生物科技作为一种新兴的技术,已经展现出巨大的经济价值和社会价值,包括发酵工程、蛋白质工程等在内的工程技术多涉及到细胞培养。传统的机械搅拌式生物反应器虽然在动物细胞的大规模培养领域得到了广泛应用,但其设备建设周期长、水资源浪费严重,不利于生物新品的快速投产,使企业难以在激烈的市场竞争中占据优势。近年来,随着一次性使用技术的发展,一次性生物反应器因其优越的性能开始在生物科技领域得到认可和应用。目前,搅拌式一次性生物反应器在西方发达国家中应用研究较多,而国内在搅拌式一次性生物反应器这一领域的开发和应用大多还处于起步阶段,因此,本课题组欲研发设计一套搅拌式一次性生物反应器系统,并对其在微生物发酵领域中的应用展开研究。主要内容包括:(1)自主研发设计了搅拌式一次性生物反应器的系统,包括控制系统的研发设计和乳酸发酵小试实验平台的搭建。(2)利用自主研发设计的控制系统和乳酸发酵小试实验平台,完成了副干酪乳杆菌在四种操作工况(静置、静置通风、搅拌、搅拌通风)条件下的乳酸发酵实验,并设置了副干酪乳杆菌在传统搅拌式生物反应器同等操作工况条件下的乳酸发酵对比实验,探索了溶氧和搅拌两个参数对副干酪乳杆菌乳酸发酵生长曲线和乳酸产率的影响,对比分析了一次性搅拌式生物反应器相比传统搅拌式生物反应器用于微生物发酵的优缺点,为中试规模的搅拌式一次性生物反应器的开发设计提供优化的工艺条件。通过扫描电镜分析方法,对不同生长阶段的副干酪乳杆菌的微观结构特征进行分析。结果表明,所设计的控制系统可以成功用于微生物的发酵实验;溶氧浓度对处于对数期的副干酪乳杆菌的生长有一定的促进作用,对于稳定生长期的副干酪乳杆菌的产酸具有抑制作用,适度的搅拌可以提高菌体的产酸速率;一次性生物反应器用于微生物发酵时,可达到与传统生物反应器相接近的产率;相比于传统生物反应器,由于一次性生物反应器省去了 SIP和CIP环节,减少水资源等的浪费,缩短了实验的准备时间,使其更加适用于高附加值发酵产品的生产和动物细胞的培养等领域;副干酪乳杆菌生长过程中会发生自溶,揭示了其变短的机理。(3)在实验室规模的一次性搅拌式生物反应器的实验基础上,开发设计了中试规模的搅拌式—次性生物反应器系统,包括探讨了—次性生物反应器系统的设计准则,设计了多种规格的生物反应器的本体结构及一次性生物反应袋,给出了生物反应袋的具体配置方案,系统介绍了夹套控温装置的组成及其工作原理,给出了一种多组分动态配气系统方案。