1、发酵罐应用概述
发酵罐是工业生物技术领域中用于微生物发酵过程的核心设备，其应用范围广泛且重要。在医药行业，它是生产抗生素（如青霉素、头孢类）、维生素、疫苗、干扰素等生物制品的关键设备，通过调控微生物的生长环境，实现目标产物的大量合成。
在食品与饮料行业，发酵罐被用于啤酒酿造、酸奶发酵、酱油和醋的生产以及味精制造等。例如，啤酒发酵罐为酵母菌提供适宜的温度、pH 值和氧气条件，促使其将麦芽汁中的糖分转化为酒精和二氧化碳。
生物能源领域也离不开发酵罐，它可用于生产乙醇（燃料酒精）、生物柴油等，通过微生物发酵将秸秆、甘蔗渣等生物质转化为能源物质。
此外，在农业领域，发酵罐用于生产生物农药、生物肥料等；在环保领域，可用于处理工业废水、生活污水中的有机物，利用微生物的代谢作用实现污染物的降解。
2、发酵罐结构特性
发酵罐的结构设计围绕着为微生物生长和代谢提供适宜环境、保证发酵过程高效稳定进行的目标，具有以下显著特性：
良好的密封性是发酵罐的重要特性之一，能够有效防止外界杂菌的污染，同时避免发酵过程中产生的气体或挥发性物质泄漏，确保发酵体系的纯净度，这对于纯种发酵尤为关键。
高效的传质与传热能力必不可少。在发酵过程中，微生物需要氧气（对于好氧发酵）、营养物质等，发酵罐的结构设计需保证这些物质能够均匀、高效地传递到微生物细胞周围；同时，发酵过程中会产生热量，合理的结构能使热量及时散发，维持发酵体系温度的稳定。
搅拌均匀性也是其结构特性的体现，通过搅拌装置使发酵液中的营养物质、氧气、微生物细胞等混合均匀，避免局部浓度过高或过低，保证微生物生长环境的一致性。
另外，发酵罐还具有易清洁性，与物料接触的表面通常采用光滑的不锈钢材质，且结构设计便于清洗和灭菌，符合 GMP 等相关标准要求，减少发酵批次之间的交叉污染。
3、发酵罐主要结构与配置说明
发酵罐的主要结构和配置相互配合，共同保障发酵过程的顺利进行，具体如下：
罐体：通常由不锈钢（如 304、316L）制成，是容纳发酵液和微生物的容器，其形状多为圆柱形，底部为锥形或椭圆形，便于排料和清洗。罐体上设有各种接口，用于安装其他部件。
搅拌系统：包括搅拌电机、搅拌轴和搅拌桨。搅拌电机提供动力，通过搅拌轴带动搅拌桨旋转，实现发酵液的混合、传质和传热。常见的搅拌桨有平直叶桨、斜叶桨、推进式桨等，可根据发酵需求选择。
通气系统：对于好氧发酵，通气系统至关重要，由空气过滤器、空气分布器等组成。空气过滤器用于过滤进入罐体的空气，去除其中的杂菌和杂质；空气分布器将无菌空气均匀地分布到发酵液中，为微生物提供氧气。
温控系统：一般由夹套或盘管、温度传感器和控温装置构成。夹套或盘管内通入热水、冷水或蒸汽，通过热交换调节发酵液的温度；温度传感器实时监测温度，控温装置根据设定值自动调节介质的通入量。
pH 控制系统：包括 pH 传感器、加酸 / 加碱装置。pH 传感器监测发酵液的 pH 值，当偏离设定范围时，加酸或加碱装置自动添加相应的酸碱溶液，维持 pH 稳定。
液位控制系统：通过液位传感器监测发酵液的液位，可与进料泵等配合，实现自动进料，控制发酵液的体积。
取样装置：用于在发酵过程中采集发酵液样品，以便进行成分分析和过程监测，通常采用无菌取样阀，保证取样过程不污染发酵体系。
控制系统：由控制柜和相关仪表组成，可对温度、pH 值、搅拌转速、通气量等参数进行实时监测和自动控制，提高发酵过程的自动化程度和稳定性。
4、发酵罐主要规格及主要技术参数
发酵罐的规格和技术参数因应用场景和生产需求的不同而有较大差异，以下为常见的主要规格及技术参数：
主要规格：发酵罐的容积是其主要规格之一，实验室用发酵罐容积通常较小，一般在 1 - 100L 之间；中试规模的发酵罐容积多为 100 - 5000L；工业生产用发酵罐容积则较大，可从几立方米到几百立方米不等，甚至更大，如 5m³、10m³、50m³、100m³、500m³ 等。
主要技术参数：
搅拌转速：一般可调节，范围通常为 50 - 500r/min，部分特殊发酵罐可更高，通过调节搅拌转速满足不同发酵体系的混合和传质需求。
通气量：以单位体积发酵液每分钟通入的空气体积（VVM）表示，好氧发酵罐的通气量一般为 0.5 - 2.0VVM，根据微生物的需氧特性进行调整。
温度控制范围：通常为 20 - 60℃，控制精度可达 ±0.5℃，确保发酵过程在适宜的温度下进行。
pH 控制范围：一般为 2.0 - 10.0，控制精度为 ±0.1pH，维持微生物生长和代谢所需的酸碱环境。
工作压力：罐体工作压力通常为 0.2 - 0.4MPa（表压），夹套或盘管的工作压力一般为 0.3 - 0.5MPa（表压），以满足灭菌和发酵过程的压力要求。
灭菌温度：一般可达到 121℃，用于发酵前对罐体和培养基进行灭菌处理，保证发酵体系的无菌状态。