固態(tài)發(fā)酵技術(shù)及過程控制-閱讀頁(yè)
2025-05-29 22:14本頁(yè)面
【正文】 業(yè)都有可能轉(zhuǎn)成以固態(tài)發(fā)酵法為主體。 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)?？砷_創(chuàng)眾多的新產(chǎn)業(yè)：①以酒精為代表的清潔液體燃料工業(yè)；②高效有機(jī)生物肥工業(yè)；③菌體飼料蛋白工業(yè)；④飼料添加劑工業(yè)等。在復(fù)合菌群組合優(yōu)化方面也可發(fā)揮作用。 2021/6/15 61 80 （一）氣相雙動(dòng)態(tài)固態(tài)純種發(fā)酵的工藝過程 圖4＊11 雙筒式雙動(dòng)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(dòng)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(jī)械輸送系統(tǒng) 2021/6/15 65 80 氣相雙動(dòng)態(tài)固態(tài)純種發(fā)酵工藝特點(diǎn) ① 無(wú)固體層機(jī)械翻動(dòng)裝置，由薄層、氣相雙動(dòng)態(tài)及循環(huán)風(fēng)機(jī)達(dá)到傳質(zhì)與傳熱要求； ②由于無(wú)固體翻動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)，反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jìn)行嚴(yán)格的空罐或?qū)嵐逌缇?，無(wú)死角，便于清掃； ④采用無(wú)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(yán)格達(dá)到純種固態(tài)培養(yǎng)的要求； 2021/6/15 66 80 ⑤ 氣相雙動(dòng)態(tài)有促進(jìn)微生物代謝、強(qiáng)化細(xì)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(fēng)機(jī)，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(fēng)機(jī)配合后，強(qiáng)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(dòng)態(tài)的周期、振幅與波形由進(jìn)出氣閥的適時(shí)自動(dòng)控制系統(tǒng)完成，可以隨發(fā)酵過程對(duì)供氧與發(fā)熱要求進(jìn)行計(jì)算機(jī)在線優(yōu)化控制。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。風(fēng)速可以通過馬達(dá)轉(zhuǎn)速及風(fēng)扇功率估計(jì)。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。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。 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。 ? 吸附載體固態(tài)發(fā)酵可以克服傳統(tǒng)固態(tài)發(fā)酵存在的許多問題 2021/6/15 70 80 選用適宜的惰性吸附載體充當(dāng)固態(tài)發(fā)酵的固相，可以克服底物結(jié)塊、傳質(zhì)和傳熱差的難題，避免固體物中的雜質(zhì)帶人發(fā)酵提取液中； 由于多孔吸附載體在無(wú)游離水狀態(tài)下固態(tài)發(fā)酵，利于氣 — 液 — 固傳遞，發(fā)酵水平比液體發(fā)酵提高3～ 5倍，設(shè)備投資比液體深層發(fā)酵低得多； 能夠維持固態(tài)發(fā)酵過程中環(huán)境的均勻性與一致性； 容易分析生物量和代謝產(chǎn)物，利于發(fā)酵過程的控制以及動(dòng)力學(xué)研究與模型建立； 采用培養(yǎng)基實(shí)消、液體種子在位無(wú)菌接種和在位超聲控濕等配套的無(wú)菌操作方法，解決大規(guī)模固體培養(yǎng)基難以滅菌和大規(guī)模無(wú)菌接種的問題； 該技術(shù)拓寬了固體發(fā)酵應(yīng)用范圍，具有廣泛的適用性與推廣意義。 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。另外，對(duì)于載體的選擇還要依賴于所選用的生物反應(yīng)器。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。 2021/6/15 73 80 對(duì)于吸附載體需考察以下幾個(gè)物理性質(zhì) （ 1）表觀密度：在 23℃ 環(huán)境下，用游標(biāo)卡尺測(cè)定載體試片的規(guī)格尺寸為 ，并稱取它的質(zhì)量，然后計(jì)算出表觀密度。 （ 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。 （ 5）載體吸水性 在固態(tài)發(fā)酵時(shí)，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。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(zhǎng)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。如根據(jù)氧在微環(huán)境中的分布情況，可以將固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)表面和內(nèi)部的環(huán)境分為好氧環(huán)境、兼性厭氧環(huán)境和嚴(yán)格厭氧環(huán)境。 ? 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。這樣的載體在發(fā)酵過程中充當(dāng)固相成分，它們對(duì)微生物的生長(zhǎng)沒有副作用，微生物也不能夠或難以分解利用這類材料。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。在發(fā)酵液吸附于載體之前，可以稱其為均相系統(tǒng)。 ? 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。 ? 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(shì)，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(diǎn)。 2021/6/15 80 80 復(fù)習(xí)思考題 固態(tài)發(fā)酵及其特點(diǎn)。 適合固態(tài)發(fā)酵微生物特征。 固體發(fā)酵基質(zhì)原料影響微生物生長(zhǎng)的因素。 動(dòng)態(tài)密閉式固態(tài)發(fā)酵、氣相雙動(dòng)態(tài)固態(tài)純種發(fā)酵、吸附載體固態(tài)發(fā)酵
環(huán)評(píng)公示相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1