【正文】 在滅菌的固態(tài)培養(yǎng)基中，在無菌條件下進行的固態(tài)發(fā)酵過程。 2021/6/15 26 80 第二節(jié) 固態(tài)發(fā)酵過程的控制 一、固態(tài)發(fā)酵微生物及生長機制 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，可以迅速從對某一種多糖的代謝轉為對另一種多糖的代謝； ③能夠深入到料層中，也能穿入基質細胞內； ④在發(fā)酵過程中以菌絲形式生長，而不易孢子化； ⑤生長迅速，染菌概率??； ⑥可以在含水量低的基質中生長； ⑦能夠耐受高濃度的營養(yǎng)鹽； ⑧可以耐受基質預處理過程中產(chǎn)生的苯類等有毒物質。 2021/6/15 29 80 固態(tài)基質中細菌和酵母菌的生長 ? 自然漚肥 ：濕潤的有機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，在木質纖維素類物質的分解過程中，會產(chǎn)生大量的代謝熱，導致培養(yǎng)基內溫度高達 60℃ 以上。 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，也愈來愈引起人們的重視。 2021/6/15 33 80 固體發(fā)酵基質原料 影響微生物生長的因素 （ 1）固體基質的大分子結構 （ 2）顆粒大小影響微生物的生長 （ 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)酵基質的差異性 （ 1）復雜的，非均一的基質結構。 2021/6/15 35 80 三、影響固態(tài)發(fā)酵過程的主要參數(shù) 濕度與水活度 溫度與熱量傳遞 通氣與傳質過程 pH值 2021/6/15 36 80 第三節(jié) 固態(tài)發(fā)酵技術 一、混合固態(tài)發(fā)酵技術 （一）混合固態(tài)發(fā)酵概念 ? 混合發(fā)酵 (mixed fermentation) ： 許多發(fā)酵過程是純菌株無法完成或只能微弱地進行的，必須依靠兩種或多種微生物共同培養(yǎng)來完成的過程 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。 混合的多種菌種，增加了發(fā)酵中許多基因的功能，通過不同代謝能力的組合，完成單個菌種難以完成的復雜代謝作用，可以代替某些基因重組工程菌來進行復雜的多種代謝反應，或促進生長代謝，提高生產(chǎn)效率。如果普通變形菌（ Proteus vulgaris）和少根根霉（ R． arrhizus）混合發(fā)酵，則可將延胡索酸轉化為天冬氨酸。 2021/6/15 42 80 二、靜態(tài)密閉式固態(tài)發(fā)酵技術 ? 靜態(tài)密閉式固態(tài)發(fā)酵，主要是指發(fā)酵過程中的固體基質保持相對靜止狀態(tài)，通常所說傳統(tǒng)的固態(tài)發(fā)酵即指此種發(fā)酵方式。 2021/6/15 44 80 托盤式發(fā)酵設備 2021/6/15 45 80 填充床式發(fā)酵 2021/6/15 46 80 靜態(tài)密閉式固態(tài)發(fā)酵工藝控制 溫度控制 水分控制 2021/6/15 47 80 三、動態(tài)密閉式固態(tài)發(fā)酵技術 轉鼓式發(fā)酵 2021/6/15 48 80 轉鼓式發(fā)酵 ? 轉鼓式反應器的主要特色是空氣不是從基質的底部吹人而是從基質的頂部吹過，空氣和基質的熱量和物質交換是通過反應器的轉動來促進。 2021/6/15 49 80 攪拌式發(fā)酵 2021/6/15 50 80 攪拌式發(fā)酵 ? 攪拌式固態(tài)發(fā)酵兩種主要類型：水平攪拌式的和轉鼓式。 2021/6/15 51 80 氣固流化床發(fā)酵 2021/6/15 52 80 流化床發(fā)酵的特色和優(yōu)點 ① 由于通氣良好，因此有助于好氧微生物的生長，在流化床上生長的微生物呼吸率可以達到靜態(tài)培養(yǎng)的 10倍； ②代謝熱的去除十分完全，不會發(fā)生培養(yǎng)基溫度過高 的問題； ③氣體和揮發(fā)性的代謝產(chǎn)物可以很快消失，減小抑制； ④混合效果很好，消除了發(fā)酵基質中的溫度和濕度梯 度，有利于過程中的工藝參數(shù)的控制； ⑤某些產(chǎn)物（如單細胞蛋白）可以直接在反應器中進 行干燥； ⑥相對于傳統(tǒng)的固態(tài)培養(yǎng)，生產(chǎn)效率大大提高，因此 可以減少生產(chǎn)所占用的空間和生產(chǎn)操作費用。 ? 由于發(fā)酵物料是在密閉條件下進行發(fā)酵，而且進入發(fā)酵罐內的空氣和水都經(jīng)過滅菌處理，完全消除了雜菌污染的可能性，最終產(chǎn)品的質量有了確切的保證。 ? 目前，國內已有 — 10m3規(guī)格的立式多層圓桶形固態(tài)發(fā)酵罐出售，可以用于菌體蛋白、纖維素酶、淀粉酶、四環(huán)素、赤霉酸、紅曲、醋曲、醬曲的生產(chǎn)，生物制藥（包括生物農藥），飼料和菜籽餅固態(tài)發(fā)酵產(chǎn)酶等許多領域。典型的有 Bt發(fā)酵、纖維素酶發(fā)酵、果膠酶發(fā)酵、固氮菌發(fā)酵、赤霉素發(fā)酵、核黃素發(fā)酵等。更重要的是，木質纖維素的生物轉化與生物量全利用是人類可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中的重大課題，現(xiàn)代固態(tài)發(fā)酵技術將是該課題最終克服技術經(jīng)濟關的突破口。因此對傳統(tǒng)制酒，及風味食品制造方面提供技術改進的新途徑，甚至創(chuàng)制新的風味發(fā)酵食品、保健食品等，例如用紅曲霉固態(tài)發(fā)酵制紅曲霉素及保健食品等。但風速太大，填料層表面基質將被吹起。 2021/6/15 68 80 五、吸附載體固態(tài)發(fā)酵技術 ? 傳統(tǒng)的固態(tài)發(fā)酵不足之處： ①固體培養(yǎng)基既是碳源，又是它們的結構組成部分，在微生物發(fā)酵生長過程中，培養(yǎng)基被分解了，底物容易結塊，孔隙率也降低。 2021/6/15 69 80 （一）吸附載體固態(tài)發(fā)酵的特點 ? 吸附載體固態(tài)發(fā)酵的特點特征是以天然或人工合成的多孔材料代替麩皮之類的固態(tài)基質作為微生物的載體，營養(yǎng)成分可以嚴格控制，發(fā)酵結束，只需將菌體和培養(yǎng)液擠壓出來進行抽提，載體又可以重新使用。為了確定微生物適合的載體，應 了解微生物發(fā)酵周期、載