【正文】 9－空氣過濾器； 10－裝料機； 12－控制臺 2021/6/15 17 80 動態(tài)固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器 （ 1）轉(zhuǎn)鼓式 2021/6/15 18 80 （ 2）帶機械攪拌的筒柱式 圖 4－ 7 攪拌式固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器 1－攪拌架電機； 2－攪拌槳電機； 3－接種和噴水口； 4－溫度傳感器； 5－測重儀； 6－濕度傳感器； 7－冷卻器； 8－濕度調(diào)節(jié)器； 9－空氣流量器； 10－鼓風機； 11－加熱器；12－空氣過濾器； 13－空氣冷卻器 2021/6/15 19 80 滾筒發(fā)酵機 2021/6/15 20 80 （3）流化床反應(yīng)器 2021/6/15 21 80 粉劑硫化床 2021/6/15 22 80 （ 4）塔式反應(yīng)器 2021/6/15 23 80 脫氯塔 2021/6/15 24 80 一酸塔 2021/6/15 25 80 五、固態(tài)發(fā)酵發(fā)展趨勢和應(yīng)用前景 ? 固態(tài)發(fā)酵可利用多種工農(nóng)業(yè)殘渣作為底物大量生產(chǎn)化學物質(zhì)，在有機酸、酒精、單細胞蛋白、蘑菇、酶制劑、生物活性物質(zhì)及風味物質(zhì)等，盡管上述研究有的還處在實驗室研究階段，但固態(tài)發(fā)酵被認為是可再生性資源綜合利用最有希望的途徑，是解決當前人類所面臨的 “ 三大 ” 危機的一個有效手段。 由于產(chǎn)物濃度高，提取工藝簡單可控，沒有大量有機廢液產(chǎn)生，但提取物含有底物成分。2021/6/15 80 1 第四章 固態(tài)發(fā)酵技術(shù)及過程控制 第一節(jié) 概述 第二節(jié) 固態(tài)發(fā)酵過程的控制 第三節(jié) 固態(tài)發(fā)酵技術(shù) 2021/6/15 2 80 第一節(jié) 概述 一、固態(tài)發(fā)酵的定義 ? 一切使用不溶性固體基質(zhì)來培養(yǎng)微生物的工藝過程，稱為固體基質(zhì)發(fā)酵（ solid substrate fermentation） 固體懸浮在液體中的深層發(fā)酵 固態(tài)發(fā)酵 沒有（或幾乎沒有）游離水的濕固體材料上培養(yǎng)微生物的工藝過程。 高底物濃度可以產(chǎn)生高的產(chǎn)物濃度。它對于擴大固態(tài)發(fā)酵的應(yīng)用范圍和潛力的發(fā)揮起到非常重要的作用，是固態(tài)發(fā)酵的重要方向。 ? 飼料的青貯 ：是由細菌參與的自然固態(tài)發(fā)酵過程，尤其是在發(fā)酵過程的后期，隨著發(fā)酵過程的進行，體系的 pH值降低，同時培養(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。 （ 2）基質(zhì)的不同批次之間的差異。 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。靜態(tài)密閉式固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器，主要有托盤式或填充床式反應(yīng)器，這些系統(tǒng)均不包含攪拌設(shè)備。 ? 在水平攪拌式中，發(fā)酵基質(zhì)的運動是由攪拌軸的運動來提供動力的；而在轉(zhuǎn)鼓式中是由罐體的運動來提供的。 2021/6/15 55 80 操作及應(yīng)用范圍 ? 立式多層固態(tài)發(fā)酵罐在投料前先進行空罐滅菌，發(fā)酵物料從發(fā)酵罐頂部人料孔加人，進入發(fā)酵罐底下第一層，然后翻起第二層堆料板，加第二層料，依次按此步驟進行加料。以此類推，整個酶制劑工業(yè)都有可能轉(zhuǎn)成以固態(tài)發(fā)酵法為主體。 2021/6/15 61 80 （一）氣相雙動態(tài)固態(tài)純種發(fā)酵的工藝過程 圖4＊11 雙筒式雙動態(tài)固態(tài)發(fā)酵罐示意圖 2021/6/15 62 80 圖 4－ 12 單筒式雙動態(tài)固態(tài)發(fā)酵罐示意圖 2021/6/15 63 80 圖 4－ 13 小推車盤架系統(tǒng) 2021/6/15 64 80 圖 4－ 14 小推車盤架機械輸送系統(tǒng) 2021/6/15 65 80 氣相雙動態(tài)固態(tài)純種發(fā)酵工藝特點 ① 無固體層機械翻動裝置，由薄層、氣相雙動態(tài)及循環(huán)風機達到傳質(zhì)與傳熱要求； ②由于無固體翻動機械傳動，反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單容易密封，便于工業(yè)放大； ③反應(yīng)器為受壓容器，可用壓力蒸汽進行嚴格的空罐或?qū)嵐逌缇?，無死角，便于清掃； ④采用無菌壓縮空氣供氧，發(fā)酵過程中反應(yīng)器為正壓狀態(tài)，故能嚴格達到純種固態(tài)培養(yǎng)的要求； 2021/6/15 66 80 ⑤ 氣相雙動態(tài)有促進微生物代謝、強化細胞內(nèi)外的傳質(zhì)，減少代謝產(chǎn)物的反饋抑制，從而有縮短發(fā)酵周期、提高轉(zhuǎn)化率的功能； ⑥反應(yīng)器的環(huán)形結(jié)構(gòu)與循環(huán)鼓風機，使反應(yīng)器內(nèi)的溫度、濕度均勻一致； ⑦反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置冷卻排管，加之循環(huán)風機配合后，強制罐內(nèi)氣相空氣順次通過物料和冷卻排管，降低發(fā)酵物料的溫度，并便于反應(yīng)器內(nèi)溫度與濕度的調(diào)控； ⑧氣相雙動態(tài)的周期、振幅與波形由進出氣閥的適時自動控制系統(tǒng)完成，可以隨發(fā)酵過程對供氧與發(fā)熱要求進行計算機在線優(yōu)化控制。由于底物的外形和物理特性都發(fā)生了變化，結(jié)果降低了發(fā)酵過程中的傳質(zhì)和傳熱。另外，對于載體的選擇還要依賴于所選用的生物反應(yīng)器。 （ 5）載體吸水性 在固態(tài)發(fā)酵時，為了能夠減小發(fā)酵過程中因水分揮發(fā)而引起水活度的降低，惰性載體應(yīng)能夠在發(fā)酵過程中緩釋出部分水，以維持發(fā)酵過程水活度的穩(wěn)定。這樣的載體在發(fā)酵過程中充當固相成分，它們對微生物的生長沒有副作用，微生物也不能夠或難以分解利用這類材料。 ? 惰性載體吸附固態(tài)發(fā)酵既可以解決傳統(tǒng)固態(tài)發(fā)酵過程中的不均勻性、傳質(zhì)困難等問題，又能夠充分發(fā)揮液態(tài)發(fā)酵過程中環(huán)境系統(tǒng)均勻且易于調(diào)控的優(yōu)勢，克服液態(tài)攪拌通氣發(fā)酵能耗高以及剪切力的破壞作用等缺點。 動態(tài)密閉式固態(tài)發(fā)酵、氣相雙動態(tài)固態(tài)純種發(fā)酵、吸附載體固態(tài)發(fā)酵