细胞发酵罐是生物工程中的一种重要培养装置，以下是对其详细的介绍：
一、原理
细胞发酵罐的原理是通过微生物在液体培养基中进行生长代谢活动而获得所需产物。其工作原理主要由搅拌、加热和通气等部分组成。
二、结构
1、罐体：细胞发酵罐的罐体多采用不锈钢材质，具有耐腐蚀、密封性强的特点，为微生物提供了一个封闭且适宜的生长环境。罐体的容积可根据需求进行定制，有小型、中试和大型等多种规格。
2、搅拌系统：搅拌系统包括电机传动机构（减速器）、桨叶驱动机构和轴向推进器等部件。通过搅拌，可以使发酵液混合均匀，确保营养物质和氧气分布无死角。
3、通气系统：通气系统源源不断地为微生物提供氧气，同时排出代谢产生的二氧化碳，维持发酵罐内的气体平衡。
4、温度控制系统：温度控制系统能够精确控制培养温度，确保微生物在最佳温度条件下生长和代谢。
5、pH控制系统：pH控制系统通过调节发酵液的酸碱度，为微生物提供一个稳定的生长环境。
6、消泡系统：消泡系统有效防止泡沫溢出，保持发酵过程的稳定。
此外，细胞发酵罐还可能配备其他辅助系统，如补料系统、取样系统、在线检测系统等，以满足不同实验和生产的需求。
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三、类型
根据搅拌方式的不同，细胞发酵罐可分为以下几种类型：
1、机械搅拌式发酵罐：机械搅拌式发酵罐可根据其搅拌形式分为通气式发酵罐、自吸式发酵罐等。通气式发酵罐又称为通用式发酵罐，是工业上最常用的一种微生物反应器，其优点是发酵液的pH值和温度易于控制，适合连续培养；缺点是设备结构复杂，难以清洗，且在丝状菌的培养过程中，细胞易受损伤。自吸式发酵罐不需要空压机供应压缩空气，它是利用搅拌器旋转时产生的负压吸入空气，优点是搅拌与供空气均由机械搅拌器完成，省去了空压机；缺点是吸程不高，须采用低阻力高效空气除菌装置，对无菌要求高的发酵不适应，且由于空气在搅拌时直接进入发酵罐，故对厌氧菌的发酵不适应。
2、鼓泡式发酵罐：鼓泡式发酵罐是借助鼓入空气而提供混合与传质所需的功率。空气与培养液由下部鼓入罐体，并以分散系通过筛板鼓泡。鼓泡式发酵罐结构简单，造价低，动力消耗较小，避免了机械搅拌因轴封不严带来的杂菌污染，减小了对丝状菌培养过程中的细胞易受损伤的程度。鼓泡式发酵罐一般较适用于培养液粘度低、固含量低、需氧量较低的发酵过程。
3、液体循环式发酵罐：液体循环式发酵罐包括气升环流式发酵罐和喷嘴环流式发酵罐等。气升式发酵罐不设机械搅拌，但在罐外设体外循环管，或在罐内设导流筒（拉力筒）。气升式发酵罐结构简单，造价低，动力消耗较小，同样避免了机械搅拌因轴封不严带来的杂菌污染问题，减小了对丝状菌培养过程中的细胞损伤。气升式发酵罐一般较适用于粘度低、固含量低的培养液。喷嘴环流式发酵罐采用机械泵引射压缩空气，在喷嘴处形成剪切力场，将射入的空气在液相中分散为小气泡。这些小气泡在罐内开始会积聚出较大的气泡，通过环流后将重新分散，从而加快了传质速率。与机械搅拌式发酵罐相比，在同样耗能的前提下，喷嘴环流式发酵罐的氧传质速率要高得多；与气升式发酵罐比较，喷嘴环流式发酵罐的适用氛围相对较广。
四、应用
细胞发酵罐在生物工程领域具有广泛的应用，如药品生产（抗生素、疫苗、生物活性物质等）、食品添加剂和功能性食品的生产、化妆品（天然护肤品、面膜等）的生产等。此外，细胞发酵罐还可作为高校、科研院所的实验设备，助力科研人员开展相关研究。
五、操作与维护
1、操作：细胞发酵罐的操作包括设计实验方案、发酵罐的检查与清洁、设备连接、培养基制备与灭菌、接种前的准备、参数设置与监控、样本采集与数据记录等步骤。在操作过程中，需要严格遵守实验室的安全规程，确保个人和他人的安全。
2、维护：细胞发酵罐的维护包括搅拌器的维护、上磁钢位置的调整、轴承的调换、过滤滤芯的更换、电磁阀的维护、球阀的维护、卡套接头的泄漏处理、空气软管的更换等。定期的维护和保养可以延长细胞发酵罐的使用寿命，确保其正常运行和实验结果的可靠性。
