛋白的合成[2]、抑制癌细胞增殖[3],防治坏血病和传染病、促进创伤愈合等作用，是辅助治疗的保健药品[4]。
在化妆品中，维生素C可作为还原剂、紫外线吸收剂和黑色素形成抑制剂来使用[2]。
具有美白皮肤、预防色斑、抗氧化功效。
由于人体内缺乏古洛糖酸内酯氧化酶，不能自身合成维生素C，必须靠体外摄取[5]。
因此，维生素C被列为人体的必需营养元素，在保护人类健康和生长过程中起到不可替代的重要作用[1]。
发酵车间设备介绍
隔膜式截止阀
隔膜式截止阀的特点与截止阀类似但密封性、 无菌的可靠性更优于截止阀。
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安全阀
弹簧安全阀的开启、关闭动作 是依靠其进口端的介质压力变 化和弹簧预紧力来使阀芯自动 开启及关闭。当介质压力（内 压）升高到提升力比弹簧预紧 力大时，阀芯克服弹簧预紧力 自动开启，泄放多余的介质， 使内压下降，又由于弹簧力的 作用，当内压降至安全值时， 阀芯自动关闭，泄放停止。
搅拌轴 全长：5.5米（两根） 直径：265*11 毫米 材质：304 特点：空心轴
空心轴与实心轴
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空心轴与实心轴
空心轴与实心轴在强度相等和所受外力相等的情况下，空心 轴的用钢量是实心轴的39.5%。因为实心轴的剪应力分布 不均匀，靠近轴心位置剪应力很小，材料的强度远没有被 利用。 公式：τρ=
τρ: ρ点剪切应力、: Mnρ：ρ点扭矩、IP:横截面对圆心的极惯性矩。
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搅拌桨
共计四层，一、二、 三层为4叶涡轮桨叶， 底层桨叶为六叶“管 叶”涡轮桨叶。上三 层桨叶主要产生轴向 液体流动，底层产生 径向液体流动。
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打料泵
离心泵：属于动力式 （叶轮式）泵 的一种，他们 是籍高速旋转 的叶轮使流体 获得能量。 螺杆泵：属于容积式 （正正位移式） 泵的一种，他 们是利用活塞 或转子的挤压 使流体升压以 或得能量。
减压阀
定义：用节流方法使出口压力低于进口压力, 并保持出口压力近于恒定的压力控制阀。
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气动调节阀
组成: 包括气动执行机构和阀门 类型: 快开型、直线型、等比型、和抛物线型。
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阀门巡检与维护
故障点
盘根处 两端法兰 内漏 阀柄处 阀体连接处 内漏
处理办法
压紧盘根压兰，更换盘根 禁锢螺栓、更换垫片 清除阀腔内异物、更换阀门 禁锢螺母、更换密封垫 禁锢螺母、更换密封垫 压紧密封用锁母、清理密封垫、更换密封垫
发酵工程课程设计酵母菌高密度发酵
我们选取的罐压为0.05Mpa.
CO2的影响
酵母生长过程中产生大量的CO2对细胞 具有直接的毒害作用，而且溶解于发酵 液中会导致pH值的下降。发酵液中的 CO2的溶解度达到7.04%就可抑制酵母 细胞的生长，高于4%则生长下降，一 般发酵液中的CO2的溶解度应控制在 1%~3%之间。
溶解氧（DO）的影响
DO是发酵工程中的一个关键限制因素，是高 细胞密度发酵过程中影响酵母生长的重要因 素之一。在高密度发酵的后期由于细胞密度 的扩增，耗氧量极大，发酵罐的各项物理参 数不能满足对氧的供给，造成DO下降，细胞 生长减慢。
溶解氧（DO）范围：40%<DO<60%.
增加发酵液中DO的方法
影响酵母高细胞密度发酵的因素
• 培养基的营养物质 • 溶解氧（DO） • 压力 • CO2 • 温度 • pH值 • 发酵液的流变学 • 接种量 • 生长抑制性物质
培养基的营养物质的影响
所需营养物质：水分、碳源物质、 氮源物质、无机元素、生长因子
培养基中的基质的种类和浓度直接影响到细胞的代 谢变化和产物的合成。在发酵前期，碳源和氮源的 浓度迅速下降，在中后期主要用于合成产物，其浓 度下降趋于平稳。碳源和氮源的比例偏小，会导致 细胞生长旺盛，提前衰老自溶；而其比例偏大，则 细胞繁殖数量少，代谢不平衡，不利于产物积累。
• 维生素：在1L溶液中含有维生素H0.05g， 泛酸钙1.0g，烟酸1.0g，肌醇25.0g,对氨基 苯甲酸0.2g，硫胺素1.0g，吡哆醇1.0g。
发酵设备简述
发酵设备简述生物反应器是为微生物发酵或细胞培养（发酵）或酶反应提供良好的生化反应环境以完成生物催化反应的核心设备，常称为发酵罐或多酶反应器，承担产物的生产任务。
发酵工程主要指在最合适的发酵条件下，发酵罐中大量培养细胞和生产代谢产物的工艺技术。
这里要有严格的无菌生长环境，包括发酵开始前采用高温高压对发酵原料和发酵罐以及各种连接管道进行灭菌的技术；在发酵过程中不断向发酵罐中通入干燥无菌空气的空气过滤技术；在发酵过程中根据细胞生长要求控制加料速度的计算机控制技术；还有种子培养和生产培养的不同的工艺技术。
此外，根据不同的需要，发酵工艺上还分类批量发酵：即一次投料发酵；流加批量发酵：即在一次投料发酵的基础上，流加一定量的营养，使细胞进一步的生长，或得到更多的代谢产物；连续发酵：不断地流加营养，并不断地取出发酵液。
在进行任何大规模工业发酵前，必须在实验室规模的小发酵罐进行大量的实验，得到产物形成的动力学模型，并根据这个模型设计中试的发酵要求，最后从中试数据再设计更大规模生产的动力学模型。
由于生物反应的复杂性，在从实验室到中试，从中试到大规模生产过程中会出现许多问题，这就是发酵工程工艺放大问题。
它的结构、操作方式和操作条件对生物过程产品的质量、转化率及能耗有着密切的关系。
一个优良的培养装置应具有严密的结构，良好的液体混合性能，较高的传质传热速率，同时还应具有配套而又可靠的检测及控制仪表。
判断培养装置好坏的唯一标准应是:该装置是否适合工艺的要求，发酵过程中不发生污染，以获得最大的生产率。
大多数的生化反应都是需氧的，故通风发酵设备是需氧生化反应的核心和基础，无论是使用微生物、酶或动植物细胞（或组织）作为生物催化剂，也不管其目的产物是抗生素、酵母、有机酸或者是酶，所需的通风发酵设备均应具有良好的传质和传热性能，结构严密，防杂菌污染，培养基流动与混合良好，良好的检测与控制。
常用的通风发酵罐有机械搅拌、气升环流式、鼓泡式和自吸式，其中机械搅拌通风发酵罐占主导地位。
枯草芽孢杆菌固态高密度发酵工艺条件的优化
meal, rice husk and straw were made into the solid-state fermentation medium. The best fermentation technology of
Bacillus subtilis was optimized by single factor test and orthogonal test of four factors and three levels. Results
721
单因素试验结果
3.2.1 发酵时间对活菌数的影响
发酵时间对枯草芽孢杆菌固态发酵产物中活菌
数的影响结果见图1，发酵时间达到25 h时，活菌数
数也在升高，当发酵时间达到 30 h 时，增长幅度减
下培养 12~14 h。取活化后的液体培养基 2 mL 接入
200 mL 液 体 培 养 基 进 行 扩 大 培 养 ， 置 于 37 ℃ 、
195 r·min-1 培养 3~6 h 后，作为种子液备用[14]。
2.2
固态发酵
将豆粕、稻壳、玉米秸秆粉碎后过筛，按表 1
的比例置于 500 mL 的烧杯中。将烧杯置于高压灭
质量比 631 为最佳配比，不但降低了原料成本，
同时也提高了粮食作物的性价比。
根据原料的市场保有量和价格设计不同的原料
配比，以固态发酵产物中的活菌数为指标，将豆
粕、玉米秸秆和稻壳按比例配制后进行固态发酵试
验，确定最佳原料配比，结果见表 3。
活菌数/（cfu·g-1）
451
5.2×107
631
玉米秸秆，购自吉林华展生物工程有限责任公司。
培养基
斜面培养基：蛋白胨 10.00 g·L- 1，酵母浸粉
发酵工艺：工程菌高密度发酵工艺开发策略8项(以大肠杆菌为例)
发酵工艺：工程菌高密度发酵工艺开发策略8项（以大肠杆菌为例）利用重组DNA技术获取的生物药物在人类文明史上具有划时代的意义。
许多价值高产量低的功能蛋白如干扰素、白细胞介素、集落刺激因子、生长激素、胰岛素、人血白蛋白、蛋白酶等都在工程菌中获得了高效率表达。
由于工程菌高密度培养能够提高单位体积的产量，在工业生产上可以提高效率降低成本。
所以，高密度培养一直都是发酵工程师们所追捧的热点。
本文就工程大肠杆菌高密度发酵工艺开发中涉及的关键控制点加以探讨。
1工程菌种稳定可靠的菌种是工业化大生产的有力保障，直接关系到生产效率和成本高低。
不同于传统诱变育种模式，在对待工程菌菌种问题上，有人认为基因工程菌种构建完成后无需经过严格单克隆筛选，既节约时间成本又大大减少了工作量，这其实是一个认识误区。
这样做出来的菌种很难连续稳定传代50次以上，给中试放大以及后续的长期稳定生产留下了隐患。
业内一般以能否稳定遗传50代作为判断工程菌种优劣的一个标准。
发酵所需的接种量不是越大越好，要适当。
接种量过小导致适应期过长，菌种易提前老化，也增加了杂菌污染的风险。
接种量过大会过早引起溶氧不足，导致发酵失控。
且营养物质消耗过快也会影响后期正常生长。
一般大肠杆菌接种量遵循逐级增大的原则，并将最后一级的放大倍数控制在10倍左右。
种子培养一定要在最佳条件下进行，培养时间不宜过长，当种子生长至最佳状态时果断移种。
如果种子做的不好，其负面影响往往在发酵中后期会有所体现。
工程菌种培养会加入抗生素，不仅是为了抑制杂菌生长，更重要的是为了给菌种形成正向的抗性筛选压力，及时淘汰质粒丢失的菌株或者衰老的菌体，保证质粒携带菌群的正常生长与表达。
2高密度发酵培养基除了必须的碳源以外，有机复合氮源在蛋白表达阶段不可或缺。
有机复合氮源可提供丰富的氨基酸、小肽、嘌呤、嘧啶、维生素、生物素以及一些生物活性物质，能减轻细胞代谢负担，促进外源蛋白表达。
如果酵母膏和蛋白胨是以流加的方式添加时，存在一种非常有趣的代谢机制：当流加培养基中只有酵母膏时，重组蛋白不稳定；而当流加培养基中只有蛋白胨时，大肠杆菌难以再利用其所产生的乙酸。
乳酸菌高密度培养技术的研究进展
左梦楠，刘伟，全琦，等. 乳酸菌高密度培养技术的研究进展[J]. 食品工业科技，2022，43（19）：436−445. doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2021090289ZUO Mengnan, LIU Wei, QUAN Qi, et al. Research Progress of Lactic Acid Bacteria High-density Culture Technology[J]. Science and Technology of Food Industry, 2022, 43(19): 436−445. (in Chinese with English abstract). doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2021090289· 专题综述 ·乳酸菌高密度培养技术的研究进展左梦楠1，刘 伟2,3,4, *，全 琦1，张菊华1,2,3,4,*（1.湖南大学研究生院隆平分院，湖南长沙 410000；2.湖南省农业科学院农产品加工研究所，湖南长沙 410000；3.果蔬贮藏加工与质量安全湖南省重点实验室，湖南长沙 410000；4.湖南省果蔬加工与质量安全国际科技创新合作基地，湖南长沙 410000）摘 要：乳酸菌对人类生活大有裨益，是工商业生产中极为重要的研究对象。
乳酸菌高密度培养是其工业化应用的重要步骤。
乳酸菌高密度培养可以较低的培养体积和较短的培养周期获得较高的菌体密度，提高发酵速度和发酵效果，应用于生产实践中能够减少后续发酵剂的使用量，并控制设备投资，降低生产成本。
乳酸菌高密度培养受到生产菌株、培养基成分、发酵条件以及发酵模式等因素的影响。
本文主要从乳酸菌高密度培养的营养消耗模式、培养基、培养条件、培养技术等方面进行综述，并展望了今后的研究方向，以期为乳酸菌发酵剂的高效制备及工业应用提供理论依据。
精选发酵工程07第七章发酵生产的设备
一、发酵罐
发酵罐的定义：是为一个特定生物化学过程的操作提供良好而满意的环境的容器。对于某些工艺来说，发酵罐是个密闭容器，同时附带精密控制系统；而对于另一些简单的工艺来说，发酵罐只是个开口容器，有时甚至简单到只要有一个开口的坑。
发酵罐系统
一个优良的发酵罐装置和组成（1）应具有严密的结构（2）良好的液体混合特性（3）好的传质相传热速率（4）具有配套而又可靠的检测、控制仪表
发酵罐容积
发酵罐采用圆柱形器身，底和顶为锥形盖，选取结构尺寸的比例关系如下：
由发酵罐的基本结构尺寸，可确定全罐表面积．罐体圆柱部分表面积F1和罐底罐顶表面积F2，F3分别为：
2．冷却面积和冷却装置主要结构尺寸
假定罐壁不包扎保温层，壁温最高可达35t，生产厂所在地区的夏季平均温度可查阅有关资料，现假定为32℃。
第四阶段：1960-1979年，机械搅拌通风发酵罐的容积增大到80-150m3。由于大规模生产单细胞蛋白的需要，又出现了压力循环和压力喷射型的发酵罐，它可以克服—些气体交换和热交换问题。计算机开始在发酵工业上得到广泛应用。第五阶段：1979年至今。生物工程和技术的迅猛发展，给发酵工业提出了新的课题。于是，大规模细胞培养发酵罐应运而生，胰岛素，干扰素等基因工程的产品走上商品化。
Q3=全罐总表面积× ac ×(t2-t1)
主发酵控制发酵液温度tw为30℃，按题意冷却水进出口温度分别为t1＝20℃，t2＝25℃
(4)传热总系数K值的确定选取蛇管为水煤气输送钢管，其规格为53/60mm，则管的横截面积为
考虑罐径较大，设罐内同心装两列蛇管，并同时进入冷却水，则水在管内流速为：
啤酒发酵容器的变迁过程
（2）开放式发酵容器向密闭式转变。小规模生产时，一般用开放式，对发酵的管理、泡沫形态的观察和醪液浓度的测定等比较方便。随着啤酒生产规模的扩大，发酵容器大型化，并为密闭式。从开放式转向密闭发酵的最大问题是发酵时被气泡带到表面的泡盖的处理。可用吸取法分离泡盖。
发酵与酿造的主要设备
发酵与酿造的主要设备
发酵与酿造是一门古老而复杂的工艺，在这个过程中需要使用多种设备来完成各种任务。
以下是发酵与酿造中主要使用的设备：
1. 发酵罐：发酵罐是用于将麦芽、酵母等原料进行发酵的设备。
它通常是一个密封的容器，可以控制温度和气压，以确保发酵过程顺利进行。
2. 酿造设备：酿造设备包括研磨设备、糖化设备、过滤设备等，用于将原料制成酿造所需的麦芽汁。
3. 冷却设备：冷却设备用于将热的麦芽汁降温至适合酵母生长的温度，以及用于冷却发酵后的酒精。
4. 搅拌设备：搅拌设备用于在发酵和酿造过程中搅拌原料和麦芽汁，以保持均匀的温度和浓度。
5. 瓶装设备：用于将成品装瓶，通常包括清洗瓶子、注入酒精饮料和封口的设备。
以上是发酵与酿造中主要使用的设备，每种设备都扮演着不可或缺的角色，保证了酿酒过程的顺利进行和成品的品质。
发酵与酿造的设备不仅仅是工具，更是酒类酿造师们的得力助手，能够帮助他们完成精湛的酒类酿造工艺。
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影响高密度发酵生产的因素
5 温度 细胞密度较高时，呼吸作用释放大量热量导致发酵液
的温度升高，因此发酵设备需要更快速有效的降温散热系 统。对于温控诱导表达的基因工程菌来说，诱导时机和持 续时间对于重组蛋白的产量由很大影响，因此对温度的稳 定性要求也更高。 6 其他
随着菌体浓度上升，发酵液粘度大大增加，需要减小 搅拌桨叶的剪切，并增加发酵液循环能力。
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二、发酵自动化控制系统
发酵过程的常规监控
1．温度 3. DO值 5. 补料 7．空气流量
2．pH值 4．泡沫 6．罐压 8．搅拌转速
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发酵自动化控制
1.温度控制
常规温度控制是由温度传感器检测，根据温度 设定值通入冷水降温或通入热水加热。控制原理简 单，但热水或冷水直接进入夹套容易造成罐内局部 过热或过冷，控温精度差。
发酵自动化控制
2.pH值控制
pH传感器检测，加酸碱调pH值。由于 从加入酸碱到pH传感器检测到数值变化有 一个滞后，必须采用PID算法控制，预留 出一个混合时间，防止补加过量。
另外设备上也要加强发酵液的循环混 合能力，使加入的酸碱液快速溶解。
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发酵自动化控制
3.溶氧控制
影响溶氧的因素比较多，可以进行关 联控制的有空气流量、罐内压力、搅拌转 速等。罐压增加不利于CO2的排出，一般发 酵压力都是固定的0.05～0.06MPa，不进 行调控。
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高密度发酵设备的不同
6 补料方式的改进 采用流加补料方式，始终保持合适的浓度，根据细菌生
长速度进行变速补料操作。 采用流加补料也起到限制副产物的积累作用，比如控制
碳源以减少乙酸的产生。同时新鲜物料的持续加入也有利于 CO2排出。
补料成分和补料量大小一般由大量的工艺摸索试验得出， 也可每过一段时间取样，根据检测结果调整补料速率。
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影响高密度发酵生产的因素
3 pH 随着细菌的生长，pH值会发生变化，需要补酸碱来保
持pH值在合适的范围内。
4 溶氧浓度 随着细菌生长，耗氧加大。特别是高密度发酵后期，
由于菌体密度的扩增，耗氧量极大，如不能满足对氧的供 给，会导致菌体生长极为缓慢，外源蛋白的表达量也较差。
但通气气流过大，会使发酵液产生大量泡沫，使罐的 有效利用率降低。
常规手动发酵罐进气流量手动设定， DO值跟转速关联控制，全自动发酵罐DO值 跟进气流量关联控制。
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发酵自动化控制
4.泡沫控制
罐内配置消泡桨来打碎泡沫，但有 些高营养的培养基容易起气泡，通气量 变大时泡沫也会多到没过消泡桨。
罐顶泡沫传感器检测，泡沫上升碰 触到传感器时进行流加消泡剂。采用 PID算法控制，防止补加过量。
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高密度发酵设备的不同
5 通气方式的改进 小型发酵罐主要是配置纯氧旁路，可通
入纯氧来增加溶氧。 大型发酵罐主要是利用文丘里管的引射
产生真空的原理，利用压缩空气的原有动能， 经喷咀（10mm—18mm）高速射出所产生 的负压和卷吸作用将罐中的液体吸入混合器 （文丘里管）中，在混合器中与气体剧烈混 合并达到乳化的效果。从而增大了气体与液 体的接触面积，减缓了气体在液体中逸出时 间，气体溶解效率得到极大提高。
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发酵自动化控制
5.补料控制
发酵补料根据菌种的同，补料量和补 料方式也有所不同。
有的菌种发酵时间短，不需补料；有的 发酵中途定量补加一次即可。对于发酵时间 较长的菌种和现在多数新出基因工程菌，一 般采用流加补料。以前的补料多采用计量杯 或计量罐补料，其操作复杂，且补料为脉冲 控制。由于可耐灭菌的高精度液体流量计的 普及，现在多采用流量计反馈调节阀控制连 续补料，其补料平缓且速度可控。
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高密度发酵设备的特点
1 加大高径比 高径比越大，氧气利用率越高，高密度发酵罐体高径
比加大到2.5～3：1
2 加大换热面积、增强换热效果 细菌密度增大时，产热快，需要快速有效的降温。
3 加大搅拌功率 随着菌体浓度上升，发酵液粘度大大增加，需要相应
增大搅拌功率，并增加发酵液的循环混合能力。
新的温度控制方法一是引入PID算法，由调节阀 控制进水流量连续调节，进水速度快慢由温差决定 ，使温度控制平稳，增加控温精度。二是配置一个 小的循环泵让夹套内的水进行内部循环，冷水或热 水对夹套内的水进行加热或冷却。由于采用间接控 温，而且夹套内的水一直在循环，温差小且均匀， 控温精度非常高。
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高密度发酵设备的特点
4 搅拌桨叶的改进 将多年累积的经验和现代CFD模拟技术
相结合，摸索出一种适合高密度发酵的、新 型组合搅拌桨叶。
下层采用六抛物线搅拌桨，其气液分散 能力可达六平叶涡轮桨的5倍，气液传质系 数比涡轮可提高60%，上层采用轴流式四宽 叶，强制发酵液在罐内循环，增强混合能力， 其宽大的叶片也增加了空气在液体中的滞留 时间，并且其剪切温和。
为了达到高密度，需要大量的基质浓度保障，但浓度 过高会抑制细菌生长。而且碳源、氮源及微量元素对细菌 的生长繁殖和外源蛋白的表达也有很大影响。
2 代谢副产物 乙酸、CO2等代谢副产物对细菌生长有抑制和毒害作
用。一般采用流加补料来限制副产物的积累，比如控制碳 源以减少乙酸的产生。新鲜物料的加入也有利于CO2排出。
发酵设备简述
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目录
一、高密度液体发酵工艺 二、自动化控制简述 三、发酵设备选型 四、发酵设备零部件配置
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一、高密度液体发酵工艺
高密度发酵：是指应用一定的培养技术和装置提高菌 体的发酵密度， 使菌体密度比普通发酵培养有显著的提 高，培养液中工程菌的菌体浓度在30g（DCW/L）以上，理 论上的最高值可达160～200g（DCW/L），不同发酵产品、 不同的发酵菌种之间差异是很大的。
高密度发酵的优势在于可以提高发酵罐内的菌体密度， 最终提高产物的比生产率，相应的减少了发酵罐的体积， 提高单位体积设备生产能力，并且降低生物量的分离、纯 化费用，缩短生产周期，从而达到降低生产成本，提高生 产效率。
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影响高密度发酵生产的因素
主要为：培养基；溶氧； pH；温度；代谢副产物 1 培养基：