固态发酵技术及过程控制PPT课件

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（3）流化床反应器
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粉剂硫化床
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（4）塔式反应器
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脱氯塔
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一酸塔
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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。
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、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。
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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；8－调节阀；9－空气过
滤器；10－装料机；12－控制台
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2、动态固态发酵反应器
（1）转鼓式
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（2）带机械搅拌的筒柱式
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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。
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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。
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。
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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。
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二、固态发酵的特点
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。
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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
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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。
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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； ⑦能够耐受高浓度的营养盐； ⑧可以耐受基质预处理过程中产生的苯类等有毒物质。
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
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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
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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。
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。
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强制通风物料静态反应器（图4-3）
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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
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图4－4 强制通风填充床反应器
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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。
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四、固态发酵反应器
1、静态固态发酵反应器
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；10－鼓风机；11－加热器； 12－空气过滤器；13－空气冷却器
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滚筒发酵机
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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
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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。
塔柱式（图4-1）
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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
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园盘固体发酵机
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