固態(tài)發(fā)酵技術(shù)及過(guò)程控制-文庫(kù)吧
2025-04-19 22:14 本頁(yè)面
【正文】 用前景 ? 固態(tài)發(fā)酵可利用多種工農(nóng)業(yè)殘?jiān)鳛榈孜锎罅可a(chǎn)化學(xué)物質(zhì)，在有機(jī)酸、酒精、單細(xì)胞蛋白、蘑菇、酶制劑、生物活性物質(zhì)及風(fēng)味物質(zhì)等，盡管上述研究有的還處在實(shí)驗(yàn)室研究階段，但固態(tài)發(fā)酵被認(rèn)為是可再生性資源綜合利用最有希望的途徑，是解決當(dāng)前人類所面臨的 “ 三大 ” 危機(jī)的一個(gè)有效手段。當(dāng)前，許多工農(nóng)業(yè)殘?jiān)?、城市生活垃圾已成為人們的社?huì)公害，對(duì)人類的生存環(huán)境均產(chǎn)生不利的影響。 2021/6/15 26 80 第二節(jié) 固態(tài)發(fā)酵過(guò)程的控制 一、固態(tài)發(fā)酵微生物及生長(zhǎng)機(jī)制 適合固態(tài)發(fā)酵微生物特征 ①能夠利用多糖的混合物； ②有完整的酶系，可以迅速?gòu)膶?duì)某一種多糖的代謝轉(zhuǎn)為對(duì)另一種多糖的代謝； ③能夠深入到料層中，也能穿入基質(zhì)細(xì)胞內(nèi)； ④在發(fā)酵過(guò)程中以菌絲形式生長(zhǎng)，而不易孢子化； ⑤生長(zhǎng)迅速，染菌概率?。? ⑥可以在含水量低的基質(zhì)中生長(zhǎng)； ⑦能夠耐受高濃度的營(yíng)養(yǎng)鹽； ⑧可以耐受基質(zhì)預(yù)處理過(guò)程中產(chǎn)生的苯類等有毒物質(zhì)。 2021/6/15 27 80 界面作用 （ 1）營(yíng)養(yǎng)物在界面上的富集 （ 2）界面分布的微生物 （ 3）微生物界面效應(yīng)的意義 2021/6/15 28 80 固態(tài)基質(zhì)中絲狀微生物的生長(zhǎng) ? 絲狀真菌的生長(zhǎng)是以其頂端延長(zhǎng)的方式進(jìn)行的，頂端之后的菌絲只能變厚而不能伸長(zhǎng)；在生長(zhǎng)過(guò)程中又靠頂端延伸的方式產(chǎn)生繁茂的分枝而構(gòu)成真菌的菌落，可見(jiàn)真菌的生長(zhǎng)主要表現(xiàn)在菌絲頂端的生長(zhǎng)。 外層是不定形的組分，主要是蛋白質(zhì)、甘露聚糖和葡聚糖；內(nèi)層是定形的，由幾丁質(zhì)、纖維素或二者組成的微纖。頂部后面堅(jiān)硬的細(xì)胞壁和復(fù)雜的分支系統(tǒng)使得菌絲牢固地固定在底物上，并產(chǎn)生強(qiáng)大的內(nèi)壓使頂部延伸有了動(dòng)力。 2021/6/15 29 80 固態(tài)基質(zhì)中細(xì)菌和酵母菌的生長(zhǎng) ? 自然漚肥 ：濕潤(rùn)的有機(jī)物被一系列微生物所分解，其中，由于嗜熱芽孢桿菌的代謝活動(dòng)，在木質(zhì)纖維素類物質(zhì)的分解過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的代謝熱，導(dǎo)致培養(yǎng)基內(nèi)溫度高達(dá) 60℃ 以上。 ? 飼料的青貯 ：是由細(xì)菌參與的自然固態(tài)發(fā)酵過(guò)程，尤其是在發(fā)酵過(guò)程的后期，隨著發(fā)酵過(guò)程的進(jìn)行，體系的 pH值降低，同時(shí)培養(yǎng)基內(nèi)局部的氧被耗盡，造成培養(yǎng)基內(nèi)變成厭氧環(huán)境，從而抑制了真菌的生長(zhǎng)。 2021/6/15 30 80 ? 納豆 ：是日本的一種風(fēng)味食品，它主要是由枯草芽孢桿菌發(fā)酵蒸煮過(guò)的大豆而制成。 ? 在嚴(yán)格無(wú)菌條件下，細(xì)菌被越來(lái)越多地用于固態(tài)發(fā)酵過(guò)程，如利用芽孢桿菌 (Bacillus spp． )發(fā)酵麩皮生產(chǎn)淀粉酶等。 2021/6/15 31 80 ? 利用酵母菌的純種固態(tài)發(fā)酵果皮及其他廢棄物產(chǎn)酒精，也愈來(lái)愈引起人們的重視。 ? 在淀粉類物質(zhì)為底物的同步糖化發(fā)酵過(guò)程中，淀粉酶和酵母菌被同時(shí)引入固態(tài)發(fā)酵系統(tǒng)，酵母菌的存在還有利于提高發(fā)酵產(chǎn)品中的蛋白質(zhì)含量。 2021/6/15 32 80 二、固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)原料 ? 玉米秸稈、玉米芯、小麥秸稈、水稻秸稈、麩皮、稻殼、玉米、大米、小米、大豆、甘蔗渣、酒糟、木薯、玉米皮渣等。 ? 為了使底物更容易被微生物利用，經(jīng)常對(duì)底物進(jìn)行化學(xué)或機(jī)械物理處理，如采用酸、堿進(jìn)行化學(xué)水解處理或采用爆碎、粉碎、研磨等物理處理。 2021/6/15 33 80 固體發(fā)酵基質(zhì)原料 影響微生物生長(zhǎng)的因素 （ 1）固體基質(zhì)的大分子結(jié)構(gòu) （ 2）顆粒大小影響微生物的生長(zhǎng) （ 3）顆粒形狀 （ 4）顆粒的多孔性 （ 5）顆粒均勻性及硬度 2021/6/15 34 80 固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)的差異性 （ 1）復(fù)雜的，非均一的基質(zhì)結(jié)構(gòu)。 （ 2）基質(zhì)的不同批次之間的差異。 （ 3）發(fā)酵基質(zhì)混合上的困難。 （ 4）微生物在基質(zhì)顆粒間活力的不均勻性。 2021/6/15 35 80 三、影響固態(tài)發(fā)酵過(guò)程的主要參數(shù) 濕度與水活度 溫度與熱量傳遞 通氣與傳質(zhì)過(guò)程 pH值 2021/6/15 36 80 第三節(jié) 固態(tài)發(fā)酵技術(shù) 一、混合固態(tài)發(fā)酵技術(shù) （一）混合固態(tài)發(fā)酵概念 ? 混合發(fā)酵 (mixed fermentation) ： 許多發(fā)酵過(guò)程是純菌株無(wú)法完成或只能微弱地進(jìn)行的，必須依靠?jī)煞N或多種微生物共同培養(yǎng)來(lái)完成的過(guò)程 如傳統(tǒng)酒曲和醬曲、腌菜、煙草發(fā)酵、茶葉發(fā)酵、青貯、堆肥等。 2021/6/15 37 80 ? 強(qiáng)化微生物混合固態(tài)發(fā)酵 (intensified mixed solidstate fermentation) 以人為強(qiáng)化接種微生物菌系不明確的富集培養(yǎng)物或特定微生物培養(yǎng)物來(lái)進(jìn)行混合發(fā)酵 如傳統(tǒng)酒曲和醬曲、腌菜、煙草發(fā)酵、茶葉發(fā)酵、青貯、堆肥等。 2021/6/15 38 80 （二）混合固態(tài)發(fā)酵工藝特點(diǎn) 充分利用培養(yǎng)基、設(shè)備、人員和時(shí)間，可以在同一發(fā)酵容器中經(jīng)過(guò)相同工藝過(guò)程，提高所需產(chǎn)品的質(zhì)和量，或獲得良種、多種產(chǎn)品。 混合發(fā)酵能夠獲得一些獨(dú)特的產(chǎn)品，而純種發(fā)酵是很難做到的。 混合的多種菌種，增加了發(fā)酵中許多基因的功能，通過(guò)不同代謝能力的組合，完成單個(gè)菌種難以完成的復(fù)雜代謝作用，可以代替某些基因重組工程菌來(lái)進(jìn)行復(fù)雜的多種代謝反應(yīng)，或促進(jìn)生長(zhǎng)代謝，提高生產(chǎn)效率。 2021/6/15 39 80 混合的多種菌種 ? 例如，華根霉（ Rhizopus chinensis）可發(fā)酵生產(chǎn)延胡索酸。當(dāng)它與大腸埃希菌（ E． coli）混合發(fā)酵，延胡索酸就能完全轉(zhuǎn)化成琥珀酸。用膜醭畢赤酵母（
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