液體發酵罐的工作原理主要圍繞為微生物發酵提供適宜的環境和條件展開，以促進微生物的生長代謝，從而實現目標產物的生成和積累，以下是其具體介紹：

溫度控制

發酵罐通常配備有加熱和冷卻裝置，如夾套、蛇管等，通過循環熱水或冷水來調節發酵罐內液體培養基的溫度。因為溫度是影響微生物生長和代謝的關鍵因素，不同的微生物有其適宜的生長溫度范圍，過高或過低的溫度都可能影響發酵效果，例如谷氨酸發酵的適宜溫度一般在30℃-32℃.

氧氣供應

好氧微生物在發酵過程中需要充足的氧氣來進行代謝活動。發酵罐設有進氣孔和通風裝置，無菌空氣通過空氣過濾器過濾后進入發酵罐，以氣泡的形式分散在液體培養基中，增加氧氣與液體的接觸面積，使微生物能夠充分利用氧氣進行生長和代謝.

攪拌混合

發酵罐內部裝有攪拌器，攪拌器由電機、攪拌軸和攪拌槳等組成。攪拌槳在電機的驅動下旋轉，使發酵罐內的液體培養基產生強烈的軸向和徑向流動，從而達到以下效果 ：

- 使物料均勻混合：將培養基中的營養物質、微生物細胞以及溶解的氧氣等充分混合，避免出現局部營養過剩或不足、溶氧不均等情況，保證微生物在整個發酵罐內都能獲得良好的生長條件。

- 防止菌體沉淀：對于一些微生物細胞，尤其是絲狀菌或較大的細胞團，如果不進行攪拌，容易在罐底沉淀堆積，影響其與營養物質和氧氣的接觸，進而影響發酵效率。攪拌可以使菌體保持懸浮狀態，充分與周圍環境進行物質交換。

營養物質供應

液體發酵罐中的液體培養基含有微生物生長所需的各種營養物質，如碳源、氮源、無機鹽、維生素等。在發酵過程中，微生物不斷消耗這些營養物質，同時產生代謝產物。為了保證微生物的持續生長和代謝，需要根據微生物的生長階段和代謝需求，適時地向發酵罐中補充營養物質，以維持培養基中營養成分的平衡.

酸堿度控制

微生物的生長和代謝會導致發酵液的酸堿度發生變化，而不同的微生物對pH值有不同的適應范圍。發酵罐通常配備有pH值監測和調節裝置，如pH電極和酸堿添加泵。通過實時監測發酵液的pH值，并自動添加酸液或堿液來調節pH值，使其保持在適宜微生物生長和代謝的范圍內，例如，青霉素發酵的適宜pH值范圍一般在6.5-7.2之間.

消泡控制

在發酵過程中，由于微生物的代謝活動以及攪拌等操作，可能會產生大量的泡沫。過多的泡沫會占據發酵罐的有效容積，影響發酵過程的正常進行，甚至導致發酵液溢出罐外，造成染菌風險。發酵罐一般設有消泡裝置，如消泡劑添加系統或機械消泡裝置，當泡沫達到一定高度時，消泡裝置自動啟動，添加消泡劑或通過機械方式破壞泡沫，以維持發酵罐內的正常液位和發酵環境.

無菌環境維持

發酵過程必須在無菌條件下進行，以防止雜菌污染。發酵罐本身具有良好的密封性，同時在進料、進氣等環節都配備了高效的過濾裝置，如空氣過濾器、管道過濾器等，能夠有效地過濾掉空氣中的細菌、孢子等微生物，防止雜菌進入發酵罐。此外，發酵罐在使用前還需要進行嚴格的滅菌處理，如蒸汽滅菌、化學滅菌等，以確保罐內環境無菌.

產物分離與提取

發酵結束后，需要將發酵產物從發酵液中分離和提取出來。一些發酵罐配備了初步的分離裝置，如離心分離器、過濾裝置等，可以在發酵罐內或罐外對發酵液進行初步處理，將菌體、細胞碎片等固體物質與發酵上清液分離，然后再通過進一步的純化工藝，如萃取、層析、結晶等，獲得高純度的發酵產物.

根據不同的設計和應用，液體發酵罐有多種類型，常見的有機械攪拌式發酵罐、氣升式發酵罐等，它們在具體的工作原理和操作方式上可能會有所不同.

- 機械攪拌式發酵罐：主要依靠攪拌器的旋轉來實現液體的攪拌混合、氧氣分散以及熱量傳遞等功能。攪拌槳葉的形狀、尺寸、數量以及攪拌速度等都會影響發酵罐內的流體力學特性和傳質傳熱效果.

- 氣升式發酵罐：利用空氣噴嘴噴射出高速流動的空氣，空氣以氣泡形式分散到發酵罐的液體中，使通氣一側的液體密度下降，與不通氣一側的液體形成密度差，從而驅動發酵罐內的液體產生循環流動，實現液體的混合、氧氣傳遞和熱量交換等過程，無需機械攪拌裝置，具有能耗低、剪切力小等優點.