固态发酵技术及过程控制
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5、高底物浓度可以产生高的产物浓度。
6、由于产物浓度高，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。
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
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。
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
园盘固体发酵机
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 盘管；9－加热器；LP －液面探针；RH－相 对湿度调节器
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。
3、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。
第二节 固态发酵过程的控制
一、固态发酵微生物及生长机制 1、适合固态发酵微生物特征 ①能够利用多糖的混合物； ②有完整的酶系，可以迅速从对某一种多糖
的代谢转为对另一种多糖的代谢； ③能够深入到料层中，也能穿入基质细胞内； ④在发酵过程中以菌丝形式生长，而不易孢
子化； ⑤生长迅速，染菌概率小； ⑥可以在含水量低的基质中生长；
饲料的青贮 ：是由细菌参与的自然固态发
酵过程，尤其是在发酵过程的后期，随着 发酵过程的进行，体系的pH值降低，同时 培养基内局部的氧被耗尽，造成培养基内 变成厌氧环境，从而抑制了真菌的生长。
纳豆 ：是日本的一种风味食品，它主要是 由枯草芽孢杆菌发酵蒸煮过的大豆而制成。
在严格无菌条件下，细菌被越来越多地用 于固态发酵过程，如利用芽孢杆菌(Bacillus spp．)发酵麸皮生产淀粉酶等。
2、强化微生物混合固态发酵
是指在自然富集固态发酵的基础上，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。
3、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。
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
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（solid substrate fermentation）
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。
4、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。
四、固态发酵反应器
1、静态固态发酵反应器
塔 柱 式 （ 图 ）
4-1
图4－4 强制通风填充床反应器
图4－5 Koji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；
2、动态固态发酵反应器 （1）转鼓式
（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；
滚筒发酵机
3
（ ） 流 化 床 反 应 器
粉 剂 硫 化 床
（4）塔式反应器
脱氯塔
一酸塔
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，但固态发酵被认为是可 再生性资源综合利用最有希望的途径，是 解决当前人类所面临的“三大”危机的一 个有效手段。当前，许多工农业残渣、城 市生活垃圾已成为人们的社会公害，对人 类的生存环境均产生不利的影响。
固态发酵ห้องสมุดไป่ตู้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。
二、固态发酵的特点
1、固态发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、界面作用
（1）营养物在界面上的富集 （2）界面分布的微生物 （3）微生物界面效应的意义
3、固态基质中丝状微生物的生 长
丝状真菌的生长是以其顶端延长的方式进 行的，顶端之后的菌丝只能变厚而不能伸 长；在生长过程中又靠顶端延伸的方式产 生繁茂的分枝而构成真菌的菌落，可见真 菌的生长主要表现在菌丝顶端的生长。
外层是不定形的组分，主要是蛋白质、甘露聚糖和葡聚糖；内层是定形的，由 几丁质、纤维素或二者组成的微纤。顶部后面坚硬的细胞壁和复杂的分支系统 使得菌丝牢固地固定在底物上，并产生强大的内压使顶部延伸有了动力。
4、固态基质中细菌和酵母菌的 生长
自然沤肥 ：湿润的有机物被一系列微生物
所分解，其中，由于嗜热芽孢杆菌的代谢 活动，在木质纤维素类物质的分解过程中， 会产生大量的代谢热，导致培养基内温度 高达60℃以上。
6、由于产物浓度高，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。
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
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。
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
园盘固体发酵机
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 盘管；9－加热器；LP －液面探针；RH－相 对湿度调节器
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。
3、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。
第二节 固态发酵过程的控制
一、固态发酵微生物及生长机制 1、适合固态发酵微生物特征 ①能够利用多糖的混合物； ②有完整的酶系，可以迅速从对某一种多糖
的代谢转为对另一种多糖的代谢； ③能够深入到料层中，也能穿入基质细胞内； ④在发酵过程中以菌丝形式生长，而不易孢
子化； ⑤生长迅速，染菌概率小； ⑥可以在含水量低的基质中生长；
饲料的青贮 ：是由细菌参与的自然固态发
酵过程，尤其是在发酵过程的后期，随着 发酵过程的进行，体系的pH值降低，同时 培养基内局部的氧被耗尽，造成培养基内 变成厌氧环境，从而抑制了真菌的生长。
纳豆 ：是日本的一种风味食品，它主要是 由枯草芽孢杆菌发酵蒸煮过的大豆而制成。
在严格无菌条件下，细菌被越来越多地用 于固态发酵过程，如利用芽孢杆菌(Bacillus spp．)发酵麸皮生产淀粉酶等。
2、强化微生物混合固态发酵
是指在自然富集固态发酵的基础上，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。
3、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。
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
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（solid substrate fermentation）
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。
4、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。
四、固态发酵反应器
1、静态固态发酵反应器
塔 柱 式 （ 图 ）
4-1
图4－4 强制通风填充床反应器
图4－5 Koji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；
2、动态固态发酵反应器 （1）转鼓式
（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；
滚筒发酵机
3
（ ） 流 化 床 反 应 器
粉 剂 硫 化 床
（4）塔式反应器
脱氯塔
一酸塔
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，但固态发酵被认为是可 再生性资源综合利用最有希望的途径，是 解决当前人类所面临的“三大”危机的一 个有效手段。当前，许多工农业残渣、城 市生活垃圾已成为人们的社会公害，对人 类的生存环境均产生不利的影响。
固态发酵ห้องสมุดไป่ตู้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。
二、固态发酵的特点
1、固态发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、界面作用
（1）营养物在界面上的富集 （2）界面分布的微生物 （3）微生物界面效应的意义
3、固态基质中丝状微生物的生 长
丝状真菌的生长是以其顶端延长的方式进 行的，顶端之后的菌丝只能变厚而不能伸 长；在生长过程中又靠顶端延伸的方式产 生繁茂的分枝而构成真菌的菌落，可见真 菌的生长主要表现在菌丝顶端的生长。
外层是不定形的组分，主要是蛋白质、甘露聚糖和葡聚糖；内层是定形的，由 几丁质、纤维素或二者组成的微纤。顶部后面坚硬的细胞壁和复杂的分支系统 使得菌丝牢固地固定在底物上，并产生强大的内压使顶部延伸有了动力。
4、固态基质中细菌和酵母菌的 生长
自然沤肥 ：湿润的有机物被一系列微生物
所分解，其中，由于嗜热芽孢杆菌的代谢 活动，在木质纤维素类物质的分解过程中， 会产生大量的代谢热，导致培养基内温度 高达60℃以上。