工业发酵装备发展四大趋势：自动化、生物技术、新材料与传感技术的融合演进

发酵工业装备正通过自动化、生物技术、新材料与新型传感器的深度融合，向着一体化、智能化和绿色化的方向演进，以此驱动整个产业的高效、精准与可持续发展。

 （1）工业发酵生产装备控制系统更加完善，朝着更加自动化、智能化和网络化方向发展

① 计算机自动控制技术在发酵工业的应用更加完善。

      计算机自动控制技术集中体现在发酵参数的检测和过程控制，针对各级发酵罐的相关参数，例如，发酵温度、发酵液pH、罐顶压力（即排气压力）、空气流量、溶解氧含量（DO）、发酵液体积、尾气二氧化碳和尾气氧气含量、搅拌速度、泡沫位置、移种量等。

       在公用工程部分，主要体现在：空气总管温度、空气总管压力、空气总管流量、空气总管湿度、环境湿度；蒸汽温度、蒸汽压力、蒸汽流量；循环水进口温度、循环水进口压力、循环水出口温度；菌种车间的温度、湿度等。

      在发酵过程控制方面，主要有：多种营养剂流加补料（如青霉素发酵中的糖/硫铵/苯乙酸/玉米油/氨水）、发酵温度、发酵液pH、消泡剂、通气量、罐顶压力、溶解氧、电机转速、连消控制等。同时，对参数的检测和控制精度也更高。

       此外，在原材料预处理及发酵后处理环节的单元操作过程中，机械化程度和自动化程度也更高，劳动强度更低，生产效率更高。

② 发酵生产过程更加自动化、智能化和网络化。

      在未来的发酵生产中，发酵设备的自动化程度将更高，主要表现在两方面：

       一方面，自动化范围不再是以发酵罐等关键设备为核心，将更加广泛，从上游的菌种、发酵原料预处理、发酵过程控制，到下游的产物分离提取及三废处理，整个发酵生产过程一体化；

       另一方面，对于发酵过程研究将进一步深入，基于发酵过程大数据的分析和建模，将进一步实现发酵过程的自适应控制和精准控制。

       发酵过程的自动化、智能化和网络化程度的增加，使发酵过程的优化控制、发酵流场分析及其控制变得更加高效，大数据分析利用使发酵的数字化程度更高，发酵过程控制更加有效、精准，从而使发酵产量更高、成本更低。

（2）生物技术全面进步将促进整个发酵工业生产体系及其装备不断进步与高度集成

① 生物技术全面进步，将通过现代育种技术全面改造生产菌株，并促进发酵工艺过程及其装备系统发生相应改变。

       工艺更加集成。例如，通过菌株改造能直接适应并利用广谱碳源，从而减少原料预处理环节及相关装备。

       设备要求及操作过程更加简单。通过菌株改造提高环境适应性，如提高工业发酵菌种的温度及pH适应范围，就可显著降低发酵设备的温度和pH控制系统要求，从而降低固定资产投入和生产技术人员的操作精度，甚至大幅节省控温所需的能耗。

② 生物技术全面进步促进生物过程工程技术发展，有利于发酵生产工艺过程优化及其发酵装备系统发生相应改变。

       发酵工艺过程更加紧凑。例如，通过对生胞外产物的发酵过程进行重新设计，实现胞外产物发酵过程与产物分离耦合，实现边发酵边分离，从而大幅提高生产率。同时，可将发酵车间与分离车间紧密相连，发酵过程装备将更加紧凑，还可减少粗分离车间。

       发酵生产过程更加清洁。例如，通过对生胞内产物的发酵过程进行重新设计，改进发酵系统装备，实现胞内产物发酵结束时菌体与发酵液无液分离，且发酵液可在无菌条件下补料继续多次循环套用多次，将可显著降低工业发酵用水量及废水量，发酵生产过程更加清洁。

③ 生物技术全面进步，将促进发酵工程上中下游技术全面改进和不断集成，将更全面改造发酵及产物分离全过程生产工艺，甚至包括将发酵前处理和后处理工艺及其装备高度集成，从而使发酵及分离系统装备发生深刻改变。

       工艺技术的不断发展，是计算机科学在发酵过程中广泛应用的内因，技术集成促使装备集成，二者相互结合、相互促进，使发酵生产效率更高，且发酵生产控制更加精准。

（3）新材料及材料加工技术发展可为发酵工业提供性能优良的装备

新的材料的应用，如新型不锈钢材料、新型密封材料的使用等，将可使发酵罐等装备的密封性能更好，无菌保持能力更强，且装备使用寿命更长。与此同时，材料加工技术的进步，一方面使装备的加工精度更高，可靠性更好；另一方面，更先进的材料加工技术，赋予材料更好的物理特性，例如，提高装备的光洁度等，使设备更容易清洗，节能节水。

（4）新型传感器的研发

       现代发酵工业装备研发中，新型传感器是重点发展方向之一。新型传感器不断被开发出来，使发酵过程中可在线检测的参数更多，且更加快捷及时，因而可以更准确地认识发酵过程并实施精准控制。

       了解发酵工业装备的发展趋势，有助于我们在构建生产系统时，明确往自动化、智能化方向完善设备控制，让生产更高效精准；跟着生物技术进步整合工艺装备，能少花钱多产出还更环保；采用新材料和新传感器，能让设备更耐用、检测更及时。

     但同时也要注意，不能一味追求先进装备，得平衡好成本核算。要结合自身生产规模、产品类型等实际情况，选择合适的装备升级路径，确保投入能带来实实在在的效益，这样建出来的生产系统既符合行业发展需求，又能让企业在提升生产效率、产品质量的同时，保持良好的经济效益，增强竞争力。