固态发酵

液态发酵
许多在线传感器的成熟，可以实现 发酵过程控制 要去除大量的有机废水，分离设备 的体积大，费用高 一般发酵原料需要复杂的加工，消 耗能量大 适用于大多数微生物生长 通过冷却水控制，不存在通气造成 水分缺乏
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发酵 范围
热 驱除
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环境
在人工液体培养基中均匀生长
第二节
现代固态发酵
固态发酵的分类
静态固态发酵反应器
2. 动态固态发酵反应器
• （1）转鼓式
基本形式是将一个圆柱形(鼓形)容器支架在一个 转动系统上，转动系统主要起支撑及提供动力这 两种作用。
• （2）带机械搅拌的筒柱式
• 特点是发酵器主体静止不动，而容器内的搅拌器 使发酵过程中的物料处于连续的运动状态，在反 应器的一端有取样、加料和通气口。
适宜于分离纯化高附加值产品
二、固态发酵的形式
• 1. 按微生物的情况和形成的产品条件分类
• 自然富集固态发酵是指利用自然界中的微生物， 由不断演替的微生物进行的富集混合发酵过程。 • 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，人为强化接种微生物茵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过程。
2. 按固态发酵固相的性质分类
• （1）同体底物基质固态发酵利用的培养基是既充 当固相，又为微生物生长提供营养的初级农作物 产物。 如麸皮、马铃薯、谷子、豆饼以及其他含淀粉和 纤维素的农作物产品。
• （2）固态发酵采用的固体是惰性载体，载体可以 是天然的，也可以是人工分成的。 载体材料有大麻、珍珠岩、聚氨酯泡沫体、蔗糖 渣和聚苯乙烯等。
固态发酵系统
液态发酵系统
二、固态发酵的特点
• 固态发酵是气体作为生物反应过程中的O2、CO2、 热量、营养和产物的传递介质。 • O2、CO2扩散比较容易
• 热量传递困难 • 存在明显的营养梯度 • 无大量有机废水产生
三、固态发酵与液态发酵比较分析
• 固态发酵与液态发酵本质区别是以气相还是以液 相为连续相的差异。
• 无论何种形式的固态发酵反应器，都必须考虑以下 问题： ①接种技术 ②灭菌方式
③发酵基质的特性
④供气手段
⑤参数的测量和控制 ⑥取样分析技术 ⑦结构简单，操作方便
一、静态固态发酵反应器与动态固态发酵反应器
• 1. 静态固态发酵反应器
• 优点： ①系统简单，廉价，操作方便； ②克服固态发酵无法用摇瓶法作大量基础研究的 缺点，同时可作多条件的平行实验并且温度、湿 度等条件均一； ③系统易灭菌。
序表
序 号 8
项目
过程 控制 产物 提取 能量 消耗
固态ຫໍສະໝຸດ Baidu酵
缺乏有效的在线测量手段，过程 控制比较困难 由于产物浓度高，提取工艺简单 ，没有大量的有机废水 糖化和发酵同时进行，简化操作 工序，节能 固体培养基的水活度在0.99以下 ，适宜于在0.93~0.98的微生物 生长，限制了应用范围，同时也 限制杂菌生长 代谢热驱除比较困难，主要依靠 通气蒸发冷却，易造成局部缺水 模拟自然生长环境，使微生物保 持与自然界相似的生长状态；微 生物是在接近于自然状态下生长 ，有可能产生一些通常液体发酵 中不产生的酶和其他代谢产物
• 缺点：
①无法准确控制气体和物料的湿度，只能供饱和 湿空气； ②无法取样分析； ③放大过程中难以消除床径扩大的影响。
• 完善的固态发酵供气、保温、控温系统应有以下特 点： • ①测量并控制进气组成、湿度及温度；
• ②测量尾气组成并反馈调节进气组成、湿度和温度 ； • ③在较大规模应用时采用循环供气； • ④完善的气体过滤设备。
传统固态发酵
在极为简单的发酵容器中或敞口 式容器中进行
基本是自然富集发酵或强化菌种 发酵 限于传统食品的生产 操作能耗低，设备投资小，劳动 强度大 可直接利用粮食和纤维原料，价 格低廉 一般产品后处理简单，可直接烘 干
• 一、传统固态发酵与现代固态发酵
在密闭容器的固态发酵反应器中进行
采用单一菌株纯种或限定菌株混合发酵 扩大了固态发酵的应用范围 增加了操作能耗，设备投资大 需要无菌处理发酵原料
• 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，同时或先后接种同一灭过 茵的培养基中，在无污染条件下进行的固态发酵 过程。
• 单菌固态纯种发酵是在纯培养基础上建立起来的 ，对于选育良种、保持生理活性和代谢过程中的 稳定起很大作用。
• 具体表现是固体发酵基质中游离水的多少。
固态发酵与液态发酵的比较
序 号 1 2 3 4 5 6 7 项目 水分 营养物 接种量 产物浓 度 产率 营养扩 散 散热 固态发酵 培养基没有游离水，水是培养 基中较低的组分 微生物从湿的固态基质吸收营 养物，营养物浓度存在梯度 接种量比较大，大于10% 发酵结束时，培养基是湿物料 状态，产物浓度高 使用浓缩的培养基和较小的固 体发酵生物反应器，产率高 微生物生长受营养扩散的限制 有效去除代谢热困难，易出现 过热的问题 液态发酵 培养基中始终有游离水的流动，水 是主要组分 微生物从溶解水中吸收营养物，营 养物浓度始终不存在梯度 接种量比较小，小于10% 发酵结束时，培养基是液体状态， 产物浓度低 使用稀释的培养基和较大体积的生 物反应器，产率低 不受营养扩散问题的影响 高水含量使发酵温度控制容易，发 酵设备庞大
第一节
• 一、固态发酵的内涵
概述
• 一般发酵工艺过程按照培养基物理性状不同，将 发酵方式分为两大类：固态发酵和液态发酵。 • 液态发酵主要有表面发酵和深层发酵
• 一切使用不溶性固体基质来培养微生物的工艺过 程，称之为固体基质发酵。
• 固态发酵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。
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第三节
固态发酵反应器
• 不同形式的工业规模的固态发酵反应器：
• 转鼓式、木盒式、加盖盘式、垂直培养盒式、倾 斜接种盒式、浅盘式、传送带式、圆柱式、混合 式
• 以基质的运动情况可分为两类：
• ①静态固态发酵反应器，包括浅盘式和塔柱式反 应器； • ②动态固态发酵反应器，包括机械搅拌的筒柱式 、转鼓式反应器等。