固態(tài)發(fā)酵技術(shù)及過(guò)程控制(存儲(chǔ)版)
【正文】 ，培養(yǎng)基料層的厚度、氣體脈沖壓力變化范圍、氣體內(nèi)循環(huán)速率等都會(huì)影響發(fā)酵。 2021/6/15 71 80 吸附載體固態(tài)發(fā)酵與深層液態(tài)發(fā)酵相比的優(yōu)點(diǎn) ? 由于吸附載體固態(tài)發(fā)酵過(guò)程中，固態(tài)載體提供了微生物生長(zhǎng)的巨大表面，單位體積的比表面積可以始終維持在很高的水平，微生物可以在通人少量或不需要通入空氣或氧氣的條件下，從外界中獲得自身生長(zhǎng)所需的氧氣，因此，不需要通人大量無(wú)菌氧氣或空氣，也不需要強(qiáng)力攪拌，節(jié)省能源。 （ 2）測(cè)定氣泡平均孔徑：用一只小型放大鏡，數(shù)出位于 上的氣泡數(shù)，并計(jì)算出氣泡平均孔徑。這些多種多樣的微環(huán)境的存在，使得傳統(tǒng)的以農(nóng)作物產(chǎn)品為底物的固態(tài)發(fā)酵條件變得粗放，效率大大降低。但是在發(fā)酵液吸附在惰性載體表面后，其性質(zhì)就發(fā)生了變化，它不再是一個(gè)均相體系，而是被吸附固定在載體的表面，形成一個(gè)液膜。 界面作用。 固態(tài)發(fā)酵的分類。 ? 在載體吸附固態(tài)發(fā)酵過(guò)程中，界面環(huán)境是微生物生長(zhǎng)的主要環(huán)境，營(yíng)養(yǎng)物都處于溶解狀態(tài)。 2021/6/15 75 80 吸附載體固態(tài)發(fā)酵提高了固態(tài)發(fā)酵環(huán)境的均勻性 ? 傳統(tǒng)固態(tài)發(fā)酵過(guò)程中，由于發(fā)酵底物的不均勻性，由底物形成的大環(huán)境中具有多種多樣的微環(huán)境。載體還必須耐蒸汽加熱或藥物滅菌，多孔結(jié)構(gòu)既有足夠的表面積，又能允許空氣流通。 2021/6/15 69 80 （一）吸附載體固態(tài)發(fā)酵的特點(diǎn) ? 吸附載體固態(tài)發(fā)酵的特點(diǎn)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(zhì)作為微生物的載體，營(yíng)養(yǎng)成分可以嚴(yán)格控制，發(fā)酵結(jié)束，只需將菌體和培養(yǎng)液擠壓出來(lái)進(jìn)行抽提，載體又可以重新使用。但風(fēng)速太大，填料層表面基質(zhì)將被吹起。更重要的是，木質(zhì)纖維素的生物轉(zhuǎn)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(shù)將是該課題最終克服技術(shù)經(jīng)濟(jì)關(guān)的突破口。 ? 目前，國(guó)內(nèi)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(nóng)藥），飼料和菜籽餅固態(tài)發(fā)酵產(chǎn)酶等許多領(lǐng)域。 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(diǎn) ① 由于通氣良好，因此有助于好氧微生物的生長(zhǎng)，在流化床上生長(zhǎng)的微生物呼吸率可以達(dá)到靜態(tài)培養(yǎng)的 10倍； ②代謝熱的去除十分完全，不會(huì)發(fā)生培養(yǎng)基溫度過(guò)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(zhì)中的溫度和濕度梯 度，有利于過(guò)程中的工藝參數(shù)的控制； ⑤某些產(chǎn)物（如單細(xì)胞蛋白）可以直接在反應(yīng)器中進(jìn) 行干燥； ⑥相對(duì)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(fèi)用。 2021/6/15 44 80 托盤式發(fā)酵設(shè)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(dòng)態(tài)密閉式固態(tài)發(fā)酵技術(shù) 轉(zhuǎn)鼓式發(fā)酵 2021/6/15 48 80 轉(zhuǎn)鼓式發(fā)酵 ? 轉(zhuǎn)鼓式反應(yīng)器的主要特色是空氣不是從基質(zhì)的底部吹人而是從基質(zhì)的頂部吹過(guò)，空氣和基質(zhì)的熱量和物質(zhì)交換是通過(guò)反應(yīng)器的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)促進(jìn)。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(zhuǎn)化為天冬氨酸。 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 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。 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 6 80 三、固態(tài)發(fā)酵的分類 自然富集固態(tài)發(fā)酵 強(qiáng)化微生物混合固態(tài)發(fā)酵 限定微生物混合固態(tài)發(fā)酵 單菌固態(tài)純種發(fā)酵 2021/6/15 7 80 自然富集固態(tài)發(fā)酵 ? 是指利用自然界中微生物，由不斷演替的微生物進(jìn)行的富集混合發(fā)酵過(guò)程。 2021/6/15 4 80 二、固態(tài)發(fā)酵的特點(diǎn) 固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)基中沒有游離水的流動(dòng)，水是培養(yǎng)基中較低的組分。 2021/6/15 5 80 固態(tài)發(fā)酵中培養(yǎng)基提供的與氣體的接觸面積要比液體深層發(fā)酵中與氣泡的接觸面積大得多，供氧更充足，同時(shí)，空氣通過(guò)固體層得阻力較小，能量消耗低。 2021/6/15 9 80 限定微生物混合固態(tài)發(fā)酵 ? 是在對(duì)微生物相互作用和群落認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)
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