平行生物發(fā)酵罐通常由多個獨(dú)立的小型發(fā)酵罐組成，這些小型發(fā)酵罐通過集成的自動控制系統(tǒng)進(jìn)行并行操作和數(shù)據(jù)采集。每個發(fā)酵罐都能夠單獨(dú)設(shè)置不同的操作條件，如溫度、pH值、溶解氧濃度、氣體流量等，以便進(jìn)行不同的實(shí)驗(yàn)，比較不同條件下的微生物生長和產(chǎn)物生成情況。
原理上，平行發(fā)酵罐通過并行操作能夠大幅度提高發(fā)酵實(shí)驗(yàn)的效率。在多個小規(guī)模發(fā)酵罐中，操作人員可以快速調(diào)整和優(yōu)化各種變量，實(shí)時監(jiān)控實(shí)驗(yàn)過程的變化，為大規(guī)模生產(chǎn)提供精確的數(shù)據(jù)支持。每個小罐中的發(fā)酵過程可以是獨(dú)立的，也可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求進(jìn)行協(xié)調(diào)和同步，提供豐富的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，有助于工藝的優(yōu)化和改進(jìn)。
1.發(fā)酵罐本體：每個發(fā)酵罐由不銹鋼或其他耐腐蝕材料制造，通常設(shè)計(jì)為密封型結(jié)構(gòu)，防止外部雜質(zhì)進(jìn)入。罐體容積通常較小，一般在幾升到幾十升之間，適合進(jìn)行小規(guī)模的實(shí)驗(yàn)和優(yōu)化。
2.攪拌系統(tǒng)：攪拌系統(tǒng)通常由攪拌器、驅(qū)動裝置和傳動系統(tǒng)組成。小型攪拌器能夠保證發(fā)酵液中的氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)的均勻分布，優(yōu)化微生物的生長環(huán)境。不同的平行發(fā)酵罐可以選擇不同類型的攪拌器，如空氣提升攪拌器或機(jī)械攪拌器，依據(jù)實(shí)驗(yàn)的需求來進(jìn)行選擇。
3.氣體供應(yīng)系統(tǒng)：在許多發(fā)酵過程中，微生物需要氧氣來進(jìn)行代謝。氣體供應(yīng)系統(tǒng)通過管道將空氣或純氧輸送到發(fā)酵罐中。每個小型發(fā)酵罐可以根據(jù)需要調(diào)整氧氣濃度，從而滿足不同微生物的生長需求。
4.溫控系統(tǒng)：發(fā)酵過程中，溫度對微生物的生長和代謝活動有著至關(guān)重要的影響。平行發(fā)酵罐配備有精密的溫控系統(tǒng)，通常包括加熱夾套、冷卻系統(tǒng)以及溫度傳感器。在不同的發(fā)酵罐中，可以根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行溫度的獨(dú)立調(diào)控。
5.pH控制系統(tǒng)：pH值的控制對于許多微生物的生長及其代謝產(chǎn)物的生成至關(guān)重要。發(fā)酵罐內(nèi)通常配備有pH傳感器及自動酸堿調(diào)節(jié)裝置，可以實(shí)時監(jiān)測和調(diào)節(jié)每個小罐中的pH值，確保處于適宜的范圍。
6.自動化控制系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：自動化控制系統(tǒng)是發(fā)酵罐的核心技術(shù)之一，能夠?qū)γ總€小型發(fā)酵罐的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控和調(diào)節(jié)。通過PLC（可編程邏輯控制器）或DCS（分布式控制系統(tǒng)）進(jìn)行集中控制，操作人員可以在一個界面上查看所有發(fā)酵罐的狀態(tài)。同時，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以實(shí)時記錄和保存發(fā)酵過程中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，為后續(xù)分析提供依據(jù)。
平行生物發(fā)酵罐的工作流程：
1.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與接種：在進(jìn)行發(fā)酵實(shí)驗(yàn)前，首先需要設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，確定各發(fā)酵罐的操作條件。接種時，通常采用液體培養(yǎng)基將微生物接入每個發(fā)酵罐。在接種前，所有的設(shè)備需經(jīng)過滅菌處理，確保無雜菌污染。
2.發(fā)酵過程控制：在發(fā)酵過程中，通過自動化控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)發(fā)酵罐內(nèi)的溫度、pH值、溶解氧濃度等參數(shù)。每個小型發(fā)酵罐都能夠獨(dú)立控制，操作人員可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求，對每個罐內(nèi)的條件進(jìn)行調(diào)整。
3.數(shù)據(jù)監(jiān)控與分析：在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過程中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)控并記錄發(fā)酵過程中的各項(xiàng)參數(shù)，操作人員通過系統(tǒng)界面實(shí)時查看數(shù)據(jù)變化。根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，可以對發(fā)酵過程進(jìn)行適時調(diào)整，以確保最佳的發(fā)酵條件。
4.收獲與處理：當(dāng)發(fā)酵完成后，操作人員需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)收獲發(fā)酵液。發(fā)酵產(chǎn)物的提取和分離可以根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪M(jìn)行，常見的有離心、過濾和萃取等方法。
