固態(tài)發(fā)酵技術(shù)及過(guò)程控制(參考版)
2025-05-13 22:14本頁(yè)面
【正文】 影響固態(tài)發(fā)酵過(guò)程的主要參數(shù) 混合固態(tài)發(fā)酵 混合固態(tài)發(fā)酵工藝特點(diǎn) 混合固態(tài)發(fā)酵過(guò)程控制及存在問(wèn)題。 界面作用。 固態(tài)發(fā)酵的分類。 2021/6/15 78 80 （四）吸附載體固態(tài)發(fā)酵的操作方式 1－種子發(fā)酵罐； 2－文氏接種管； 3－超聲霧化器； 4－循環(huán)風(fēng)機(jī)； 5－固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器； 6－氣體分布板； 7－多孔吸附載體筒； 8－氣體循環(huán)通道； 9－固態(tài)發(fā)酵罐蓋門； 10－閥門； 11－氣體分布環(huán) 2021/6/15 79 80 （五）吸附載體固態(tài)發(fā)酵的前景 ? 惰性吸附載體固態(tài)發(fā)酵具有傳統(tǒng)固態(tài)發(fā)酵所不具有的優(yōu)勢(shì)，將是發(fā)酵工程中一個(gè)重要研究方向。發(fā)酵液這種不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響也不同。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。 ? 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 76 80 惰性載體吸附固態(tài)發(fā)酵促進(jìn)了氧的傳遞 ? 與液態(tài)攪拌通氣發(fā)酵相比，載體吸附固態(tài)發(fā)酵的特點(diǎn)之一是其具有的巨大的界面環(huán)境。這類材料不僅各處均勻一致，而且還可以根據(jù)需要，調(diào)節(jié)其孔徑大小、吸附能力等。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。 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。 2021/6/15 74 80 （三）吸附載體固態(tài)發(fā)酵過(guò)程分析 ? 惰性載體吸附固態(tài)發(fā)酵技術(shù)既不同于利用農(nóng)作物產(chǎn)品為底物的傳統(tǒng)固態(tài)發(fā)酵，也不同于液態(tài)攪拌通氣發(fā)酵。 最大吸水量 最大吸水率＝ 100％ 吸水前載體試片的質(zhì)量 （ 4）開(kāi)孔率 最大吸水率 表觀密度 開(kāi)孔率＝ 式中： 23℃ 時(shí)的密度。 （ 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。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。如在非攪拌發(fā)酵反應(yīng)器中，如果載體使用不當(dāng)就會(huì)造成反應(yīng)濕度低，結(jié)果會(huì)抑制微生物的生長(zhǎng)。為了確定微生物適合的載體，應(yīng) 了解微生物發(fā)酵周期、載體材料的吸附等溫線、載體發(fā)酵過(guò)程物理化學(xué)變化以及水活度對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響。 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。 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。 ②固體物中的雜質(zhì)容易帶入發(fā)酵提取液中，難以應(yīng) 用于純度要求高的發(fā)酵產(chǎn)品。 2021/6/15 68 80 五、吸附載體固態(tài)發(fā)酵技術(shù) ? 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(jié)構(gòu)組成部分，在微生物發(fā)酵生長(zhǎng)過(guò)程中，培養(yǎng)基被分解了，底物容易結(jié)塊，孔隙率也降低。 ? 在氣相雙動(dòng)態(tài)固態(tài)發(fā)酵中，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。但風(fēng)速太大，填料層表面基質(zhì)將被吹起。 2021/6/15 67 80 （二）氣相雙動(dòng)態(tài)固態(tài)發(fā)酵的機(jī)制 ? 氣相雙動(dòng)態(tài)固態(tài)發(fā)酵中氣體內(nèi)循環(huán)的目的是使氣相始終處在對(duì)流擴(kuò)散狀態(tài)。因此對(duì)傳統(tǒng)制酒，及風(fēng)味食品制造方面提供技術(shù)改進(jìn)的新途徑，甚至創(chuàng)制新的風(fēng)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。 2021/6/15 60 80 對(duì)傳統(tǒng)固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)技術(shù)的改進(jìn) ? 壓力脈動(dòng)操作往往可使發(fā)酵時(shí)間縮短 1／ 3，變溫操作往往可提高菌體活性。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。其他還有農(nóng)用抗生素、有機(jī)酸等，也有部分代替的可能。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。 2021/6/15 57 80 四、氣相雙動(dòng)態(tài)固態(tài)純種發(fā)酵技術(shù) ? 氣相雙動(dòng)態(tài)固態(tài)純種發(fā)酵新技術(shù)的研制成功，標(biāo)志著現(xiàn)代固態(tài)發(fā)酵技術(shù)的成熟。 ? 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。然后進(jìn)行蒸煮、滅菌。 ? 由于發(fā)酵物料是在密閉條件下進(jìn)行發(fā)酵，而且進(jìn)入發(fā)酵罐內(nèi)的空氣和水都經(jīng)過(guò)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。
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