固态发酵技术及过程控制

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1、第四章固态发酵技术及过程控制第一节概述第二节固态发酵过程的控制第三节固态发酵技术8/24/2021180第一节概述一、固态发酵的定义一切使用不溶性固体基质来培养微生物的工艺过程，称为固体基质发酵（solidsubstratefermentation）固体悬浮在液体中的深层发酵固态发酵没有（或几乎没有）游离水的湿固体材料上培养微生物的工艺过程。8/24/2021280固态发酵的定义是指没有或几乎没有自由水存在下，在有一定湿度的水不溶性固态基质中，用一种或多种微生物的一个生物反应过程，因此固态发酵是以气相为连续相的生物反应过程。8/24/2021380二、固态发酵的特点1、固态发

2、酵培养基中没有游离水的流动，水是培养基中较低的组分。培养基中水活度在0.99以下，适宜于水活度在0.93～0.98的微生物生长，限制了应用范围，同时也限制了某些杂菌的生长。2、微生物从湿的固态基质吸收营养物，营养物浓度存在梯度，发酵不均匀，菌体的生长、对营养物的吸收和代谢产物的分泌存在不均匀。8/24/20214803、固态发酵中培养基提供的与气体的接触面积要比液体深层发酵中与气泡的接触面积大得多，供氧更充足，同时，空气通过固体层得阻力较小，能量消耗低。4、使用固体原料，在发酵过程中，糖化和发酵过程同时进行，简化操作工序，节约能耗。5、高底物浓度可以产生高的产物浓度。6、由于

3、产物浓度高，提取工艺简单可控，没有大量有机废液产生，但提取物含有底物成分。7、生产机械化程度较低，缺乏在线传感仪器，过程控制较困难。8/24/2021580三、固态发酵的分类1、自然富集固态发酵2、强化微生物混合固态发酵3、限定微生物混合固态发酵4、单菌固态纯种发酵8/24/2021680自然富集固态发酵是指利用自然界中微生物，由不断演替的微生物进行的富集混合发酵过程。例如传统的酒曲、酱油和堆肥发酵等，不需要接种微生物，而是依赖空气和物料中的自然微生物区系，由多种微生物演替成最适于生长代谢或共同协作的小生态环境。8/24/20217802、强化微生物混合固态发酵是指在自然富集

4、固态发酵的基础上，根据人们部分掌握的微生物代谢机制，强化接种微生物菌系不明确的富集培养物或特定微生物培养物所进行的混合发酵，例如沼气发酵、白酒发酵及废物发酵降解处理等。8/24/20218803、限定微生物混合固态发酵是在对微生物相互作用和群落认识的基础上，接种混合培养的微生物是已知和确定的，通常使用两种或两种以上经过分离纯化的微生物纯种，同时或先后接种在灭菌的培养基中，在无污染条件下进行的固态发酵过程。8/24/20219804、单菌固态纯种发酵是在纯种培养基础上建立起来的，采用已知的单一微生物菌种，接种在灭菌的固态培养基中，在无菌条件下进行的固态发酵过程。它对于扩大固态发

5、酵的应用范围和潜力的发挥起到非常重要的作用，是固态发酵的重要方向。8/24/20211080四、固态发酵反应器1、静态固态发酵反应器塔柱式（图4-1）8/24/20211180浅盘式（图4-2）1－浅盘室；2－水阀门；3－紫外灯管；4，8，13－空气阀门；5，11－空气过滤器；6－排气口；7－加湿器；9－加热器；10－空气循环；12－进气口；14－浅盘；15－浅盘架8/24/20211280园盘固体发酵机8/24/20211380强制通风物料静态反应器（图4-3）1－发酵罐；2－空气调节阀门；3－空气温度传感器；4－湿度传感器；5－排气阀；6－温度控制；7－加湿器；8－冷却盘

6、管；9－加热器；LP－液面探针；RH－相对湿度调节器8/24/20211480图4－4强制通风填充床反应器8/24/20211580图4－5Koji工业制曲设备1－曲室；2多孔板；3－旋转机；4，11－卸料螺杆机；5－空气调节器；6－鼓风机；7－排气管；8－调节阀；9－空气过滤器；10－装料机；12－控制台8/24/202116802、动态固态发酵反应器（1）转鼓式8/24/20211780（2）带机械搅拌的筒柱式图4－7搅拌式固态发酵反应器1－搅拌架电机；2－搅拌桨电机；3－接种和喷水口；4－温度传感器；5－测重仪；6－湿度传感器；7－冷却器；8－湿度调节器；9－空气流量器

7、；10－鼓风机；11－加热器；12－空气过滤器；13－空气冷却器8/24/20211880滚筒发酵机8/24/20211980（3）流化床反应器8/24/20212080粉剂硫化床8/24/20212180（4）塔式反应器8/24/20212280脱氯塔8/24/20212380一酸塔8/24/20212480五、固态发酵发展趋势和应用前景固态发酵可利用多种工农业残渣作为底物大量生产化学物质，在有机酸、酒精、单细胞蛋白、蘑菇、酶制剂、生物活性物质及风味物质等，尽管上述研究有的还处在实验室研究阶段，但固态