微生物发酵罐

1 前言

生物反应工程与设备课程设计是生物工程专业一个重要的、综合性的实践教学环节，要求综合运用所学知识如生化反应工程与生物工程设备课程来解决生化工程实际问题，对培养我们全面的理论知识与工程素养，健全合理的知识结构具有重要作用。发酵罐是发酵设备中最重要、应用最广的设备，是发酵工业的心脏，是连接原料和产物的桥梁。随着工业技术的发展，市面上出现了种类繁多、功能更加完备的新型发酵罐。如何选择或者设计一种合适的发酵罐将会成为一个研究热点。本文旨在通过相应的参数计算和设备计算完成年产20吨庆大霉素的机械通风发酵罐初步设计。

2 常见的发酵罐

2.1机械搅拌通风发酵罐

机械搅拌发酵罐是利用机械搅拌器的作用，使空气和发酵液充分混合，促使氧在发酵液中溶解，以保证供给微生物生长繁殖、发酵所需的氧气,又称通用式发酵罐。可用于啤酒发酵、白酒发酵、柠檬酸发酵、生物发酵等。

图1 机械通风发酵罐

2.2气升式发酵罐

气升式发酵罐把无菌空气通过喷嘴

喷射进发酵液中，通过气液混合物的湍流作用而使空气泡打碎，同时由于形成的气液混合物密度降低故向上运动，而含气率小的发酵液下沉，形成循环流动，实现混合与溶氧传质。其结构简单、不易染菌、溶氧

微生物工程课程设计

设计说明书

50M3机械搅拌通风发酵罐的设计

起止日期： 2013 年 6 月 24 日 至 2013 年 7 月 5 日

学班学成

生姓名 级 号 绩

生物技术班

指导教师(签字)

、

包装与材料工程学院 2013年6 月 30 日

0

目 录

第一章 设计方案的分析、拟定 .............................. 3 第二章 谷氨酸的发酵工艺 .................................. 5

2.1发酵法概述 .................................................. 5

2.1.1 原料的预处理及糖化 ....................................... 7

2.1.1.1 生产原料简介........................................ 7 2.1.1.2 原料处理[2] .......................................... 7 2.2 培养基的制备...................................

醋酸菌应用介绍 一、醋酸菌的发现及种类

人类食用醋已有几千年的历史了，然而发现食醋发酵微生物为醋酸菌却是在140多年前。初始阐明食醋微生物系醋酸菌是在1868年，pasteur(1822-1895)继乳酸发酵及酒精发酵研究之后，才发表了醋酸发酵的研究报告，这也是最早的醋酸菌发酵的研究，并命名醋酸发酵液面上的菌膜(微生物)为Micoderma aceti。

目前醋酸菌在食醋酿造工业上的醋酸发酵及维生素C制造工业上的山梨酸发酵发挥着重要作用。但这两个工业上应用的醋酸菌是两种不同性能的醋酸菌，亦即醋酸菌有两大属，即醋酸杆菌属(Acetobaeter)及葡萄糖酸杆菌属(Gluconobaceter)。二者都可以氧化乙醇生成醋酸，因而统称之为醋酸菌，与其它微生物有明显的区别。但醋酸杆菌属的菌，在醋酸发酵时具有强大的氧化能力;而葡萄糖酸杆菌属的醋酸菌主要用于山梨醇发酵，具有强大的氧化葡萄糖等糖类的能力，因而近来，根据其特性，开始应用于生产含大量葡萄糖酸的饮料。这些成分也是食醋中酸类主要组成成分。然而，醋酸杆菌属从葡萄糖生成其对应葡萄糖酸的力量虽然很弱，但还是具有氧化葡萄糖的性能。氧化酒精能力强的醋酸杆菌多生

机械搅拌通风发酵罐的设计

生物反应器是生物加工过程的关键设备。

我们将通过一个实际设计的过程来考察同学们对本节的掌握情况。

发酵罐设计基本原则

（１）在发酵系统的已灭菌部分与未灭菌部分之间不应直接连通。 （２）尽量减少法兰连接。

（３）尽可能采用全部焊接结构

（４）防止死角，裂缝，因为固体物质可在这些地方蓄积，为污染菌提供避开菌的绝热环境。

（５）发酵系统的某些部分能单独灭菌。

（６）与发酵罐相通的任何连接都应蒸汽密封。如采样口的阀门在不使用时，其出口处应有流动蒸汽通过。

（７）所用阀门应易于清洗，维修和灭菌。 （８）发酵罐始终保持正压以排除渗漏。

（９）几乎所有的发酵罐都有由玻璃或不钢制成。

（１０）多数发酵罐的底部和顶部都有是碟形或椭圆形。

（１１）由罐顶部进入的轴由于轴较长容易颤抖。因而往往采用底式搅拌轴，应很好地解决渗漏和污染问题。

（１２）发酵罐的功率输入为：实验室小型罐为8～10 W/L，中型罐3～5 W/L，大型罐1～3 W/L。

设计要求:

1. 几何尺寸的确定 2. 罐体壁厚（见P22) 3. 冷却面积计算

4. 搅拌轴功率的计算并确定轴径（略） 5. 选用电机及变速装置（估选）

生物工程：

高径比为2.5，南方某

微生物工程课程设计

设计说明书

50M3机械搅拌通风发酵罐的设计

起止日期： 2013 年 6 月 24 日 至 2013 年 7 月 5 日

学班学成

生姓名 级 号 绩

生物技术班

指导教师(签字)

、

包装与材料工程学院 2013年6 月 30 日

0

目 录

第一章 设计方案的分析、拟定 .............................. 3 第二章 谷氨酸的发酵工艺 .................................. 5

2.1发酵法概述 .................................................. 5

2.1.1 原料的预处理及糖化 ....................................... 7

2.1.1.1 生产原料简介........................................ 7 2.1.1.2 原料处理[2] .......................................... 7 2.2 培养基的制备...................................

文件类别 文件标题 发放部门 起草人/日期 批准/日期 发酵罐操作规程 文件编号 页码 第 1 页 共6 页 审核/日期 执行日期 1 目的: 制定发酵罐的正确使用清洁保养方法，规范生产部对发酵罐的清洁操作。严格按照本操作规程操作，不得随意更改操作规程。

2 范围: 发酵罐灭菌.

3. 职责: 所有使用发酵罐的人员对本制度的执行负责。 4. 程序：

4.1 发酵罐灭菌操作步骤 4.1.1 准备工作 4.1.1.1空气源的检查

4.1.1.1.1主要检查空气压力在0.2—0.25MPa之间。 4.1.1.2管道，阀门的检查

4.1.1.2.1检查管道，阀门是否有泄漏。如有泄漏，应进行调整。

4.1.1.3电气仪表的检查

4.1.1.3.1检查发酵罐温度显示是否准确;检查压力表,安全阀。

4.1.1.4 pH、DO值的校正

4.1.1.4.1校正pH、DO电极(详见pH、DO电极使用操作)。

4.1.1.4.2将校正好的pH、DO电极插入安装孔内,并用螺母旋紧,可靠固定。

4.1.1.5纯蒸汽的检查

4.1.1.5.1检查管道是否已有纯蒸汽 4.1.2 精过滤器灭菌

4.1.2.1 调节蒸汽总过滤器前总蒸汽阀，使其压力在0.12-

一、名词解释

1、微生物：微生物是包括细菌、病毒、真菌以及一些小型的原生动物等在内的一大类生物群体，它个体微小，却与人类生活密切相关。微生物在自然界中可谓“无处不在，无处不有”，涵盖了有益有害的众多种类，广泛涉及健康、医药、工农业、环保等诸多领域

2、巴氏消毒法：巴氏灭菌法亦称低温消毒法，冷杀菌法，是一种利用较低的温度既可杀死病菌又能保持物品中营养物质风味不变的消毒法

3、菌落：细菌在固体培养基上生长发育，几天内即可幼苗聚集起来，形成肉眼可见的群体。通常称之为菌落。由一个或几个细胞分裂繁殖成千上万个细胞。 4、科赫法则：①在每一病例中都出现这种微生物；②要从寄主分离出这样的微生物并在培养基中培养出来；③用这种微生物的纯培养接种健康而敏感的寄主，同样的疾病会重复发生；④从试验发病的寄主中能再度分离培养出这种微生物来 5、完全培养基：指培养细胞时，具备可使其最大限度地生长和繁殖的条件，而含有满足各种营养缺陷突变型要求的培养基

6、芽孢：是指细胞生长发育后期，细胞内出现一个圆形或椭圆形的壁厚、含水量极低、抗逆性极强的休眠体结构。

7、荚膜：荚膜是某些细菌在细胞壁外包围的一层粘液性物质，一般由糖和多肽组成

8、变态反应：在有些动物的个体发育中，其形态

生物反应器 (发酵罐)

厌氧发酵罐 (嫌气发酵罐) 发酵罐好氧发酵罐 (通风发酵罐)

第一节 厌氧发酵罐酒精 丙酮 丁 醇 乳酸 啤酒等

酒精发酵罐1 冷却水入口 2 取样口 3 压力表 4 CO2 出口 5 喷淋水入口 6 料液及酒母入口 7 人孔 8 冷却水出口 9 温度计 10 喷淋水收集槽 11 喷淋水出口 12 发酵液及污水排出口

一、形状 筒体为圆柱形，底盖和顶盖为锥形或碟形 二、结构尺寸 D-----罐的直径 推荐比例

H-----圆柱部分的高度h1-----罐底高度

H=1.1~1.5Dh1=0.1 ~ 0.14D

h2-----罐盖高度

h2=0.05 ~ 0.1D

发酵罐全容积 V = π D2 (H+h1/3+h2/3) /4

V = VL / V-----发酵罐的全容积 (m3)

VL-----进入发酵罐的发酵液量 (有效容积) (m3) ------装液系数 (一般取0.8~0.9) D-----罐的直径 H-----圆柱部分的高度

h1-----罐底高度 h2-----罐盖高度

据发酵罐的全容积V和H/D即可确定发酵罐的结构尺寸

三、 配置

人孔视镜 进料管

压力表和测量仪器的接口CO2出口 (回收管) 排料口和排污口 取样口 温度计接口 冷

《微生物发酵工程》

第一章 概述

一、发酵的定义（fermentation) 1、传统发酵 “fervere” ?发泡

酵母菌在无氧条件下作用于果汁或麦芽汁中的糖类物质产生气泡（CO2）的现象。 2、生化意义的发酵（狭义的定义）

指微生物在无氧条件下，降解各种有机物质，同时积累简单的有机物并产生能量的生物氧化过程。

3、工业上的发酵

泛指利用微生物制造或生产有用产品的过程。 酿造产品举例：啤酒、葡萄酒、酸奶、酱油、腐乳等；

发酵产品举例：有机溶剂、抗生素、氨基酸、酶制剂、维生素等。

? 酿造：我国人民对一些特定产品发酵生产的特殊称法， 是未知的混合微生物系参与的

一种自然发酵。

（1）发酵分类

? 按照对氧气的需求分类：

1) 厌氧发酵的生产过程，如酒精，乳酸等。

2) 好氧（通气）发酵的生产过程，如抗生素、氨基酸、酶制剂等。 3) 兼性厌氧发酵，如酵母产酒精

? 按照培养基的物理状态分类： ① 液体发酵； ② 固体发酵。 （2） 获得发酵产品的条件

? 优良的微生物

? 保证或控制微生物进行代谢的各种条件 ? 进行微生物发酵的设备 （3） 发酵产品的类型

? 菌体； ? 酶；

? 代谢产物；

发酵罐操作规程3

文件类别 文件编号

文件标题 发酵罐操作规程 页码

第 1 页 共6 页 发放部门

起草人/日期 审核/日期 批准/日期

执行日期

1 目的: 制定发酵罐的正确使用清洁保养方法，规范生产部对发酵罐的清洁操作。严格按照本操作规程操作，不得随意更改操作规程。

2 范围: 发酵罐灭菌.

3. 职责: 所有使用发酵罐的人员对本制度的执行负责。 4. 程序： 4.1 发酵罐灭菌操作步骤 4.1.1 准备工作 4.1.1.1空气源的检查

4.1.1.1.1主要检查空气压力在0.2—0.25MPa之间。 4.1.1.2管道，阀门的检查 4.1.1.2.1检查管道，阀门是否有泄漏。如有泄漏，应进行调整。 4.1.1.3电气仪表的检查

4.1.1.3.1检查发酵罐温度显示是否准确;检查压力表,安全阀。 4.1.1.4 pH、DO值的校正

4.1.1.4.1校正pH、DO电极(详见pH、DO电极使用操作)。

2014年度细分行业报告汇集 制造行业报告 互联网行业报告 农林牧渔行业报告

4.1.1.4.2将校正好的pH、DO电极插入安装孔内,并用螺母旋紧,