益生菌的液态好氧发酵生产

   液态好氧发酵是采用液体培养基在发酵罐内进行的一种搅拌通气培养，主要通过机械搅拌通风发酵罐进行，具体操作是：将原料加水调成液体培养基，置发酵罐中蒸汽灭菌，待冷却至一定温度后，接入预先培养的种子，边搅拌边通入无菌空气进行培养。液态好氧发酵过程中应控制温度、通气、搅拌、pH、发酵泡沫等。液态好氧发酵自动化程度高、发酵条件易控制、原料利用率高、产品质量稳定，是目前广泛应用的益生菌生产方法，但液态好氧发酵是在无杂菌污染下进行的，对机械设备和技术管理要求更为严格，如发酵设备要求绝对不能有渗漏、通入空气必须确保无菌等。可以通过液态好氧发酵法生产芽孢杆菌类、酵母菌等好氧性益生菌。

   机械搅拌通风发酵罐主要由罐体、搅拌装置、传热装置、通气装置、消泡装置、进出料口、测量控制系统和附属系统组成(图3—4）

  （1）罐体 大型发酵罐由圆柱体和椭圆形或碟形封头焊接而成，罐径在1 m以下的小发酵罐封头和罐身可采用法兰连接，为便于清洗，罐顶设有清洗手孔。为满足工艺要求，罐体应承受130℃高温和0．25 MPa以上的绝对压力。常用的机械通风发酵罐的结构和主要几何尺寸已标准化设计，根据发酵种类、规模等在一定范围内选择。有实验室的1 L、3L、5 L、10 L和30 L罐，中试车间的50 L、100 L及500L罐，生产使用的5 m³ 、1 0 m³、50 m8、100 m³、200 m³发酵罐等。

     
   (2)搅拌装置机械搅拌器的主要功能是使罐内物料混合与传质，使通人的空气分散成气泡并与发酵液混合均匀，增加气液接触界面，提高气液间的传质速率，强化溶氧及消泡，使发酵液中的固形物料保持悬浮状态，从而维持气一液一固三相的混合传质，同时强化热量的传递。搅拌装置上通常设有防止液面中心产生旋涡的4～6个挡板，可满足“全挡板条件”。所谓“全挡板条件”是指在发酵罐内再增加挡板或其他附件时，搅拌功率保持不变，而旋涡基本消失。发酵罐内立式冷却列管、排管和蛇管等装置也起一定的挡板作用。

    搅拌器的搅拌轴与罐体的密封非常重要，若密封不严，极易造成泄漏和杂菌污染，常采用轴封。常用的轴封为端面机械轴封，有单端和双端面机械轴封，一般发酵罐的搅拌电机装在罐顶，采用上伸轴，其轴封采用单端面轴封。对于大型发酵罐，可将电机装在罐底，使发酵罐的重心降低、搅拌轴的长度缩短，稳定性提高，而且还可使发酵罐的操作面机械传动噪声降低，发酵罐顶部可用来安装高效的机械消泡装置和其他自控部件，采用下伸轴，对密封要求更为严格，通常采用双端面轴封，而双端面轴封的使用增加了检修难度。

   (3)传热装置发酵罐的传热装置有夹套、盘管或列管。一般容积在5 m³以下的发酵罐采用外夹套，容积大于5 m³的发酵罐一般采用立式蛇管或列管作为传热装置。温度的控制通过测温传感器和冷却液阀门进行调节。

   (4)通气装置一般空气进口压力为O．1～O．2 MPa(表压)，通过空气分布器将通入的无菌空气分布到发酵液中。分布器的形式有单管式和环形管式等，常采用单管式，管口向下，距罐底距离4 cm，空气分布效果较好，同时可避免固体物料在管口堆积或罐底沉降堆积。若距离过大，分布效果则较差。环型管式分布器的环管开有向下的小孔，环管的环径应小于搅拌器叶轮直径。由于气泡分布主要是依靠搅拌器的剪切作用来破碎，而通风量在3 mL／min以下时，喷出的气泡直径才与空气喷孔直径的1／3次方成正比，即空气喷孔直径越小，气泡直径越小，溶氧传质系数越大，实际生产过程中通风量超过此范围，此时气泡直径与风量有关，而与喷孔大小无关，因此单管的分布效果并不低于环形管；另外由于环形管的空气喷孔容易堵塞，已很少采用，只有中、小型发酵罐使用。

   (5)消泡装置用于消除产生的泡沫。发酵液中含有蛋白质等发泡物质，在通气搅拌下将会产生大量的泡沫，发泡严重时会导致发酵液随排风外溢而增加染菌机会。最简单实用的消泡装置为耙式消泡器，直接安装在搅拌轴上，消泡耙齿底部高于发酵液面适当高度。另外还有半封闭式涡轮消泡器、离心式消泡器和碟片式离心消泡器等，但这些消泡装置须装在发酵罐的罐顶，消泡后的发酵液重新流入罐内，增加染菌机会。

   (6)进出料口 罐顶设有进料口和补料口，罐底有出料口，有时发酵罐的出料口和进风口采用同一根管子，可减少开口。

   (7)测量控制系统采用传感器系统，用以测量温度、pH、溶氧等，传感器要求能承受灭菌温度及保持长时间稳定。

   (8)附属系统包括视镜、取样管等，用以观察检测发酵液的情况。

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