固態(tài)發(fā)酵技術(shù)及過程控制-文庫吧在線文庫
【正文】 上，接種混合培養(yǎng)的微生物是已知和確定的，通常使用兩種或兩種以上經(jīng)過分離純化的微生物純種，同時(shí)或先后接種在滅菌的培養(yǎng)基中，在無污染條件下進(jìn)行的固態(tài)發(fā)酵過程。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。 ? 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。 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。 發(fā)酵過程條件控制 ? 好氧發(fā)酵厭氧發(fā)酵交替進(jìn)行 2021/6/15 41 80 （四）混合固態(tài)發(fā)酵工藝過程存在的問題 大多數(shù)混合菌體系中菌間相互關(guān)系和作用機(jī)制的研究尚不夠深入 ； 對(duì)于具有協(xié)同作用關(guān)系的菌株篩選和組合還是一個(gè)隨機(jī)的過程 ，缺乏有效的理論指導(dǎo)，； 對(duì)混合培養(yǎng)體系也不能有效地協(xié)調(diào)菌間的關(guān)系，使其達(dá)最佳生態(tài)水平，發(fā)揮最大效應(yīng)。 ? 轉(zhuǎn)鼓式反應(yīng)器的裝料系數(shù)一般是 。 ? 可以在常溫、常壓下工作，利用夾套、內(nèi)蛇管和無菌空氣進(jìn)行加熱和冷卻。大致可歸納為以下三個(gè)方面 ： （ 1）打破現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)中液體深層發(fā)酵技術(shù)的壟斷局面 （ 2）開辟新的生物技術(shù)產(chǎn)業(yè) （ 3）對(duì)傳統(tǒng)固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)技術(shù)的改進(jìn) 2021/6/15 58 80 打破現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)中液體深層發(fā)酵技術(shù)的壟斷局面 ? 有許多現(xiàn)行的液體發(fā)酵法生產(chǎn)過程，都可以用此現(xiàn)代固態(tài)發(fā)酵技術(shù)代替。在復(fù)合菌群組合優(yōu)化方面也可發(fā)揮作用。由于是密閉系統(tǒng)，氣相雙動(dòng)態(tài)固態(tài)發(fā)酵中能很好保持水分。 2021/6/15 72 80 （二）吸附載體固態(tài)發(fā)酵的載體選擇 ? 惰性吸附載體是吸附載體固態(tài)發(fā)酵中一個(gè)關(guān)鍵因素。 （ 3）最大吸水率：把規(guī)格尺寸為 23℃的水中，用戴聚乙烯手套的手在水中擠壓試片，直至沒有氣泡出來時(shí)再放松，使其充分地吸水。 ? 在吸附載體固態(tài)發(fā)酵過程中，使用的載體材料可以是孔隙率均勻一致的人工合成材料，如聚氨酯泡沫塑料。 ? 固相、液相、氣相 2021/6/15 77 80 相對(duì)靜態(tài)的發(fā)酵環(huán)境 ? 在惰性載體吸附發(fā)酵過程中，發(fā)酵液形成的液膜是相對(duì)靜止的，而不像液態(tài)攪拌通氣發(fā)酵過程中，發(fā)酵液處于不停的高速流動(dòng)之中。 固體發(fā)酵基質(zhì)原料影響微生物生長的因素。 2021/6/15 80 80 復(fù)習(xí)思考題 固態(tài)發(fā)酵及其特點(diǎn)。載體吸附固態(tài)發(fā)酵時(shí)，發(fā)酵液在載體的表面吸附形成一層液膜，在這樣的液膜內(nèi)沒有或僅有很少的游離水。其不同點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面：惰性載體吸附固態(tài)發(fā)酵提高了固態(tài)發(fā)酵過程中環(huán)境的均勻性與一致性；為微生物生長提供了一個(gè)巨大的界面環(huán)境，強(qiáng)化了發(fā)酵過程中的氧、熱等的傳遞過程；提供了一個(gè)不存在很強(qiáng)的剪切力作用的發(fā)酵環(huán)境。而在攪拌發(fā)酵反應(yīng)器中，載體應(yīng)能夠承受攪拌所造成的剪切力，并且能夠保護(hù)菌絲體不受攪拌的影響。 ③由于底物的不均勻性，難以維持發(fā)酵反應(yīng)的穩(wěn)定性和一致性，生物量和代謝產(chǎn)物的成分不易分析，不利于發(fā)酵過程的控制以及動(dòng)力學(xué)研究與模型建立等。內(nèi)循環(huán)速率變化也應(yīng)與微生物的代謝狀況相對(duì)應(yīng)，隨著微生物代謝活動(dòng)的加劇，氣體內(nèi)循環(huán)速率也應(yīng)增加。 2021/6/15 59 80 開辟新的生物技術(shù)產(chǎn)業(yè) ? 典型事例是如白僵菌、綠僵菌等在液體中不產(chǎn)生分生孢子，必須采用現(xiàn)代固態(tài)發(fā)酵技術(shù)。發(fā)酵物料的控溫是依靠發(fā)酵罐的內(nèi)蛇管、外夾套冷卻水以及罐底壓人的無菌空氣，然后從罐頂排出。垂直式的反應(yīng)器一般都要強(qiáng)制通風(fēng)。 ? 問題： ①操作難以實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，屬 “ 勞動(dòng)密集型 ” 生產(chǎn)方式； ②由于發(fā)酵基質(zhì)是靜態(tài)的，因此傳質(zhì)、傳熱困難，這就使托盤上所添加的基質(zhì)的厚度往往只有幾厘米到十幾厘米。用膜醭畢赤酵母（ Pichia membranaefaciens）代替大腸桿菌混合發(fā)酵，延胡索酸就被轉(zhuǎn)化為 L— 蘋果酸。 （ 4）微生物在基質(zhì)顆粒間活力的不均勻性。 ? 在嚴(yán)格無菌條件下，細(xì)菌被越來越多地用于固態(tài)發(fā)酵過程，如利用芽孢桿菌 (Bacillus spp． )發(fā)酵麩皮生產(chǎn)淀粉酶等。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。 生產(chǎn)機(jī)械化程度較低，缺乏在線傳感儀器，過程控制較困難。 2021/6/15 3 80 固態(tài)發(fā)酵的定義 ? 是指沒有或幾乎沒有自由水存在下，在有一定濕度的水不溶性固態(tài)基質(zhì)中，用一種或多種微生物的一個(gè)生物反應(yīng)過程，因此固態(tài)發(fā)酵是以氣相為連續(xù)相 的生物反應(yīng)過程。 使用固體原料，在發(fā)酵過程中，糖化和發(fā)酵過程同時(shí)進(jìn)行，簡化操作工序，節(jié)約能耗。 2021/6/15 10 80 單菌固態(tài)純種發(fā)酵 ? 是在純種培養(yǎng)基礎(chǔ)上建立起來的，采用已知的單一微生物菌種，接種在滅菌的固態(tài)培養(yǎng)基中，在無菌條件下進(jìn)行的固態(tài)發(fā)酵過程。 2021/6/15 29 80 固態(tài)基質(zhì)中細(xì)菌和酵母菌的生長 ? 自然漚肥 ：濕潤的有機(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。 2021/6/15 33 80 固體發(fā)酵基質(zhì)原料 影響微生物生長的因素 （ 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 （ 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)。 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
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