食品微生物发酵设备是专门用于利用酵母、细菌或霉菌等有益微生物，大规模生产食品或食品配料的核心装备。其核心价值在于为这些微生物提供一个可控、可放大且无菌的优化环境，使其高效地将原料（如糖类、淀粉）转化为目标产物，如酱油、味精、酒精饮料、酶制剂、有机酸（如柠檬酸）、益生菌及多种发酵食品。
一、设备组成
一套标准的工业化系统主要包括：
1.发酵罐主体：通常为不锈钢材质，具备夹套或盘管以供温控。
2.通气搅拌系统：包括空压机、除菌过滤器、搅拌电机、搅拌轴与桨叶，负责供氧与混合。
3.温控系统：由夹套/盘管、温度传感器、热交换单元及控制器组成，用于精确控温。
4.参数测控系统：集成pH电极、溶氧（DO）电极、泡沫传感器及控制器，实现过程在线监控与自动化调节。
5. CIP原位清洗系统：包含喷淋球、循环泵与酸/碱罐，实现设备内部的自动化清洗与灭菌。
6.管路与阀门：连接所有组件，确保物料、空气与蒸汽在封闭无菌条件下输送。
二、工作原理
其基础是纯种培养与代谢调控。经过灭菌的培养基在发酵罐中接种纯种微生物。通过温控系统维持最适生长温度；搅拌与通气系统协同工作，为微生物提供均匀的培养环境和必需的氧气，并排出代谢废气（如CO₂）。pH与DO电极实时监测环境变化，并通过控制器自动添加酸/碱或调节搅拌转速与通气量，以精确控制代谢流，定向促进目标产物的高效合成。
三、设计方法
设计遵循无菌、高效、可靠的原则。优先选用316L不锈钢以确保耐腐蚀性；所有内表面镜面抛光，焊缝平滑无死角，符合卫生设计标准；搅拌系统需根据发酵液流变特性（如粘度）与溶氧需求进行精确计算与设计，以平衡传质效率与菌体剪切；CIP系统设计须确保能彻底清洗所有接触表面；高度自动化控制系统用于保证工艺的重现性与产品质量的稳定性。
四、操作流程
标准操作流程如下：
1.准备与灭菌：通过CIP系统清洗设备，随后通入高温蒸汽对空罐、培养基或两者一起进行灭菌。
2.接种与发酵：将灭菌后的培养基冷却至接种温度，无菌接入菌种。启动搅拌、通气与温控，按预设工艺曲线进行发酵，并实时监控与调节各项参数。
3.放罐与处理：发酵达到终点后，将发酵液泵送至下游的分离、提取或纯化工序。
4.清洗：立即启动CIP程序，为下一批次生产做好准备。
五、维护保养
维护的核心目标是预防故障与保障无菌。
1.日常维护：每批次结束后执行完整的CIP流程；检查机械密封的完整性；确认过滤器状况。
2.定期维护：定期校准pH和DO电极；检查搅拌系统的振动与对中情况；对机械传动部件进行润滑。
3.计划性维护：定期拆卸阀门、传感器等部件进行深度清洁与检查；根据运行时间更换空气除菌过滤器与机械密封件；定期进行设备性能验证。
