2固态发酵技术-2原料预处理
发酵液预处理和固液分离原理及方法
发酵液预处理和固液分离原理及方法摘要：本文对发酵液预处理的方法、工艺，固液分离原理和工艺进行了简单的阐述让我们了解到发酵液预处理的各种方法与重要性。
固液分离是一个很复杂的过程，本文从固液分离的理论基础作为切入点，深入的探讨了固液分离原理与工艺。
关键词：发酵液预处理固液分离工艺引言从微生物发酵液或细胞培养液中提取生化物质的第一个重要步骤，就是预处理和固液分离。
其目的不仅在于分离细胞、菌体和其他悬浮颗粒，还希望除去部分可溶性杂质和改变滤液的性质，以利于后续的各步操作。
正文：一、发酵液预处理工艺各种发酵产品，由于菌种不同和发酵液特性不同，其预处理方法的选择也有所不同。
大多数发酵产物存在于发酵液中，但也有少数产物存在于菌体中，或发酵液和菌体中都含有，但无论产物是在胞内，还是在胞外或者是菌体本身，首先都要对发酵液进行过滤和预处理，将固、液分开，然后才能从澄清的滤液中采用物理、化学的方法提取代谢产物，或从细胞出发进行细胞破碎、碎片的分离和提取胞内产物。
预处理的方法完全取决于可分离物质的性质，如对PH和热的稳定性、是蛋白质还是非蛋白质、分子的质量和大小等等。
具体方法主要有以下几种：1、加热法加热法是最简单和价廉的预处理方法，即把悬浮液加热到所需温度并保温适当时间。
加热可降低液体的黏度，根据流体力学的原理，滤液通过滤饼的速率与液体的黏度成反比，可见降低液体黏度可有效提高过滤速率；同时，在适当温度和受热时间下可使蛋白质凝聚，形成较大颗粒的凝聚物，进一步改善了发酵液的过滤特性。
例如，链霉素发酵液，调酸至PH3.0后，加热至70℃，维持半小时，其黏度下降至原来的1/6，过滤速率可增大10～100倍。
使用加热法时必须严格控制加热温度和时间。
首先，加热的温度必须控制在不影响目的产物活性的范围内；其次，温度过高或时间过长，会使细胞溶解，胞内物质外溢，增加发酵液的复杂性，影响产物后续的分离与纯化。
因此，加热法的关键取决于产品的热稳定性。
酱油低盐固态发酵工艺 (2)
酱油生产工艺一、低盐固态发酵：（一）工艺流程：种曲盐水水↓↓↓豆粕+麸皮→润水→蒸料→制曲→成曲→发酵→浸淋→生酱油→加热灭菌→配兑→沉淀澄清→成品（二）工艺操作：1．原料质量和比例：（1）原料（豆粕、麸皮）要求：豆粕细而均匀，成颗粒状，颗粒大小为2~3mm，通过16目筛不超过5%，不能通过6目筛不超过20%。
水分在7~10%，粗蛋白质在46~51%；麸皮质地疏松，体轻，表面积大，水分在12%左右，粗蛋白质在14%左右。
（2）原料配比：豆粕∶麸皮=7∶3 一般一批料为9t，其中豆粕为6.3t，麸皮为2.7t。
分6锅蒸煮（即每锅加入豆粕1.05t，麸皮0.45t）。
2．曲精处理：麸皮干蒸冷却麸皮拌曲精(1)排冷凝水：先打开蒸汽管的疏水阀，然后打开蒸汽进汽阀门，利用蒸汽压力排净进汽管、蒸料锅的冷凝水，然后关蒸汽阀，关好疏水阀，准备投料。
(2)投料：投入蒸料锅麸皮150Kg进行干蒸，投好料封盖后，开始旋转蒸料锅，然后打开排汽阀门和进汽阀门，当排汽阀排出蒸气后，将排汽阀关闭。
蒸料锅内温度将不断上升，5~10min后，温度升至125℃时，关闭进汽阀。
将蒸料锅垂直放置，开排汽阀放汽，等蒸气压排至常压时，打开蒸球盖,取出麸皮冷却至35~40℃，加入曲精（一般9t料加入曲精2.7Kg），拌匀，并装置在接种漏斗内。
3．蒸煮原料(1)排冷凝水：先打开蒸汽管的疏水阀，然后打开蒸汽进汽阀门，利用蒸汽压力排净进汽管、蒸料锅的冷凝水，然后关蒸汽阀，关好疏水阀，准备投料。
(2)投料：将7∶3比例的1.5t豆粕、麸皮相互加入到蒸料锅里，投好料封盖后，开始旋转蒸料锅，然后打开排汽阀门和进汽阀门，当排汽阀排出蒸气后，将排汽阀关闭。
蒸料锅内温度将不断上升，5~10min后，温度升至125℃时，关闭进汽阀。
将蒸料锅垂直放置，开排汽阀放汽，等蒸气压排至常压时，打开水阀,直接加入65~75℃的温水1100Kg（根据豆粕、麸皮的水分含量添加温水量，要求熟料的总水量在46~48%），反复旋转20min蒸料锅，然后开进汽阀和排汽阀。
9.绿色化学工艺——生物质生产乙醇
绿色化学工艺——生物质生产乙醇
生物质（biomass)定义 利用太阳能通过光合作用（
photosynthesis)生成的任何有机物质
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绿色化学工艺——生物质生产乙醇
生物质包括 林产物：树木（灌木、乔木） 草类 农作物：粮食 秸秆——麦草、稻草、玉米秆 海产物：各类海草 城市废弃物：报纸、天然纤维
纤维素水解反应动力学是一级串联反应
纤维素
糖
分解产物
A
B
C
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绿色化学工艺——生物质生产乙醇
C.序列阶段酸水解 采用浓酸和稀酸水解的三阶段： 第一阶段：预水解，水解和萃取木质素中的半纤
维素，用稀酸。 第二阶段：主水解，在浓酸中将纤维素水解成寡
糖和葡萄糖单体。 第三阶段：最后阶段，寡糖水解。
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绿色化学工艺——生物质生产乙醇
l 水解时间和温度 温度对水解速度影响很大，温度愈高，纤
维素酸水解的速度越快，但已生成单糖的分解也 越快。一般采用高温时，应用稀酸短时间水解， 如温度较低时，可采用较浓的酸和较长的时间水 解。
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绿色化学工艺——生物质生产乙醇
2．纤维素酶水解 A.酶水解理论 l 纤维素酶来源
细菌、放线菌、高等霉菌中有不少都可以 在纤维素上生长。
就发酵为酒精，从而解决葡萄糖对水解有反馈和 抑制作用，如果酵母选择合适，纤维二糖也可利 用，水解速度增加，糖产量和酒精收率增加
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绿色化学工艺——生物质生产乙醇
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绿色化学工艺——生物质生产乙醇
2. 森林和木材加工废物 森林采伐时
树枝和树梢约占整个树的4～12％ 树桩占4～5％ 森林中不成材的树木占木材储量的15％ 三者相加达木材储量的23～32％。木材加工中， 边角料和木屑占加工木料的25～30％，其中木屑 占1/3。
第二章发酵液预处理和固
凝聚
凝聚：在电解质（中性盐） 作用下，胶粒间双电层电 排斥作用降低，电位下降， 使胶体体系不稳定的现象。
凝聚作用就是向胶体悬浮 液中加入某种电解质，在 电解质中异电离子作用下， 胶粒的双电层电位降低， 使胶体体系不稳定，胶体 粒子间因相互碰撞而产生 凝集的现象。
第二章发酵液预处理和固
凝聚技术
RC
A 过滤面积
p 操作 压
L 滤液的黏度 R m 介 质 阻力 R C 滤饼阻力
一、微生物发酵液的特性
微生物发酵液的特性：
– 发酵产物浓度较低（1~10%），悬浮 液中大部分为水；
– 发酵液是组分非常复杂的混合物； – 悬浮物颗粒小，相对密度与液相相差
不大； – 固体粒子的可压缩性大； – 液相粘度大（多为非牛顿型流体）； – 性质不稳定，随时间发生变化。
阳离子对带负电荷的发酵液胶粒凝 聚能力的次序为：
Al3+Fe3+ H+ Ca2+ Mg2+ K+ Na+ Li+
常用的凝聚剂（电解质）为： Al2(SO4)3·18H2O (明矾)、 AlCl3 ·6H2O、FeCl3、ZnSO4等。
采用凝聚的方法得到的凝聚体颗粒 比较小。
第二章发酵液预处理和固
按来源不同，工业使用的絮凝剂又分为：
– 有机高分子聚合物（聚丙烯酰胺类衍生物和 聚苯乙烯类衍生物、聚丙烯酸类阴离子）；
– 无机高分子聚合物（聚合铝盐、铁盐等）； – 天然有机高分子絮凝剂（聚糖类胶粘物、海
藻酸钠、明胶、壳多糖等） – 微生物絮凝剂（含糖蛋白、黏多糖、纤维素、
核酸等高分子）
第二章发酵液预处理和固
第二章发酵液预处理和固
发酵液过滤特性的改变
食醋生产工艺
食醋有杀菌解毒、健胃消食、防暑降温、 软化血管、促进血液循环、防治动脉硬化、冠心 病并有一定的防癌作用。
三、食醋的种类
1 按照生产工艺
酿造醋：其中产量最大，是用粮食等为原料，经 微生物制曲、糖化、酒精发酵、醋酸发酵等阶段酿 制而成。 合成醋：是用化学方法合成的醋酸配制而成，缺 乏发酵调味品的风味，质量不佳。 再制醋：是以酿造醋为基料，经进一步加工制成， 如五香醋、蒜醋、姜醋、固体醋等。 2 按照地名 山西陈醋、镇江香醋、北京熏醋、上海米醋、 四川麸醋、江浙玫瑰醋、福建红曲醋等等。
3 食醋的味
酸味： 食醋是一种酸性调味品，其主体酸味是醋酸。醋酸 是挥发性酸，酸味强，尖酸突出，有刺激气味。 食醋还含有一定量的不挥发性有机酸，如琥珀酸、 苹果酸、柠檬酸、葡萄糖酸、乳酸等，它们的存在 可使食醋的酸味变得柔和。
甜味：来自于残存在醋液中的由淀粉水解产生出 的但未被微生物利用完的糖。发酵过程中形成的 甘油、二酮等也有甜味。 咸味：酿醋过程中添加食盐，可以使食醋具有适 当的咸味，使醋的酸味得到缓冲，口感更好。 鲜味：食醋中因存在氨基酸、核苷酸的钠盐而呈 鲜味。其中氨基酸是由蛋白质水解产生的；酵母 菌、细菌的菌体自溶后产生出各种核苷酸，如： 5’-鸟苷酸、5’-肌苷酸，它们也是强烈助鲜剂。
(3)培养条件
• 温度： 醋酸菌生长繁殖的适宜温度为28～33℃， 醋酸菌不耐热，在60℃下10min即死亡。 • pH： 醋酸菌生长的最适pH值为3.5～6.5，一般的醋 酸杆菌菌株在醋酸含量达1.5%～2.5%的环境中， 生长繁殖就会停止，但有些菌株能耐受醋酸达 7%～9%。
酒精的耐受力： 醋酸杆菌对酒精的耐受力颇高，酒精浓度可达到 5%～12%（体积分数）。 对食盐的耐受力： 对食盐的耐受力很差，当食盐浓度超过1%～1.5% 时就停止活动。在生产中当醋酸发酵完毕就添加 食盐，其目的除调节食醋滋味外，也是防止醋酸 菌继续作用，将醋酸氧化为二氧化碳和水的有效 措施。
酱油发酵生产技术 酱油生产工艺
缩短润料时间，可加用50－80℃热水润料。
肆、酱油生产工艺
（3）蒸料 目的： ①使蛋白质达到适度变性，即适度破坏蛋白质结构，使组织疏松，易被蛋白酶酶解成
氨基酸。 ②使淀粉糊化完全，易被淀粉酶、糖化酶水解成糖，同时消灭附属于原料上的微生
4
肆、酱油生产工艺
三、 接种制曲
制曲的目的：给米曲霉最佳的生长条件，使其大量繁殖，分泌各种酶类而且酶活性最
高。
1.制曲采用的几种方式及它们的优缺点 主要采用简易的厚度机械通风制曲；但传统的竹匾制曲、竹帘制曲和木盒制曲在小厂 中仍在使用。 （1）传统的制曲方法 特点：设备简单容易上马，但需很多劳动力，劳动强度大，生产效率很低，所以使用 比例大幅度减少。 （2）厚度机械通风制曲
物，保证制曲安全，要求达到一熟、二软有弹性、三疏松、四不粘手、五无夹心、六有 熟料固有的色泽和香气。
蒸料要“高温短时间”，“短时间”是指蒸料与脱压时间短，对提高蛋白质消化 率，减少蛋白质过度变性，均有明显的效果。在蒸料温度、压力一定的情况下，原料加 水量高者，时间宜短；反之，时间宜稍长。
蒸料设备：常压蒸锅、固定式4蒸料锅、旋转式蒸料锅
肆、酱油生产工艺
二、 酱油生产工艺过程
大体上分为种曲制备、原料预处理→接种制曲→发酵→浸出取油→加热、配置、澄清
→检验→包装
㈠ 种曲制备
试管菌→三角瓶培养→种曲培养室培养→种曲
1.试管斜面培养
取豆汁100ml，可溶性淀粉2g， 磷酸二氢钾0.1g硫酸二氢氨0.05g，硫酸镁0.05g，溶
解后用0.05M/l氢氧化钠调PH为6.0， 加入2—3g琼脂，溶化，分装，灭菌，接种，至培
固态发酵技术
• 氧气和其它非极性气体的溶解度和扩散性较好。
• 霉菌的固体培养，比液态培养更容易产生孢子。 • 某些霉菌，在固态培养状态下，产生的酶更多，次 级代谢产物的产率更高（如青霉素，赤霉酸）。
• 固体培养，菌体量的测定比较困难。
• 有的固态发酵产品，无需提取纯化，直接可用于生 产或直接使用。 • 相对于液态发酵来说，传统固态发酵方式，能量消 耗低，生产成本低；大多没有废水排放，但有时会 有大量的固态废渣。 • 传统固态发酵手工操作较多，故劳动强度大。
固态发酵和液态发酵的比较
项目 培养基质水分 低 含量 水活度 培养基 较低的水活度，杂菌 因此而不易生长 原料种类少，但成分 不完全明确，无机盐 种类要求不多； 培养基体积浓度高， 高基质浓度导致产品 浓度高，故体积生产 率高， 固态发酵 高 水活度高，许多微生 物都可生长 多种纯度高，化学物 质明确的组分配合而 成， 培养基体积浓度较低， 故体积生产效率较低； 高基质浓度导致流体 流变学的问题，需要 流加培养 液态发酵
本章主要内容
• 1 固态发酵概述
• 2 固态发酵的基本过程 • 3 固态发酵的应用
1 固态发酵概述
• 1.1 固态发酵定义
• 1.2 固态发酵特点 • 1.3 固态发酵技术简史
各种固态培养的酒曲
例：红曲米固态发酵
右图：通风池式 下图：浅盘式
1.1 固态发酵的定义
• 固态发酵过程定义：微生物在几乎没有游离可 流动水的培养基质上的生长过程及生物反应过 程。
茶叶深加工产品明细
茶叶深加工产品明细一、茶饮料系列：1、速溶茶系列固体饮料。
速溶茶又名萃取茶，它是在传统茶加工的基础上逐渐发展而成的，是一种具有原茶风味的粉末或粒状的新兴产品。
由于现代生活节奏的加快，速溶茶已成为目前最受人们欢迎的茶叶制品之一。
速溶茶的特点是冲水即溶，容易调节浓淡，还可根据各自的喜好加奶、白糖、香料、果汁、冰块等，既可热饮又可冷饮，原料来源广泛，不受产地限制，即可直接取材于中低档成品茶，亦可用鲜叶或半制品为原料生产，容易实现机械化、自动化和连续化生产。
目前速溶茶系列产品主要包括纯味速溶茶、调味速溶茶及茶与功能植物混合速溶茶等。
纯味速溶茶又包括速溶红茶、速溶绿茶、速溶花茶等几种。
调味速溶茶又称“冰茶”，它是在速溶茶基础上发展起来的配制茶，起初多用来做夏季清凉饮料，加冰冲饮，故称冰茶。
2、液态罐（瓶）装茶饮料。
即饮型罐（瓶）装茶饮料是一种以茶叶为主要原料，不含酒精的新型饮料。
这种饮料既具有茶叶的独特风味，又兼具营养、保健和医药等功效。
同时在加工中不添加着色剂，不用香精赋香，不加或少加调味物质，是一种风靡世界、安全多效、深受消费者欢迎的多功能饮料。
与其他软饮料相比，在价格、便捷、保健等诸多方面都具有较强的竞争优势。
罐（瓶）装茶饮料虽然问世不久，但花色品种很多，有冰红茶、冰绿茶、奶茶、蜜桃茶、冰茶、花旗参茶、葡萄茶、冬瓜茶、柠檬茶以及加蜂蜜茶饮料、加碳酸盐的汽茶、加薄荷的清凉茶饮料等，据不完全统计，有40多种。
主要可归为以下四大类：①纯茶饮料，以红茶、绿茶、乌龙茶等为主要成分，不加任何辅料；②调味茶饮料，以红茶、绿茶、乌龙茶为基质，加入糖、酸、果味物质等配制而成；③含气茶饮料；④保健型茶饮料,在茶叶中添加中草药及植物性原料加工而成。
国内茶饮料市场中以调味茶饮料为主，占市场份额得80%以上。
3、茶酒。
茶与酒在人类生活文化中的地位并驾齐驱，使人类生活丰富多彩。
茶树温和饮料，酒是刺激性饮料，两者各有不同属性，故以茶叶为主料酿制或配制的饮用酒独具风味。
固态发酵标准
固态发酵标准固态发酵是一种利用固体底物进行微生物发酵的生产工艺。
在这种发酵过程中，微生物生长和代谢产物的形成都在固体底物表面进行，因此需要严格控制发酵过程中的各项参数，以确保发酵效果和产品质量。
本文将介绍固态发酵的标准及其相关内容。
首先，固态发酵的底物选择非常重要。
底物应具有一定的可发酵性，含有适量的营养物质，且易于微生物附着和生长。
常用的固态发酵底物包括玉米粉、小麦麸、稻壳、木屑等。
在选择底物时，需要考虑其成本、可获得性以及与微生物的相容性。
其次，固态发酵的水分含量也是一个关键参数。
水分含量过高会导致微生物生长受限，产物无法有效分泌，甚至会导致底物变质。
而水分含量过低则会影响微生物的代谢活性。
因此，需要根据具体微生物的需求和底物的特性，确定合适的水分含量范围。
此外，发酵温度、通气量、pH值等参数也需要进行严格控制。
微生物在不同的温度下生长速率和代谢产物的种类会有所不同，因此需要根据具体微生物的特性确定合适的发酵温度。
通气量可以影响微生物的生长速率和产物的生成速率，需要通过合理的通气方式来控制。
而pH值则直接影响微生物的生长和代谢过程，需要在合适范围内进行调节。
最后，固态发酵的时间也是一个需要考虑的因素。
不同微生物对底物的附着和代谢速率不同，因此需要在实验室条件下确定合适的发酵时间。
同时，发酵时间也受到其他参数的影响，需要进行综合考虑。
总之，固态发酵标准涉及多个方面的参数控制，需要综合考虑微生物、底物、发酵条件等因素。
只有严格控制这些参数，才能获得高效的固态发酵过程和优质的发酵产品。
希望本文的介绍能够对固态发酵工艺的实践和研究有所帮助。
发酵液的预处理和固液分离方法(1)
ci：i离子摩尔浓度，mol/L；
Zi：i离子的化合价。
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从上两式可知，ξ电位与溶液 中带相反电荷的离子强度有关， 因此，提高离子的化合价和浓度 可以压缩扩散双电层，使其厚度 减小，从而使ξ电位降低。
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电解质的凝聚能力可用凝聚值来表 示，使胶粒发生凝聚作用的最小电解 质浓度（mol/L）称为凝聚值。
这种包括凝聚和絮凝机理的过程， 称为混凝。
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对于非离子型和阴离子型高分子絮凝剂， 则可以与无机电解质凝聚剂搭配使用。
首先加入电解质，使悬浮粒子间的双电 层电位降低、脱稳，凝聚成微粒，然后再加 入絮凝剂絮凝成较大的颗粒。无机电解质的 凝聚作用为高分子絮凝剂的架桥创造了良好 的条件，从而大大提高了絮凝的效果。
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应用实例：
在膜过滤中，发酵液中的大分子物质易 与膜发生吸附，通过调整pH值改变易吸附 分子的电荷性质，即可减少堵塞和污染。
细胞、细胞碎片及某些胶体物质等在某 个pH值下也可能趋于絮凝而成为较大颗粒， 有利于过滤的进行。
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三、凝聚与絮凝
作用：
采用凝聚和絮凝技术能有效改变大分子物 质的分散状态，使其聚结成较大的颗粒，便 于提高过滤速率；
氯化铝AICl3·6H2O
三氯化铁FeCl3·6H2O
硫酸亚铁FeSO4·7H2O
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石灰、ZnSO4、MgCO3等。
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2．絮凝
絮凝是指在某些高分子絮凝剂存在 下，基于架桥作用，使胶粒形成较大絮 凝团的过程。
采用凝聚方法得到的凝聚体，其颗 粒常常是比较细小的，有时还不能有效 地进行分离。采用絮凝法则常可形成粗 大的絮凝体，使发酵液较易分离。
固态发酵白酒的制造流程与产生废水协议受纳污水处理厂工艺能力测试废水碳源利用技术实施步骤
固态发酵白酒的制造流程与产生废水协议受纳污水处理厂工艺能力测试废水碳源利用技术实施步骤一、固态发酵白酒的制造流程：1.原料准备：选择好质量的谷物（如大米、小麦、玉米等）作为淀粉源，经过清洗、研磨、蒸煮等处理过程。
2.泡曲：浸泡适量的黄酒曲，将黄酒曲与一定量的谷物混合，形成固态发酵的基质。
3.发酵：将泡好的曲和谷物混合物平铺在发酵器中，控制温湿度，进行固态发酵。
发酵过程中，曲中的酵母菌会分解淀粉为糖，并产生乙醇。
4.蒸馏：发酵完成后，将发酵料入锅蒸馏，通过蒸馏器将乙醇和其他挥发性物质分离出来，得到酒精。
5.存储陈化：将蒸馏得到的酒精存储在橡木桶或其他容器中，进行陈化处理，使酒味更加醇厚。
6.过滤、调和、灌装：将陈化好的酒经过过滤和调和处理，理顺酒液的口感和香味，最后进行灌装。
7.检验和质控：对酒品进行严格的品质检验和质量控制，确保产品达到国家标准和消费者的需求。
二、废水处理工艺能力测试：1.流程设计：根据实际情况，确定废水处理工艺的流程设计，并制定相关试验计划。
2.参数调节：在实验室中进行废水处理试验，调节废水处理设备的参数，如曝气时间、曝气量、污泥负荷等，以获得最佳的废水处理效果。
3.受纳污水处理厂工艺能力测试：根据废水处理设备的设计容量，进行实际的废水处理工艺能力测试，测试时间应持续一段时间，以保障测试结果的准确性。
4.数据分析：收集测试期间的数据，进行数据分析，评估废水处理工艺能力，如COD（化学需氧量）、BOD（生化需氧量）等指标的去除率。
5.结果评估：根据测试结果进行评估，判断废水处理工艺能力是否满足要求。
三、废水碳源利用技术实施步骤：1.废水碳源分析：对废水进行碳源分析，确定废水中碳源的含量和类型。
2.碳源利用技术选择：根据废水的碳源含量和性质，选择合适的碳源利用技术，如生物处理、生物降解、化学处理等。
3.碳源利用技术实施：根据选择的碳源利用技术，进行实施。
具体步骤可能包括废水预处理、接种合适的微生物或添加合适的化学试剂、控制温湿度等。
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• 孔隙率ε：颗粒间空隙的体积与物料层体 积之比，即：
V颗粒 V空隙 e= = 1V物料层 V物料层
2.1.3 原料预处理的方式
• 固态发酵的原料大多是农、副产品及其加工制品。 • 原料的形态多种多样，有颗粒状（如谷物类）、 块状、粉状。秸杆或稻草等原料更无法直接被微 生物利用。 • 在蒸煮或发酵前，原料都需要进行必要的预处理。 • 原料预处理的主要单元操作： • 筛选除杂、精白、清洗、浸泡、磨粉、制坏、切 块、润湿等。
物料的水分含量
• 水分含量的基准：干基； 湿基。
• 谷物类原料的水分含量在12.5-14.5%之间。 • 而固态发酵培养基的水分一般在50%左右，故原料 中的水分是不可忽略不计的。配料前掌握物料本 身的含水量对于决定加水量是至关重要的。 • 物料的转化率是以干物质计算的。如果原料水分 过高，则降低生产转化率。
2.1.2 固态物料的物性参数
• • • • 物料颗粒的形状和大小、 水分含量、 密度和孔隙率、 比热容等。
物料颗粒的形状和大小、
• 由于物料颗粒内氧的限制及营养物质的扩散的限制，微生 物很难利用颗粒内部的营养成分。 • 物料颗粒的大小及形状影响到微生物对其营养成分的利用。 • 从颗粒表面到颗粒中心的距离来看，球形颗粒的距离最长， 故对于微生物来说，可用于生长的表面积最小，可以利用 的营养物质也最少。 • 偏平的或细长的物料颗粒则比较有利于微生物的生长。
2.2 原料蒸煮、膨化、及焙炒
• 2.2.1 原料的熟化方式 • 原料熟化处理的目的： • （1）使原料在高温下蒸熟或炒熟，使蛋白 质变性，淀粉糊化，纤维素软化并破坏其 晶体结构； • （2）对原料进行杀菌处理 • （灭菌温度高和时间长，往往不彻底）
• 在固态发酵行业原料熟化方式： • 蒸煮法、膨化法、焙炒法。 • 在操作上，分为： • 间歇式一次、间歇式多次和连续式。 • 根据蒸煮锅的压力的大小，分为： • 常压蒸煮、高压蒸煮。
• • • • • • • • 人工输送 货梯提升人工倒入 流槽输送 螺旋机输送 气力输送 周转箱输送 抓斗输送 机械传送带装置输送
m物料层 V物料层
• 物料都含有一定的水分，而物料与水的密 度不同，故容积密度与物料的水分含量有 一定的关系。 • 陈坤杰[1]等得出了大麦颗粒密度随含水率 变化的数学模型为：这表明大麦颗粒密度 和含水率呈线性变化关系。含水率越大， 密度越小。 • ρs= -7.296Md + 1395.1 • Md—大麦湿基含水率，%
• 含纤维素原料的处理法： • 物理预处理法、化学预处理法、氨化汽爆法、生 物处理法、蒸汽爆破法。
2.3 固态物料的输送
• 2.3.1 固态物料输送的特点 • 液态发酵液，几乎都可采用管道用泵输送。 固态发酵生产的原料及半成品呈固态，物 料的形态多种多样，不同的物料得采用不 同的输送方式和输送设备。因此，固态物 料的输送比液态物料的输送技术难度更大。
• 颗粒大小的不均匀性对发酵的影响很显著。 • 因为小颗粒的物料可能会“藏”于大颗粒之间的 空隙中。这对于通风及微生物的生长都会产生影 响。 • 在固态发酵过程中，物料颗粒体积会发生变化。 变化过程一般是由小变大，再变小。由小变大， 是因为微生物生长于物料颗粒表面，使其表观体 积变大。随着基质的消耗，物料颗粒越来越小。
• 半纤维素或纤维素为主的原料：如谷糠、各种秸 杆、稻草、芒杆、木屑。可用于饲料、食用菌或 燃料乙醇的生产，也可作为其它发酵物料中的填 充物。 • 食品和发酵工业的副产物：啤酒糟、白酒糟、黄 酒糟、酱油糟、柠檬酸等副产物。通过固态发酵， 提高其营养价值或改善其适口性，主要用作饲料。 • 废弃物：城市餐余废弃物、废旧报纸、造纸厂纤 维废渣、禽畜类排泄物、沼气发酵残渣等，含有 大量的有机物，对环境造成很大的危害，也可通 过固态发酵使之无害化或资源化。
第2章 固态发酵原料 预处理技术
固态物料，水分含量低的后果： 流动性差，物质传递及热量传递性能差，
2.1 发酵原料及预处理
• 2.1.1 固态发酵培养基的主要原料 • 食品类的固态发酵产品，大多以谷物，豆 类为原料。 • 谷物类原料：小麦、稻米、小米、玉米、 高粱等及其粉制品； • 蛋白质为主的原料：大豆、豌豆、豆粕、 麩皮、
r 颗粒
(m总 -m容器 )-m水 m颗粒 = = m水 V颗粒 V总 r水
物料的容积密度
• 容积密度是将物料装入已知容积的容器内， 测量装入容器内的物料质量，然后根据容 器的容积和物质质量求出的密度。固态发 酵反应器内的物料层的密度即属于容积密 度的概念。 • 物料层密度的计算公式是：
r 物料层 =
传统甑桶
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蒸饭机
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蒸馏和蒸煮锅
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NK式蒸煮锅系统
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ห้องสมุดไป่ตู้
高温流化装置示意图
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高压蒸汽灭菌锅（柜）
连续蒸煮机
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2.2.6 原料的物理及化学处理法
• 纤维素类的物质，如玉米秸秆，其中纤维素和半 纤维素被木质素包裹，而且半纤维素部分和木质 素结合，纤维素本身具有结晶体结构，生物酶处 理十分困难，必须经过预处理，使纤维素、半纤 维素和木质素分离。
密度和孔隙率
• 固态物料，传统意义上的密度是指物体单位体积 内所具有的质量。 • 表示固体密度的指标： • 颗粒密度、容积密度、孔隙率。
• 这些衡量颗粒状固态物料的重要参数对于各种容 器的设备的设计、装料量的确定、通风量或通风 速度等的计算都非常有用。比如，确定反应器容 积时，应以容积密度为依据。
物料的颗粒密度
• 物料的颗粒密度（kg/m3）是根据物料的实 际体积（包括物料内部空洞的体积，但不 包括颗粒间隙的空间体积）和质量求出的 密度。
• 颗粒密度实验测定方法： • 在一个已知容积的量器内，加入物料颗粒，然后加 入水，使水的位置正在与物料颗粒的位置持平。分 别测定总的质量、容器的质量和水的质量，量取总 的体积（即物料颗粒的体积与水的体积之和）。根 据下式计算物料颗粒密度。
• 待输送物料的种类：从形态上来分有粉状 物料、颗粒状物料、团状和块状物料，还 有半固态物料。 • 根据物料的加工状态，分为生料、润水料、 熟料、高温状态的物料； • 在输送过程中，有的物料无需考虑无菌措 施，有的则必须考虑其在输送过程中不得 染菌或尽可能减少染菌的机会。
2.3.2固态物料的输送相关的设备及 设施