浅谈对高校粮食发酵中试实验室建设与管理的思考

3.0 闻远设计 2023-07-25 127 4 24.08KB 4 页 2光币

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浅谈对高校粮食发酵中试实验室建设与管理的

思考

　摘要：中试实验室在高校的实践教学、科研工作中发挥着重要的作用，中试实验室的建设和

管理是一个综合的系统工程，涉及到方方面面很多因素，需要配套相应的运行机制、保障机

制、激励机制、评价机制等相关规章制度，才能保障实验室有效运行。针对目前缺乏建设运行

高校中试实验室经验的现状，基于我校中试实验室建设运行的实际情况，提出了一些在中试实

验室场地设计及建设、中试线布局及设备选型、安全卫生管理及实验室效益提升等方面的经验

教训供参考。

　关键词:发酵;中试实验室;运行;管理;思考;

　 Abstract：The pilot laboratory plays an important role in practical teaching and scientific research

in university. The construction and management of the pilot laboratory is a comprehensive system

project, involving many factors in all aspects. It needs to be matched with the corresponding operating

mechanism, guarantee mechanism, incentive mechanism, evaluation mechanism and other relevant

regulations to ensure the effective operation of the laboratory. Aiming at the current lack of experience

in the construction and operation of university pilot laboratories. Based on the actual situation of the

construction and operation of our school's pilot laboratory. Some experiences and lessons in the design

and construction of the pilot laboratory site, pilot line layout and equipment selection, safety and

health management, and laboratory efficiency improvement are provided for reference.

高校实验室作为人才培养、科学研究和前沿技术创新的重要基地，其重要性是不言而喻的[1]。

随着高校教育水平和科研水平的提升，教学和科研对大型仪器设备的依赖性在不断加大，中试

实验室在实践教学与科研成果产业化过程中的支撑作用也日益增强。然而，长期以来，中试实

验室大多存在于龙头企业和科研院所中，各高校因为资金和场地、人员等各方面的因素，中试

实验室建设未受到应有的重视。这对于创新人才的培养以及科研成果的转化造成很多不便。我

校粮食发酵工艺与技术国家工程实验室中试实验室(以下简称国工中试实验室)2011 年获得国家

发展与改革委员会批准开始建设，由国家发改委、教育部和学校共同拨付资金建设，2014 年通

过验收。开始服务于本科实践教学与校内外科研成果的中试试验，主要功能和定位是开展粮食

发酵工程化技术试验，实施粮食发酵产品中试加工与生产，树立工程化技术示范，培训和培养

粮食工程化科技人才。在多年的建设管理过程中积累了一些经验和教训，在此整理出来供相关

同行探讨。

　　 1　国工中试实验室建设概况

中试实验室所在大楼建筑主体层数为 3层，局部 2层，主要用房设计为大开间单元，局部设夹

层办公及实验室以充分利用层高空间。中试实验室位于 1楼，建筑面积 1500 m2，层高 6米，

室内分为南北两大区域。南半区设有夹层，上半层设计为实验室，作为本科实践教学及中试产

品指标分析用；下半层设计为 GMP 包装间、精密仪器室、原料间及冷库等。北半区主要设计

为对层高有较高要求的大中型设备摆放区域。

经过建设期不断的建设和完善，中试实验室目前已经建成粮食深加工、厌氧发酵、好氧发酵、

分离提取与包装等 4条中试试验线和一个用来检测分析的精密仪器室。粮食深加工中试线：由

原料预处理、标准化、液化、固液分离、酶解、浓缩、干燥等七个独立系统组成，七个系统紧

密结合，可以组合联动模拟工厂进行连续生产，还能单独使用进行加工过程中工艺参数的摸

索。厌氧发酵中试线：包括啤酒和黄酒两套中试设备，主要用于两种酒类工业化生产前的放大

化实验，以确认技术工艺的可行性。具体包括菌种的性能测试，原料的利用开发、工艺参数控

制的改变和新品种的开发等。通风发酵中试线：拥有15 套5-30 L 通风发酵罐及15-200-1000 L

中试研发生产线，除了常规在线检测外，还配备了目前世界上最先进的在线检测仪器，包括在

线液相、在线质谱、在线粒径、尾气分析、活细胞浓度在线分析等。分离提取与包装中试线：

该中试线由分离提取和 GMP 包装两部分组成，拥有高压均质机、真空冻干干燥机、卧式螺旋

离心机、碟片离心机、高压模拟移动床和中试膜过滤系统等设备，可根据不同物料的性质加以

选择组合，GMP 包装区可实现万级洁净包装。精密仪器室：主要用来安装液质联用、气质联

用、质谱等对环境条件要求较高的精密检测设备。

　　 2　基于中试实验室建设工作的思考

2.1 中试实验室场地设计及建设

实验室大楼在土建工程设计之前应充分考虑中试实验室的用途和需求，以及中试实验室对空间

布局、水、电、气、通风、排污等方面要求。现代化实验室的设计前提之一是大楼的设计要与

实验室设计相适应。大楼土建只是实现实验室功能需求的载体，服务于实验室的专业个性化需

求才是其目的。许多旧实验大楼的通病之一即先有大楼后有实验室，往往实验室的设计要迁就

实验大楼原有格局，使得实验室在功能上存在缺陷，甚至在安全方面也存在硬伤[2]。国工中试

实验室在设计建设及运行过程中发现以下设计对实验室影响较大：层高：工程实验室大楼在设

计之初，充分考虑到了中试设备对层高的需求，将层高设计为 6米，基本满足了大多数中试设

备(升降膜蒸发器、气流干燥机、酒精蒸馏塔)等的需求。参观走廊：工程实验室大楼在一楼设

计了参观走廊，设计之初是考虑到后期学生的认知学习以及同行参观交流，可以不进实验室直

接通过走廊完成，然而在实际运用过程中，由于一楼安装了较多的大中型设备，阻挡了视线。

走廊发挥不了应有的作用，并且由于增加了参观走廊，使得一楼实验室与外墙被隔开，严重影

响了实验室照明和通风效果，引起了一系列问题。中试实验室在正常工作时间内，必须开灯才

能瞒住光照效果，实验室建楼时安装室内照明灯 48 只，在 2019 年我们申请更换 LED 节能灯之

前每年光照明用电就需要接近 3万度。同时由于通风不畅，室内使用蒸汽加热及保温的设备排

出的大量蒸汽无法及时排出室外，夏季室内温度基本在 40℃以上，且大量的湿热气体造成了墙

皮脱落、铸铁电机腐蚀、电控原件易损等问题。如果将参观走廊设计在一层半的位置，东边进

西边出，从高往下看，视线较好。老师讲解也方便，学生认知学习效果也就越好。动力柜：中

试实验室原有动力柜 7个，为建楼时装备，原始控制柜只有总开配备漏电保护装置，各分路无

漏电保护措施，随着仪器设备的不断增加，各分路陆续被投入使用，18 年11 月份中试实验室

一路照明灯损坏后短路造成总闸跳电。影响了实验室内正在使用的好氧发酵罐等精密仪器。用

电方面的安全隐患暴露出来，为保证实验室人员及仪器设备安全，平稳运行各精密仪器，2019

年我们联系相关专业厂家对所有动力柜实施了改造。地面及排污：中试实验室地面铺设之前应

该充分考虑后期实验室运行过程中可能遇到的静电、腐蚀、地面清洗排水等各种问题。特别是

食品发酵类实验室接触有机酸碱较多，应该尽可能铺设抗酸碱腐蚀地面。中试设备清洗过程中

产生污水较多，实验室排污下水道必须表面光滑，排污通畅。

2.2 中试试验线布局及设备选型

试验线布局宜以安全、绿色、人性化、可持续化为前提，以满足实验室的主要功能及特殊要求

为原则，构建规划合理、布局科学的实验室，从而降低运行风险、提高使用效率、减少能耗损

失，满足中试工作的需求[3]。

国工中试实验室主要服务于学校轻工技术与工程、食品科学与工程两个一流建设学科。针对这

两个学科的特点，为实现厌氧发酵、好氧发酵、后分离提取等功能，以这些功能为模块建设了

对应的三条中试试验线。为模拟生产淀粉、蛋白粉、淀粉糖等产品，以这些产品生产线为模块

建设了粮食深加工中试试验线，整个粮食深加工中试线各设备单元以 25 mm 不锈钢固定管路连

接，整个中试线就是一座迷你型小工厂，可以实现将谷物(大米、小麦)等原料加工成产品(淀

粉、蛋白粉、淀粉糖)的整个生产过程。在实际使用过程中，我们发现：以单机设备为单元，

以实现某一项具体功能为模块组合起来的中试线，在应用中更具有优势。从近 6年的设备预约

使用情况看：开单机的次数最高，同时运行整个产线和中试线的次数寥寥无几。由此造成了中

试线中部分设备使用率非常低，且固定管路中存在死角较多，清洗困难。因此建议：建立中试

线不用追求大而全，可以使用模块化方式来建立：以功能为模块来搭建组合设备单元，如原料

粉碎模块可以组合各类干湿法粉碎机、球磨机、筛分机。固液分离模块可以组合各类离心机、

膜分离设备、色谱分离设备及其对应储罐。生化反应模块可以组合各类调浆罐、保温反应罐及

其附属调温设备等等，各模块内可采用固定管道连接，模块与模块之间则采用活动软管连接。

当需要生产某类具体产品时，可以灵活组合所需要的功能模块来临时组建成产品中试线。同时

各模块要为后续新增设备及设备更新预留空间。在布局各模块时，要整体考虑模块之间的相互

影响。比如：原料粉碎模块产生噪音及震动较大应远离精密仪器室。生化反应模块易产生高温

应尽量远离冷库及原料储存间。关于中试实验室设备选型：在申报设备采购清单时尽量选择通

用设备，避免采购专业性太强的设备(如某些设备只有某个研究方向或者某个课题组才能用

到)。中试实验室服务于整个校内外，通用设备才能保证设备的使用效率。专业性太强的设备

即占用有限的设备采购费又占用中试实验室空间。

　　 3　基于中试实验室运行管理工作的思考

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摘要：

浅谈对高校粮食发酵中试实验室建设与管理的思考　摘要：中试实验室在高校的实践教学、科研工作中发挥着重要的作用，中试实验室的建设和管理是一个综合的系统工程，涉及到方方面面很多因素，需要配套相应的运行机制、保障机制、激励机制、评价机制等相关规章制度，才能保障实验室有效运行。针对目前缺乏建设运行高校中试实验室经验的现状，基于我校中试实验室建设运行的实际情况，提出了一些在中试实验室场地设计及建设、中试线布局及设备选型、安全卫生管理及实验室效益提升等方面的经验教训供参考。　关键词:发酵;中试实验室;运行;管理;思考;　Abstract：Thepilotlaboratoryplaysanimportantr...

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