自吸式发酵罐在搅拌的同时完成了充气作用。
优点：
1、省却空气压缩机及其辅助设备，减少厂房， 减少设备投资约30%。
2、设备便于自动化、连续化，降低劳动强度，减少 劳动力。
3、气泡小、气液均匀接触，溶氧系数高。
缺点：
进罐空气处于负压，增加了染菌的机会。 搅拌转速过高，菌丝易被搅拌器切断。
（四）高位筛板式发酵罐 （高位塔式发酵罐）
MBR的基本分类
内容
分类
膜组件
管式、板框式、中空纤维式
膜材料
有机膜、无机膜
压力驱动形式
外压式、抽吸式
生物反应器
好氧、厌氧
膜组件与生物反应器的 分置式、一体式（浸没式） 组合方式
2种反应器的区别
MBR 种类
分置式
一体式
压力驱 动形式
压力泵 加压 真空泵 抽吸
动力 消耗
大
小
管道 要求
需要
膜更换 和清洗 情况
（2）温湿度控制。温度数显，采用风量对温度进行反馈 控制;物料湿度采用全雾化补水系统进行调节。
（3） 在位接种与混匀。在位压差均匀接种,在发酵过程 中，利用罐内的物料混匀与破碎系统,做到均匀稳定发酵。
（4）动力驱动。利用调速电机调节发酵旋转速度,使不同 物性的物料，不同特性的菌种均能进行良好的发酵。
桨一体化结构，通气充分均匀
主要参数 ：
环境温度：15～35℃ 灭菌温度：100～130℃ 温度控制范围：20～40℃，±0.5℃ 转速控制范围：0～30rmp，±1%
（八）动物细胞培养用反应器
动物细胞培养应用举例
疫苗
小儿麻痹症疫苗、狂犬疫苗、脑炎疫苗、疱疹 疫苗、风疹疫苗
单克隆抗体 IgG、IgM、IgA等
生产生物活性化合物
黄曲霉素 曲霉素 细菌内毒素 赤霉素 玉米素 麦角素 头孢菌素 头孢菌素C 四环素
放线紫红 环孢菌素A 真菌酚
固态发酵的应用领域
生产酶
生产有机酸
纤维素酶 漆酶 聚半乳糖酶 木聚糖酶 乙酰乙酸酯酶 木糖酶 儿茶酚氧化酶 脂肪酶 谷氨酸酶
柠檬酸 反丁烯二酸 乳酸 五倍子酸
植酸酶
单宁酶
5.搅拌生物反应器
固态搅拌反应器有卧式的也有箱式的，卧 式搅拌反应器采用水平单轴，多个搅拌桨叶平 均分布于轴上，叶面与轴平行，相邻两叶相隔 180度。箱式搅拌反应器有采用垂直多轴的。 为减少剪切力的影响，通常采用间歇搅拌的方 式，而且搅拌转速较低。
BIOTECH-XSS 型
固体发酵罐特点
（1）在位灭菌与冷却。发酵罐内直接通入蒸汽，辅助以 特殊搅拌系统，达到在位高温灭菌的目的。与转盘式固体 发酵系统，耕槽式固体发酵系统相比，省却了固体物料蒸 料锅，无菌物料输送系统等大量的辅助设备。冷却采用真 空与通风相结合，同时调节灭菌后物料的含水率。
定子（导轮） 转子（叶轮）
关键部件：
定子（导轮）
转子（叶轮）
转子 （叶轮；有3、4、6、9叶；空心；带有中 央吸气口；直径为罐径的三分之一）
定子 （导轮）:16块具有一定曲率的翼片组成
自吸式发酵罐的充气原理：
启动前转子被液体浸没；转子高速旋转，液体、 空气在离心力作用下被甩向外缘，在转子的中心处形 成负压；于是将罐外的空气通过搅拌器中心的吸入管 而被吸入罐内；通过导轮使气液均匀分布甩出，并使 空气在循环的发酵液中分裂成细微的气泡。
空气 泵
流化床
பைடு நூலகம்
流出 喂料池
料液 进入
阀
转子 图6-23 流化床生物反应器示意图
4.转鼓式生物反应器(rotary bioreactor )
转鼓式固态发酵生物反应器通常为卧式或略 微倾斜。有连续旋转的，也有间歇旋转的。培 养过程中，转鼓的转速通常很低，否则剪切力 会使菌体受损。旋转时，罐内的小固体颗粒会 沿着罐壁滑动，达到散热和与空气接触之目的。
人孔 （梯子）
视镜（2，配灯）
进料管（培养液，酒母）
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 （上、下）
温度计接口
（上、下、顶）
冷却装置
中小型罐,多采用 罐顶喷水淋于罐外 壁表面进行膜状冷 却 (罐体底部四周 有收集槽)
大型罐 , 罐内 有冷却蛇管 (或与 外壁喷淋相结合)
玻璃管
蓄水池
图6-21 填充床反应器示意图
图6-22 通风曲槽培养室
天窗 曲室 风道 曲槽 曲料 筐架 鼓风机
电动机
3.流化床生物反应器
（fluidized-bed bioreactor)
通过流体的上升运动使固体颗粒维持在悬 浮状态进行反应的装置称为流化床反应器。流 化床中固体颗粒与流体的混合较充分，传热传 质性能好，床层压力降小，但是固体颗粒的磨 损较大。流化床可用于絮凝微生物、固定化酶 、固定化细胞反应过程以及固体基质的发酵。
β-葡萄糖苷酶 Li-和Mn-过氧化酶
生产其他化合物
L-谷氨酸 色素 胡萝卜素 黄原胶 琥珀酰甘露糖 乙醇 芳香化合物 维生素B12、B6 核黄素、硫胺素、烟 碱 亚油酸 生物表面活性剂 生物杀虫剂、除草剂
固态发酵主要适合于霉菌。这是由于霉 菌细胞内的渗透压比较高，不会因固体基 质的高渗透压而致死。
免疫调节剂 细胞生长因子、干扰素、白细胞活化因子、胸 腺素
酶
胰蛋白酶、尿激酶、胶原酶、胃蛋白酶
激素 生长激素、促红细胞生成素
1、 动物细胞培养过程的特点
动物细胞培养定义 将动物组织或细胞从机体取出，分
散成单个细胞，给予必要的条件，模 拟体内生长环境，使其在体外继续生 长和繁殖。
动物细胞与微生物细胞的性质比较
1、固态发酵的特点
（1）原料来源广，价格低廉。 （2）在霉菌发酵时就可以防止污染杂菌。 （3）能耗低。 （4）固态发酵的产物回收一般步骤少，
费用也省。
固态发酵与液态发酵相比的主要优、缺点
优点
1、培养基含水量少，废水、废渣少， 环境污染少，容易处理； 2、消耗低，供能设备简易； 3、培养基原料多为天然基质或废渣， 易得价廉； 4、设备和技术较简单，后处理方便； 5、产物浓度较高，后处理方便。
采用转鼓式反应器与填充床相比其优点在于 可以防止菌丝体与反应器黏连，转鼓旋转使筒 内的基质达到一定的混合程度，菌体所处的环 境比较均一，改善传质和传热状况。
转鼓反应器是一个包括基质床层、气相流动空 间和转鼓壁等组成的多相反应系统：
5 3 2
6
8
7
图6-24 转鼓式生物反应器示意图
1－空气入口 2－旋转连轴器 3－接合器 4－空气喷嘴 5－空气通道 6－辊子 7－转鼓 8－固体培养基
酒精和啤酒都属于嫌气发酵产物，其发酵 罐因不需要通入昂贵的无菌空气，因此在 设备放大、制造和操作时，都比好气发酵 设备简单得多。
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
方便
微生物失 设备占 活情况 地面积
有可能
大
不需 不方便 不失活
小
要
用于活性污泥与废水处理的MBR
各 种 类 型 的 膜 组 件
膜生物反应器的应用
截留细胞或酶 选择性供应或除去不同化学介质 酶和细胞的保护 迅速更换培养基 污水处理与回收
（六）厌氧发酵生物反应器
对这类发酵罐的要求是：能封闭；能承受 一定压力；有冷却设备；罐内尽量减少装 置，消灭死角，便于清洗灭菌。
填充床生物反应器是静置式反应器之一，比浅盘 发酵器优越性在于采用动力通风，可更好地控制反应 床中的环境条件，能调节温度及空气风速，反应床边 缘对流热量的去除效果比浅盘发酵好。填充床生物反
应器比浅盘式更易控制发酵参数。
发酵罐
液体循环
生长初始阶段的通风
生物量
硫化床
分部控制
蠕动泵
压缩机
空气过滤器
生长后期的通风
性质
大小 代谢调节方式
营养要求 生长速率 机械强度 环境适应性
动物细胞
10-100um 内部和激素
苛刻 倍增时间一般为12-60h 很差，缺乏保护性细胞壁
洗涤装置： 水力喷射洗涤装置
活络接头
（七）固态发酵生物反应器
固态发酵（solid state fermentation）又 称固体发酵，是指微生物在湿的固体培养基上生 长、繁殖、代谢的发酵过程，这种培养基含水量 在50％左右，亦有30％或70％等，所以也可称为 半固体发酵。如堆肥、青饲料发酵和酒曲生产等。 主要适合于霉菌。
(三）机械搅拌自吸式发酵罐
利用上下均有盖板的隐蔽式搅拌桨。通过与 桨叶紧密接触的吸气管把外界的空气经过空气过 滤器直接吸入搅拌桨的中心部位，然后与搅拌器 吸入的液体相混合并被分散和被液体所吸收。
此种发酵罐不需另通入压缩空气。
应用范围 医药工业、酵母工业、生产葡萄糖酸钙、力复霉素、
维生素C、酵母、蛋白酶等。
H / D = 7 左右 罐内装有若干块筛板，压缩空气由罐底导入，经过 筛板逐渐上升，气泡在上升过程中带动发酵液同时 上升，上升后的发酵液又通过筛板上带有液封作用 的降液管下降而形成循环。
特点：省去机械搅拌装置，造价低廉；但底部有 沉淀物；温度高时降温较难。
水平筛板：高径比大，利于 气体的分散和液体的循环运 动；
缺点
1、菌种限于耐低水活性的微生物； 2、发酵速度慢，周期较长； 3、天然成分复杂变化，影响发酵产物 得质和量，可能产生有害代谢产物； 4、工艺参数难检测和控制，模拟难； 5、产品少，工艺操作消耗劳力多，强 度大。
固态发酵存在一个显著特点，即菌体、基 质、产物均处于一个非均一的发酵系统中，尤 其是在一个大规模的固态发酵系统中，随着发 酵的进行，菌体呼吸产热，料芯散热慢，菌体 生长、基质利用和产物合成都处在一个非均匀 的系统之中，致使发酵不能稳定进行。