1.发酵罐的分类和特点

发酵罐是进行大规模悬浮微生物培养的反应器，主要为微生物代谢提供一个优化稳定的物理与化学环境，使得微生物能更快更好地生长，得到更多需要的生物量或目标代谢产物；也是开展生物工程、微生物学、发酵工程、医药工业等科学研究所必需的设备，是发酵工业的心脏，是连接原料和产物的桥梁。工业化的发酵罐容积较大，均用钢板或不锈钢板卷焊而成；而实验室使用的小型发酵罐，其容积可从约1L至数百升。一般来说，10L以下的发酵罐多采用耐压玻璃制作罐体，10L以上的发酵罐则用不锈钢板或普通钢板制作罐体。罐体上设有米洛板或迷宫式夹套，可通入加热或冷却介质来进行循环加热或冷却。发酵罐还配备有控制器和各种电极，可以自动地调控实验所需要的培养条件。

发酵罐种类繁多，根据发酵所用的培养基可分为固体发酵罐和液体发酵罐；根据微生物类型，又分为嫌气和好气两大类，如酒精、啤酒和丙酮等产品需要嫌气发酵罐，谷氨酸、酶制剂和抗生素等好气发酵产品需要通风发酵罐，在发酵过程中需要不断通入无菌空气；根据发酵罐容积，一般认为500L以下的是实验室发酵罐，500～5000L是中试发酵罐，5000L以上是生产规模的发酵罐。

大多数生化反应都是好氧的，因此好气发酵罐是生产和实验室中最常见的发酵罐。好气发酵罐又称通风发酵罐，常见的通风发酵罐可分为机械搅拌式、气升式和自吸式三大类。机械搅拌式发酵罐采用机械搅拌实现反应体系的混合，强化传热和传质，促使氧在发酵液中溶解，以保证供给微生物生长繁殖、发酵所需要的氧气。它在生产工业和实验室中使用最为广泛，以实用性强、适应性强和放大相对容易著称，因此又称为通用型发酵罐。其主要组成部分有罐体、搅拌装置、传热装置、通气装置、进出料口和测量系统等，结构示意图见图4-1。

4-1　机械搅拌式发酵罐示意图

气升式发酵罐以压缩空气作为动力来源，把无菌空气通过喷嘴或喷孔喷射进发酵液中，通过气液混合物的湍流作用使得空气泡分割细碎，同时由于形成的气液混合物密度降低而向上运动，而气含率小的发酵液则下沉，形成循环流动，实现混合和溶氧传质。气升式发酵罐类型常见的有气升环流式、鼓泡式和空气喷射式等，其主要的结构包括罐体、上升管（通气管）和喷嘴等（图4-2）。

自吸式发酵罐的搅拌器由罐底向上伸入的主轴带动，叶轮旋转时叶片不断排开周围的液体使其背侧形成真空，由导气管吸入罐外空气，吸入的空气与发酵液充分混合后在叶轮末端排出，并立即通过导轮（又称定子及转子）向罐壁分散，经挡板折流涌向液面，均匀分布。自吸式发酵罐是一种不需要空气压缩机，而是在搅拌过程中自动吸入空气的发酵罐，这种设备的耗电量较小，能保证发酵所需的空气，并能使气液分离细小，均匀地接触，吸入的空气能被高效地利用，在生产葡萄糖酸钙、利福霉素、酵母等方面应用比较多。其主要组成是罐体、自吸搅拌器和导轮等，见图4-3。