固體發(fā)酵種類及固體發(fā)酵反應(yīng)器(編輯修改稿)
2025-06-17 23:28 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 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。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 40 80 （三）混合固態(tài)發(fā)酵過程控制 發(fā)酵微生物的選擇與培養(yǎng) ? 在限定微生物混合固態(tài)發(fā)酵中，用兩種或兩種以上經(jīng)鑒定的純種微生物進行發(fā)酵。這種條件下，微生物的營養(yǎng)需求已知，就可以建立適合于這些微生物生長發(fā)育的培養(yǎng)條件。 發(fā)酵過程條件控制 ? 好氧發(fā)酵厭氧發(fā)酵交替進行 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)系和作用機制的研究尚不夠深入 ； 對于具有協(xié)同作用關(guān)系的菌株篩選和組合還是一個隨機的過程 ，缺乏有效的理論指導(dǎo)，； 對混合培養(yǎng)體系也不能有效地協(xié)調(diào)菌間的關(guān)系，使其達最佳生態(tài)水平，發(fā)揮最大效應(yīng)。 2021/6/15 42 80 二、靜態(tài)密閉式固態(tài)發(fā)酵技術(shù) ? 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(zhì)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。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。 2021/6/15 43 80 托盤式發(fā)酵 ? 特點： ①相對比較薄的發(fā)酵基質(zhì)鋪在一個面積相對比較大的 托盤上； ②沒有強制的通風(fēng)，但在托盤上可以有孔，空氣可以 緩慢地在托盤的周圍循環(huán)； ③發(fā)酵基質(zhì)的溫度隨著反應(yīng)器周圍環(huán)境的溫度而變化，因此可以通過控制反應(yīng)器所在的空間溫度來控制反應(yīng)器的內(nèi)部溫度。 ? 問題： ①操作難以實現(xiàn)機械化，屬 “ 勞動密集型 ” 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。 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，空氣和基質(zhì)的熱量和物質(zhì)交換是通過反應(yīng)器的轉(zhuǎn)動來促進。 ? 轉(zhuǎn)鼓式固態(tài)反應(yīng)器熱量的傳遞主要有兩種途徑：一是直接通過對流和蒸發(fā)將熱量傳遞到反應(yīng)器的頂部空氣；二是由反應(yīng)器的壁通過傳導(dǎo)傳遞。這種反應(yīng)器可以用干空氣增加基質(zhì)的水分蒸發(fā)來降溫，因為這樣的反應(yīng)器可以從頂部通過噴水來調(diào)節(jié)基質(zhì)的水分含量。 ? 轉(zhuǎn)鼓式反應(yīng)器的裝料系數(shù)一般是 。 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(zhuǎn)鼓式。 ? 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。除此以外，二者其他方面都很類似。垂直式的反應(yīng)器一般都要強制通風(fēng)。 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(zhì)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(yīng)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。 2021/6/15 53 80 立式多層固態(tài)發(fā)酵罐 2021/6/15 54 80 立式多層固態(tài)發(fā)酵罐特點 ? 立式多層固態(tài)發(fā)酵采用的發(fā)酵罐具有占地面積小、自動化程度高、生產(chǎn)能力大、易于監(jiān)測和控制等優(yōu)點。 ? 發(fā)酵物料可以在發(fā)酵罐內(nèi)進行蒸煮、滅菌、降溫等操作，更重要的是實現(xiàn)了發(fā)酵罐內(nèi)接種、發(fā)酵罐內(nèi)噴淋加濕、自動翻料、溫濕度自動檢測顯示、自動進出料等自動控制操作過程。 ? 可以在常溫、常壓下工作，利用夾套、內(nèi)蛇管和無菌空氣進行加熱和冷卻。 ? 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(nèi)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(zhì)量有了確切的保證。 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。然后進行蒸煮、滅菌。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。 ? 目前，國內(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 56 80 在固體發(fā)酵過程中進行攪拌具有以下一些特點和要求： ① 設(shè)計上必須符合清潔無菌的衛(wèi)生要求； ②要求對固體基質(zhì)施加的剪切力較??； ③固體基質(zhì)經(jīng)預(yù)處理（浸泡、滅菌）后，可通過固體攪拌器內(nèi)部接種，以避免染菌； ④可通過攪拌保證添加水分分布均勻，以便于控制水分含量
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