第二章 通风发酵设第三节固态

第二章 通风发酵设备
2.3 通风固态发酵设备



一、固态发酵的定义 二、固态发酵特点 三、固态发酵反应器设计原则 四、固态发酵工业化应用存在的问题 五、常用的固态发酵设备
一、固态发酵的定义：固态发酵是指微生物在没 有或具有少量游离水的固体培养基上生长的过程。 二、固态发酵的特点： （一）优点： 1．节能； 2．节水； 3．操作简单； 4．提取成本低，并且废水、废渣排放少，有利于环 境保护； 5．可以模拟自然环境。 （二）缺点： 1．散热困难； 2．传质过程复杂，存在底物、产物浓度差； 3. 易染菌


2．优点：利于供氧、传热；易于分散添加 的营养物质，保持固体培养基的均一性。 3．缺点：对菌体损伤大；易结团；存在死 角


（七）压力脉动 固态发酵生物反 应器 1．基本原理： 培养过程中固体 培养基是静态的， 而气相是动态的， 通过周期性的压 力变化实现对发 酵过程传热、传 质的有效控制。
2．特点：无固体层机械搅拌装置，对菌 体几乎无损伤；便于放大；不易染菌；促 进了微生物代谢、强化了微生物的传质效 率，减少代谢产物的反馈抑制；可实现自 动控制.
（八）吸附载体固态发酵设备
吸附载体固态发酵技术的实施是在包括种子发 酵罐、循环风机、固态发酵生物反应器组成的系 统中完成的。在卧式固态发酵生物反应器中的支 架上放置装有多孔吸附载体的多孔吸附载体筒， 筒的两端设有气体分布板。分布板的直径为固态 发酵罐的4／5，气体分布板上的开孔率为 0.5~0.7。分布板之前还有空气分布环，分布 环的直径是分布板的2／3，开孔率0.2~0.5。

2．新型浅盘式生物反应器
（三）机械通风固体生物反应器（填充床生物反应器） 材料：木板、水泥板、钢板、砖石类 结构与尺寸：长8~12m，宽1.5~2.5m，深0.5m~1m，底 部有筛板，筛板下为具有8°～10°坡度的通风道，料 层厚度为0.3~0.5m

缺点：进出料主要依靠手工操作，工作效 率低，劳动条件差；车间一直处于暖湿环 境，对生产卫生及发酵控制产生不利影响。
（四）流化床生物反 应器 1．基本概念：通过 流体的上升运动使固 体颗粒维持在悬浮状 态进行反应的装置。 2．主要结构与构造 液体从设备底部的一 个穿孔的分布器流入， 其流速应足以使固体 颗粒流态化，流出物 从设备上部连续流出。 空气或氮气可以从反 应器顶部引入。见图

（五）转鼓式固态生物反应器 1．主要结构与构造 罐体由圆柱形的中部和不同形状的封头组成（圆锥形、 圆柱形），圆柱体围绕着中轴旋转而使反应器中的基 质随之翻动，也可以在反应器中增加搅拌装置；罐壁 按照压力容器设计计算；鼓内可带挡板或不带挡板； 可通气或不通气
（二）浅盘式生物反应器 1．传统自然通风浅盘式发酵设备 （1）浅盘材料：木制、金属、塑料等 （2）浅盘尺寸及结构： 0.37m×0.54m×0.06m，或 1.0m×1.0m×0.06m，盘底部有衬条，上铺 竹帘、苇帘、柳条或金属网。 （3）曲架材料与结构：木制、金属；曲架总 高约2m ，最下面一层距地面0.5m，两层之 间相距0.3~0.5m。 （4）曲室要求与结构：易于保温、散热、排 除湿气以及清洁消毒。墙壁采用夹墙结构， 内填充保温材料；房顶向两边倾斜，使冷凝 水从两边流下，避免滴落在浅盘上，房顶开 有天窗。
Βιβλιοθήκη 2．该设备的优点：强化传热、供氧；自动 化程度较高；微生物生长均一；易取样； 3．缺点：对菌丝体损伤大；升温及冷却较 困难；培养基易成团。


（六）搅拌式生物反应器 1．主要结构与构造：搅拌式固态生物反应器有卧式 和箱式两种。卧式搅拌生物反应器采用水平单轴，多 个桨叶平均分布与轴上；箱式搅拌生物反应器采用垂 直多轴搅拌。

三、固态发酵生物反应器设计的主要原则
1．用于生产固态发酵设备的材料必须具备耐 腐蚀、坚固、无毒、价廉的特性。 2．设备应能够防止发酵过程的污染，同时能 够控制发酵过程的有机体及废气的释放。 3．应具备有效的通风调节、混合和热的移除 以控制温度、水分活度、氧浓度等操作参 数。 4．维持固态发酵基质的均匀性。 5．使用方便。
四、固态发酵工业化应用存在的问题
1．缺少固态生物反应器的设计和放大的统一 准则； 2．对固态发酵过程中菌种的生理学变化知之 甚少； 3．缺乏适宜的数学模型； 4．缺乏完善的自动控制和检测手段。
五、常用的固态发酵设备
（一）实验室常用 固态生物反应器： 三角瓶、培养皿、 瓷盘、玻璃柱等。
左图是一种典型 的实验室填充柱式 固态发酵反应器