温度控制在发酵工艺的应用

发酵指人们借助微生物在有氧或无氧条件下的生命活动，制备微生物菌体本身或者直接代谢产物或次级代谢产物的过程，广泛应用于乳制品、饮料、生物工程、制药、精细化工等行业和学科领域。发酵系统发酵系统通常由灭菌系统、温控系统、发酵罐和空气动力系统组成。其中对发酵工艺起到重要影响作用的是各项参数控制，主要控制因素就是温度变化，温度控制的稳定和精确将直接影响发酵工艺的质量。如何为发酵罐应用选择正确的温度控制，需要考虑：●  发酵罐尺寸和罐内物体质量●  所需的工作温度范围●  升降温时间/功率要求●  发酵时产生的热量等(图1：生物发酵罐装置组合)针对发酵工艺不同阶段的温控解决方案（图2：工艺示意图）01 工业生产阶段——快速响应温度变化工业生产一般采用大型发酵罐，在发酵过程中会释放大量的发酵热，导致提升和降低温度比较困难。Huber提供大功率冷水机组，根据罐内物料的温度控制要求相应调节夹套温度，不会使两者的温差变得很大，从而避免了温度过低/过高的情况。Unichiller-H和Unichiller-EO-H是最普遍适用的机型。当然，选择温度控制设备时， 需要考虑发酵不同时期的温度需求。除了Huber Unichiller-H和Unichiller-EO-H这两个机型外，Unichiller-T-H系列也是搭配发酵罐的常用装置。02 产品储存阶段——长时间维持稳定温度经过生产后的产品需要转移到储存容器，并维持特定的温度。Huber提供7天24小时的长时间操作，确保温度的稳定性以及良好且一致的循环结果。03 工艺完成后——在线清洁(CIP) & 在线消毒 (SIP)发酵工艺完成后，需对生物反应器使用@120℃的蒸汽进行清洁。清洗前，必须完全排空夹套中的导热液体，以防止发生增压。完成清洁后，需将导热液体循环回反应釜夹套层储存/外挂膨胀箱，可根据实际的膨胀容积在当地制造。以风冷型设备为例，机器运行通过配备机器安静的风扇将噪音控制到最小。发酵罐应用案例分享01 CC508+40L发酵罐02 Unichiller 055Tw-H6搭配50/200/500L罐体03 Unichiller 100-H12搭配50/200L罐体Tips：发酵罐的冷却方式通常为水冷却，使用水作为导热液体。Huber冷水机采用智能化的能源管理系统，可减少热量损失、降低电力和冷却水的运行成本等，根据需求还可自动调节制冷功率，做到了经济环保双实现。虽然发酵产物很常见，但其实过程本身很复杂。随着越来越多的基因工程和对如何使用细菌、真菌和酵母等有机生物的研究，发酵对于温度控制的需求将不断增长。如果您正在寻找优化发酵温度控制的方法或寻找扩大发酵过程的方法，Huber乐意为您提供帮助。我们将提供各种方案，计算加热和冷却能力，并在发酵过程中获得最佳结果。Inspired by temperature 50 1968-2018 高精准 温度控制解决方案 应用于制药行业和生物技术领域 温度控制解决方案应用于制药行业 Huber提供了广泛的温度控制系统及相关配件。 我们总能在这个范围内找到适配应用的完美设备，随时随地为用户挑选合适的产品提供帮助。 我们的帮助内容包括专业的工程知识、合格且富有经验的合作伙伴，以及Huber官网提供的多种案例研究。 我们的产品组合大致分为三个系列： Unistats（液压密闭式恒温器）、开放式循环浴槽和制冷循环器。  反应釜  实验室仪器  样品制备  工艺制冷  质量控制  材料测试  工艺开发  放大试验 小型生产设备 中试车间 公斤实验室 以及其他 生物技术领域 工艺过程温度控制 Unistat系列旨在为不同行业的应用提供温度控制。产品广泛应用于制药行业的多个部门和多种应用，满足从小规模研究到大型量产的-���...���℃的温控需求。 通过快速调节导热液体的温度变化和先进的自适应控制，产品能为应用提供极其精准和敏捷的温度控制。可在Huber官网搜索更多应用案例。 循环浴槽 具有经典构造的开放式循环浴槽分为两个系列。 KISS系列设计简单，适合小型桌面应用。带有简单的控制器功能，操作容易。 CC系列配备功能强大的Pilot ONE控制器。适用于无需像Unistats系列那样快速响应温度变化的小型应用。温度范围从-��℃到���℃，被认为是高效实用的实验室“老黄牛”。 制冷循环器 Unichillers系列专为散热而设计，如设备额外配置加热器，则能将温控精度保持在±�,�K。制冷循环器分为两个系列。 OLÉ系列适用于要求较简单的应用，例如搭配低容量旋蒸或生物反应器冷却其冷凝器等。配备的控制器简单而易于操作。 T系列是地面放置的直立式制冷器，设计用于大型设备，例如大容量的旋蒸或作为整体实验室的中央冷却水供应设备。T系列多用于为大型生物反应器提供温度控制。 高精准温度控制 应用于研发 研发活动 规模放大 Huber设备提供稳定、可预设定的温度控制。这项功 能避免了不可预测的变量给研发实验造成影响。 快速响应是Unistats的共同特征，这 使得它们即使在大型的反应过程中也 能保持精确的温度控制。 分析实验室 通常可以在这类实验室使用功能简单的制冷循环器 (Ole系列)，用来为敏感的分析仪器散热。 以及生产领域 生产活动从小规模到大批量都适用 生物产业 配剂研究 Unichiller系列配备加热器，能为生物反应器提供经济可靠的温度控制，适用于从�升小型发酵罐到����升生产规模的生物反应器。 一般来说，台式的开放循环浴槽和制冷器适用于多种实验室应用。 持续流量 Unistats和循环浴槽为反应釜内的反应区域提供可靠精准的温度控制。 质量控制 确保原材料、采购的化合物（成品或半成品）符合规格要求。 应用案例 玻璃反应釜 夹套玻璃反应釜是一种常见的实验室工具。控制反应物料温度变化的能力体现在改变夹套温度并通过玻璃壁传导热能的速度。温度转移的速度取决于反应釜内的物料性质和质量，以及夹套盒反应物料之间的温差。 玻璃反应釜通常对压力（一般最大允许夹套压力为�.�bar)和热冲击（由夹套和反应釜物料之间的温度差造成）非常敏感。 Unistats具有可变压力控制功能以及温差限制，能够有效控制这两个要素从而保护反应釜。 此外，在“过温保护”标准功能上激活特有的“过程安全超温”选项，能够使得机器在热量流失达到自动激活过温保护的情况下，依然维持泵和冷却系统的正常运行。 搪玻璃反应釜 反应釜的金属组件和搪玻璃具有不同的膨胀系数。为了防止因加热或制冷过快导致金属组件脱离反应釜，可以对温控程序的反应速率进行设定和控制，以不损坏玻璃釜的速率改变夹套温度。或者分步编程，使得玻璃釜和金属组件在下一次温度变化前，有一定“缓冲”时间适应融合为相同的温度。 连续流反应器 连续流反应器在研发和生产领域的应用越来越普遍。Huber设备中，从简单的CC-���B到更高级的Unis-tat系列都适用于这类应用。其中有部分反应器具有高流动阻力。 Unistats提供足够的压力能够确保最大的热传递，从而在连续流反应器的反应区域实现最佳的温度控制。 不锈钢反应釜 这类反应釜坚固耐用，通常不会因夹套压力或温度快速变化而造成损坏。 压力反应釜 Unistats能够为通常发生在压力反应釜（玻璃/金属）中的高能反应提供极快的温度变化。 Unistat T系列适用于这类高温反应。由于设备本身的液压密封性，在高温下导热液体也不会产生蒸汽。 为了进一步保护导热液体，使用简单的“膨胀箱密封套件”和少量氮气，能够将膨胀箱内的导热液体保持在惰性气层下。 应用案例 生物反应器 通常，生物反应器只能使用水或水/乙二醇混合物作为导热液体。在反应完成后，需要清洗生物反应器并消毒，即“现场清洗”（CIP）和“现场消毒”（SIP）。此类流程需要使用高达���℃的蒸汽完成（Huber的Unichiller T-H系列能拓展到+���℃）。 在执行清洁流程之前，需将生物反应器夹套中的水和乙二醇混合物排出。通过使用一系列阀门，能将夹套中的溶液排放到储罐中，直到完成SIP流程。通过启动制冷器的泵循环可以将储罐中的溶液重新排放回夹套中。储罐/膨胀槽可由Huber工厂制造，而管路和阀门等需在用户当地完成。 冷冻&解冻速率可控 有些制剂要求按特定的速率冷冻，然后按特定的速率解冻。Pilot ONE内置的“编程”功能，允许创建多个程序并储存在控制器，或者通过USB接口存储在驱动器上。程序创建可以非常灵活且简单，这要归功于控制器的图形显示功能，能够清楚地展示了程序创建和完成时的每个步骤。 手套箱 手套箱内各种应用的温度控制均可以通过Unistats、制冷循环器和浸没式冷却器来实现。 医药制剂的冷冻块可以在特殊的浴槽中解冻。这类浴槽搭配可编程的Unichiller-eo系列进行温度控制。“EO”⸺外置槽体模式的Unichiller，允许导热介质与浴槽直接接触，实现高效传热。 Unistat技术也适用于冷冻和解冻应用。 旋转蒸发仪 Huber制冷器的内部体积小，意味着机器产生的制冷功率更集中利用在应用上。我们认为，与其把制冷量浪费在大量的循环液体上，不如受益到更多应用上。 应用案例 流变仪、粘度计 为了在样品测试过程中精准持续地进行温度控制，可使用Ministat系列或“K”系列设备。 这类设备小巧灵活，温度稳定性可达�.��K，非常适合控制粘度计样品。 研磨设备 研磨机用于将样品研磨到纳米范围。但研磨过程会产生热量，此装置搭配Unichiller ���T使用，可以高效去除热量。 实验室分析仪器 实验室的各类分析仪器，如x光衍射仪、质谱仪等，产生热量后须尽快有效地祛除。Huber制冷器作为外部制冷源，其紧凑的设计和极小的体积，大大节省了实验室的宝贵空间。 应用范围以及相关设备 应用 Unistats 制冷器 开放浴槽 浸入式制冷器 换热站 校准 Ù Ù 量热仪 Ù Ù Ù 环境箱 Ù 冷却密封干燥箱 Ù 冷却台 Ù Ù 集中制冷系统的分散化 Ù 药物制剂的预定解冻 Ù 蒸馏装置，短程蒸馏 Ù Ù Ù 发酵罐 Ù Ù 过滤器，切向流过滤器，过滤干燥器 Ù 冷冻干燥机，喷雾干燥机 Ù 解冻仪 Ù 通风橱 Ù Ù Ù 气体供应，液氮发生器 Ù 手套箱 Ù Ù Ù 液体萃取柱 Ù Ù Ù 铣床 Ù 混合器 Ù Ù 粒度分析仪 Ù 生物反应器 Ù Ù Ù 级联反应堆 Ù Ù 玻璃反应釜 Ù Ù Ù 连续流反应器 Ù Ù Ù 不锈钢/压力反应釜 Ù Ù Ù 托盘反应釜 Ù 一次性生物反应器 Ù Ù 微反应器 Ù 流变仪，粘度计，透程仪 Ù Ù 摇床 Ù 一次性生物处理袋 Ù 溶剂罐 Ù 热重分析 Ù 热分析 Ù Ù Ù 薄膜蒸发 Ù Ù Ù 热量控制解决方案 Ù 滴定仪 Ù 超声波清洗器 Ù 真空泵 Ù X光衍射仪，质谱仪 Ù 控制器功能一览表 油浴/水浴循环器使用KISS®/OLÉ或者Pilot ONE®控制器 KISS®/OLÉ控制器: Pilot ONE®触屏控制器: 操作简单 操作简单 * �-键式操作 ��种操作语言可选，通过触控屏完成流程 纯文本菜单导航 。 操控。 OLED显示器 �.�寸彩色显示屏 * 大屏，明亮的OLED显示器 TFT彩色大屏显示器，带有图形导航和收藏 显示设定值和实际值、最低温和最高温 。 夹功能。 * 基础功能 功能升级 具备实验室常规应用所需的全部功能。 通过E-grade激活码可升级控制器功能，满足 严格的应用需求。 USB, RS��� 接口 * 标配RS���，USB和Pt���传感器接口 带有RS���，USB和以太网接口，并可外接 (可选)。 Pt���温度探头。 集成编码器 线性和非线性斜坡的梯度编程功能，程序 步骤高达���步。 KISS 82.9 2色卡 100.0 ****** 数据记录 HF 通过接入USB介质记录和保存过程数据。 SET ESC PMot ONE" 22 enritmmg, OLE 市西 -15.8 -20.0 -75.00 Tinbarial -20.64m 一 SET ESC -75.00% î KISS控制器 (循环器) RS232 斗 :Meng î OLÉ控制器 US 制冷循环器 hler î Pilot ONE触屏控制器 Inspired by temperature Pilot ONE 功能及性能 OLE KISS E-grade，，Basic"在交货范围内 E-grade ，，Exclusive“订货号9495 E-grade ，，Professional"订货号9496 控制器参数设置 预定义 预定义I TAC TAC 传感器校准(内部，过程) 1点 2点 5点 5点 监控(液位保护、过温保护2) √ √ √ √ √ 报警限值可调 √ √ VPC(压力可控)3 √ 2 √ √ 排气程序 √ √ √ √ √ 压缩机自动控制 √ √ √ √ √ 设定值范围 √ √ √ 带有3个程序/ 编程器 最多15步程序控制 带有10个程序/ 最多100步程序控制 梯度编程功能 线性 线性、非线性 温度控制模式(内部、过程) √ √ 加热/制冷功率最大值调整 √ 显示屏 OLED 5.7寸触摸屏，颜色 显示模式 数字 图形、数字 显示分辨率 0，1C 0，1°℃ 0，1°℃/0，01℃ 0，1℃/0，01°C 温度曲线图显示 窗口、全屏、可升级 日历、日期、时间 √ √ √ 语言菜单导航 DE，EN DE， EN， FR， IT，ES， PT， CZ， PL， RU，CN， JP，KO，TR 温度格式 ℃/F C/°F/K C/F/K C/°F/K 显示模式(屏幕)切换 √ √ √ 收藏夹 √ √ 用户菜单(管理员级别) √ 第二设定点 √ 数字接口RS232 √ √ √ √ USB接口 √ √ √ √ 以太网RJ45接口 √ √ Pt100外部传感器接口 √ √ Pt100传感器连接(仅限显示器) √4 √4 √ 外部控制信号/ECS待机5 √ √ √ 可编程零电压触点/报警5 √4 √ √ √ AIF(模拟接口)0/4-20mA或0-10V6 √ √ 数字接口RS4856 √ √ √ 报警信号灯/声 √ √ √ √ 自动启动(电源故障) √ √ √ √ 即插即用技术 √ √ √ 技术术语 √ √ √ 远程控制/通过Spy软件进行数据可视化 √ √ √ √ √ 提供E-grade试用版(有效期30天) √ 服务数据记录仪(飞行记录器) √ √ √ 保存/读取温度控制程序 √ 通过USB端口保存/读取温度控制程序 √ √ 日历启动 √ 漫 详细功能特性实现高效的温度控制 4 d 自适应控制 TAC 可调压力控制 VPC 与大多数的PID自动化控制器相比，TAC表现得要更优化。TAC能够在应用温度范围内分析循环回路，进而创建出温度控制系统的多维模型。 控制器会持续不断地更新PID参数，为客户提供最佳的温度控制。这使得控制器能够始终以最小过冲/下冲完成最快的升温表现。 Unistats系列设备都配有可调节压力控制功能(VPC)。通过VPC，可以设置和调节系统要求的泵压。VPC能够有效避免因过压造成破裂，保护昂贵的玻璃反应釜。加热和制冷过程中引起的导热液体粘度变化也能通过VPC装置自动补偿。 部分Unistat产品带有速度控制泵，支持软启动，通过集成压力传感器能调节系统压力。其他带恒速泵的Unistat设备可以通过加配“VPC旁通阀”控制压力。 编程 Huber控制器集成了线性斜坡函数编程器，可完成单个温度设定操作及更复杂的温度要求，最高可执行���个程序步骤。设定以温度稳定或者时间稳定为目标后，还可选附加操作，如控制浮动触点、模拟信号输出以及温度控制模式等。 通讯接口 Unistat系列标配RS���接口，USBHost和Device以及LAN连接。数据可以直接保存在USB储存器上。通过US-B，RS���或LAN接口可连接电脑和笔记本。Pilot ONE设备安装了ModBus,以便集成到基于Profi bus的系统中。 数据记录 过程数据能够直接保存至U盘上。控制器会每隔�秒自动将数据转为通用的CSV文件存储，通过Microsof-tExcel®等软件就能进一步处理和评估。另一项新功能是可以将设置的温度控制程序下载到U盘上。 OPC-UA兼容 OPC-UA通信协议在语义上描述数据，无需编程驱动就能完成自动化系统之间的数据交换。带有PilotONE控制器的设备，可以通过E-grade功能使用现代OPC-UA协议进行信息传输。 详细功能特性 实现高效的温度控制 过程优化 高度安全 E-grade软件能够升级设备功能和操作。Professional级别能将Unistat设备变成化学工程的开发辅助工具。通过通讯接口连接到用户端，能够显示/输出反应的重要过程和性能数据。 在连续运行期间，Unistats可以远程操作大部分功能安全地完成温度控制。过温点、温度设定点和报警限值均可以根据应用实际情况进行调整。温度和压力传感器也能远程校准，通过微处理器的控制器能够实时监控设备运行状态。 设备升级到Explore级别后，通过流量传感器能够测量和控制温度、流体压力以及液体流量。E-grade软件能够实现对各种参数的测量控制，即时地显示过程数据，因此非常适用于开发及优化工艺流程、确定热平衡点和中止标准、测试原材料和放大实验数据的预收集等领域。 VPC监测液体回路中的最大压力。被动元件确保了非常高的安全可靠性。 室外安装 作为ATEX区域的一种经济有效的解决方案，或者仅仅是为了节省实验室的空间，Unistats和冷却器可以采用IP��方式建造并安装在室外。 根据实际要求，该装置可配备足够大的气冷式冷凝器，以满足制冷系统在高达+��°C的环境温度下产生��� %的制冷功率。对于较冷的气候，该装置允许在低至零下的环境温度下运行。 专业应对规模放大 无论是大型设备还是小型装置，Unistats始终保持精准高效的温度控制。制冷功率从�.��到���kW，能够在研究所、实验室、小试/中试和工业级生产等不同应用中灵活扩大规模。Unistats之所以能够应对应用规模不断扩大的挑战，是因为系列内大小设备的性能表现始终如一，且用户界面具有普适性。 防爆装置 如需搭配防爆系统运行，针对Unistat系统我们提供两种解决方案：一是将Unistat设备放置在安全区，通过具有防爆功能的远程控制器在爆炸区内进行操作。另一种方案是将Unistat设备安装在加压、密闭的防爆机柜中，由此整套装置放置在爆炸区内也能确保安全运行（作为方案的一部分，Huber可为用户提供防爆机柜）。 E-grade® Explore E-gradeExplore将Unistat设备变成更强大的化学工艺辅助工具，支持进一步查看和记录温度变化、加热制冷功率以及泵的相关信息，典型应用包括工艺开发和放大试验等。 详细功能特性 实现高效的温度控制 案例研究 案例展示了真实的温控结果，并为客户的购买决策提供数据支持。我们的案例研究在实例的基础上证明了Huber装置的热力学性质，因此最适合与竞争对手进行公平的比较。 我们的数据库包含来自不同制造商的���多个案例研究。详细描述了测试设置和所有测量结果，并以温度变化的形式记录结果。 操作成本低 使用Unistat设备的关键在于温度控制任务。出色的导热性能、可重复的温控结果以及快速的响应速度，显著提高了投资回报率。此外，导热液体使用寿命的延长，冷却水和能源的低耗也降低了运营成本。 证书/校准 如有需要，Huber将为你提供工厂的校验证书。根据需求，还可提供测试协议和其他证书等。 �-�-�保修条款 Huber的�-�-�条款提供免费延长保修期的额外服务。客户所要做的是登陆我们的网站，在线填写产品登记表。所有Huber产品的保修期为交付之日计起的��个月。注册登记时请提供终端客户的地址和设备序列号，Huber将提供保修期延长服务。 用户培训 在用户培训课程中，我们交流关于温度控制器及其实际应用的技术信息。您可以从中获得有价值的信息，进而优化机器的使用。培训内容与参与者的要求和先前知识相匹配。 Inspired by temperature designed for you 口 如需获取更多信息或选择合适配件及导热油等，请访问官网或联系我们的销售团队。 5 富博（广州）仪器设备有限公司 广州市海珠区仑头路��号A��号楼���室 ������ 电话+�� �� �������� · 传真+�� �� �������� info@huber-china.com · www.huber-china.com Peter Huber Kältemaschinenbau AG Group Werner-von-Siemens-Str. � · ����� Off enburg/ Germany