发酵罐搅拌桨是生物反应器中关键组件，负责产生高效发酵所需的流体流动和混合。它们的主要功能包括：

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均质混合与物质传递

• 在整个容器中均匀分布底物、营养物质和细胞

• 通过将气泡分散到培养基中提升氧气传递系数 (kLa)

传热与温度控制

• 均匀传导代谢热以防止热点（hot-spot）形成

• 改善与加热/冷却夹套和盘管的热交换

气体分散

• 将进气或氧气分解成细小气泡，最大化气液界面面积

剪切（机械应力）管理

• 搅拌桨的类型和转速需与细胞耐受性匹配

• 低剪切设计（如桨叶式、螺旋带式）可保护敏感的哺乳动物细胞，而耐受性强的微生物可使用高剪切涡轮式

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关键选择标准

流动模式

• 径向流搅拌桨（如 Rushton 涡轮）：高湍流，优异的气体分散

• 轴向流搅拌桨（如 船用螺旋桨）：强大体循环，低能耗

粘度与密度

• 低粘度菌液适合高速涡轮或螺旋桨

• 高粘度介质需螺旋带或锚式搅拌桨

剪切敏感性

• 耐受性强的细菌/酵母可承受高剪切

• 脆弱的哺乳动物细胞需温和桨叶式或低剪切设计

规模与功率密度

• 实验室小型发酵罐与工业大型罐的功率/体积要求不同

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常见搅拌桨类型

Rushton（平板式）涡轮
出色的气体分散和混合强度

船用螺旋桨
提供轴向流，实现节能体循环

桨叶式搅拌桨
温和混合，低剪切应力

螺旋带
非常适用于高粘度流体和悬浮液

锚式搅拌桨
贴壁刮壁，防止高粘度介质沉降

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选择标准

粘度

• 低（类水）：Rushton、船用螺旋桨

• 中（类糖浆）：凹面叶片、可调叶片

• 高（凝胶/糊状）：螺旋带、锚式

剪切敏感性

• 低剪切需求：桨叶式、螺旋带、锚式

• 高混合强度：Rushton、盘式涡轮

气体分散与氧气传递

• 高 O₂ 传递：Rushton 涡轮

• 中等传递：凹面叶片、可调叶片

能源效率

• 低能耗：船用螺旋桨、气升式

• 最大混合：涡轮