第二部分　应用性实验

实验一　小型发酵罐的结构与使用

1.了解小型发酵罐的基本结构、原理，熟悉发酵罐的主要结构并画图。

2.学习发酵罐的使用。

各厂家生产的发酵罐会有所差别，但基本原理是相同的，基本结构是类似的。现以一台德国产Micro DCU-Twin-system小型机械搅拌通风式发酵罐为例，说明小型发酵罐的结构。

小型发酵罐结构可分为罐体和控制器两部分，主要由罐体、搅拌器、轴封、空气分布器、传动装置和冷却管等组成。发酵罐的结构及几何尺寸已规范设计，视发酵种类、厂房条件、罐体和规模在一定范围内变动。发酵罐的几何尺寸比例规定为：H/D=1.7～3.5，Di/D=1/2～1/3，S/Di=2～5等。

1.罐体

罐体为一硬质玻璃圆筒，顶端用不锈钢及橡胶垫圈密封构成，容积为5L。

顶盖上有多个孔口，见图2-1。

图2-1　发酵罐顶盖，各指示孔口

1—加料及接种口；2—放置温度电极口；3—放置DO（溶解氧）电极口；4—补料口；5—冷凝管口；6—取样口；7—冷却器口；8—放置pH电极口；9—进气口；10—放置搅拌器口

发酵罐放置在罐座上，罐座除支持发酵罐外，还有搅拌器转动装置、冷却装置等。

2.控制器

控制器能够完成基本的控制功能，它由下列几部分构成。

（1）主控制器

① 参数输入及显示装置，用以输入控制发酵条件的各种参数及显示发酵过程中罐内培养液的温度，pH、DO（溶氧）的测定数值。

② 用以校正pH电极和DO电极等。

③ 自动或人工控制按钮：用以决定本控制器是处在自动控制（Auto）或人工控制（man）状态。

④ 报警按钮：当发酵过程中，电路上发生故障或电极信号超出设定范围，如温度、转速或DO值超出本机的设定值，则显示屏上出现相应的提示信号，并发出“嘀、嘀”声。按“Enter”键则“嘀、嘀”声可暂时消除，但只有当故障排除，报警信号才能停止报警。

（2）蠕动泵　用以向发酵罐加入酸液、碱液以调节培养液中的pH。用以向发酵罐加入消泡剂，以消除发酵过程中产生的过多泡沫。用以向发酵罐进行补料。

（3）搅拌装置　用以调节搅拌桨的转速。可自动也可手动调节。

（4）电极电导连线　本机的连接导线用以连接控制发酵罐的DO、pH、温度、泡沫、转速、电机启动、加热和冷却。

（5）空气调节装置　控制器的空气调节装置由进气口、出气口、空气减压阀、空气压力表、空气流量调节阀和空气流量计组成，用以调节进入发酵罐的空气流量及压力。进气管与空气压缩机相连；出气管与发酵罐之间接有空气过滤器，以滤除空气中的微生物，避免染菌。

在主控制器可以进行pH电极、DO电极和蠕动泵等的校正，校正好的电极才能正常地测量出发酵过程中的检测参数，而蠕动泵才能根据主控制发出的命令行使正确的功能。

1. pH的校正

（1）按Calibration到pH菜单，将Auto改为man，按Enter确认；将光标移到Temp，输入校正温度（即缓冲液的温度），按Enter确认。

（2）将光标移到Bufz，输入校正温度相对应的pH值，按Enter确认，将pH电极头部浸入pH7.0缓冲液中，待pH值稳定后按Enter确认。

（3）将光标移到Bufs，输入校正温度相对应的pH值，按Enter确认，将pH电极头部浸入pH4.0或pH9.0缓冲液中，待pH值稳定后按Enter确认。

2. pO2的校正

（1）按Calibration两次到pO2菜单，将Auto改为man，按Enter确认。

（2）将光标移到Temp，输入温度，按Enter确认。

（3）将光标移到NITR，按Enter确认；通入N2，待pO2值稳定后按Enter确认。

也可用0.25mol/L Na2SO3溶液（内含0.01mol/L CuSO4作催化剂）校正零点。

（4）将光标移到AIR，按Enter确认；通入空气，待pO2值稳定后按Enter确认。以室温、常压下蒸馏水中氧的饱和值作为100%。

3. Acid、Base、Afoam、Level蠕动泵的校正

（1）将硅胶管夹入相应的泵中，入口处放置清水，将硅胶管中充满清水，并在出口处放一量筒或量杯。

（2）按Calibration到相应的泵的校正菜单，按ALTER键将Total改为Calib后按Enter确认，光标移至Start，按Enter确认，变为stop，待液体达到一定量时按Enter确认。

（3）光标移至Total，输入流过的液体的量，按Enter确认后，光标自动移至Flow，并换算出该泵的流量。

在主控制器上可以进行温度、pH、pO2、转速、空气流量、消泡和补料等控制。

1.温度的控制

（1）按Control Loop至Temp菜单，将光标移至Setp，输入设定温度值，按Enter确认。

（2）将光标移至mode，将off改为auto，按Enter确认。

2. pH的控制

（1）按Control Loop至pH菜单，将光标移至Setp，输入设定pH值，按Enter确认。

（2）将光标移至mode，将off改为auto，按Enter确认。

3. pO2的控制

（1）按Control Loop至pO2菜单，将光标移至Setp，输入设定pO2值，按Enter确认。

（2）将光标移至mode，按Enter确认后，光标移至Stirr，根据实际需要选择控制方式后按Enter确认。

（3）将光标移至mode，将off改为auto，按Enter确认。

4.转速的控制

（1）按Control Loop至Stirr菜单，将光标移至Setp，输入设定转速，按Enter确认。

（2）将光标移至mode，将off改为auto，按Enter确认。

（3）当pO2控制方式为Stirr时，上述操作均不能进行。

（4）当pO2控制方式为Stirr时，为维持一定的转速或防止转速过高时，可通过以下步骤进行：

① 将光标移至Para，输入19后按Enter进入下一级菜单；

② 光标移至min，根据需要输入最低转速对应的百分率，按Enter确认；

③ 光标移至max，根据需要输入最高转速对应的百分率，按Enter确认。

① 从玻璃罐拔离与其相连的Level、Foam、pH、pO2电极线，同时取下搅拌电机。

② 检查pO2电极、pH电极是否安装好。

③ 用牛皮纸或锡箔纸包好进排气滤器口、电极接线孔，夹好硅胶管。

④ 小心地将玻璃罐放入高压锅灭菌。

⑤ 高压灭菌后，待玻璃罐的温度降至常温后取出。

① 每次发酵结束应及时检查并清洗进气及排气过滤器。

② 定期检查O形圈并及时更换。

③ pH电极在不使用时应将电极头浸泡在电极液中保存。

④ pH电极应定期清洁。

⑤ 在长期不用时就将pO2电极头中的电解液倒出，重新使用时再加入。

⑥ 每月至少开机运行二次，每次不少于1h。

注：仪器运行过程中必须保证水、电、空气的供应。

1.画出小型发酵罐的基本结构并标出基本尺寸；计算H/D、Di/D、S/Di，说明是否符合规范设计？

2.画出主控制器的正面图。

3.写出主功能键Process Values、Calibration和Control Loop的功能。

Process Values：显示过程值；

Calibration：校正键，用于实验检测中初始值的校正；

Control Loop：控制循环键（主要是对温度的控制和搅拌器转速的控制）。