第十六章--固态发酵.ppt

固态发酵 第一节 概述 第二节 固态发酵的分类 第三节 固态发酵反应器 第四节 固态发酵的应用 第五节 固态发酵发展趋势和应用前景 第六节 固态发酵的典型实例—白酒 第一节 概述 一、固态发酵的内涵 一般发酵工艺过程按照培养基物理性状不同，将发酵方式分为两大类：固态发酵和液态发酵。 液态发酵主要有表面发酵和深层发酵 一切使用不溶性固体基质来培养微生物的工艺过程，称之为固体基质发酵。 固态发酵是指没有或几乎没有自由水存在下，在有一定湿度的水不溶性固态基质中，用一种或多种微生物的一个生物反应过程。 固态发酵系统 液态发酵系统 二、固态发酵的特点 固态发酵是气体作为生物反应过程中的O2、CO2、热量、营养和产物的传递介质。 O2、CO2扩散比较容易 热量传递困难 存在明显的营养梯度 无大量有机废水产生 三、固态发酵与液态发酵比较分析 固态发酵与液态发酵本质区别是以气相还是以液相为连续相的差异。 具体表现是固体发酵基质中游离水的多少。 固态发酵与液态发酵的比较 序表 第二节 固态发酵的分类 一、传统固态发酵与现代固态发酵 二、固态发酵的形式 1. 按微生物的情况和形成的产品条件分类 自然富集固态发酵是指利用自然界中的微生物，由不断演替的微生物进行的富集混合发酵过程。 强化微生物混合固态发酵是指在自然富集固态发酵的基础上，根据人们部分掌握的微生物代谢机制，人为强化接种微生物茵系不明确的富集培养物或特定微生物培养物所进行的混合发酵过程。 限定微生物混合固态发酵是在对微生物相互作用和群落认识的基础上，接种混合培养的微生物是已知和确定的，通常使用两种或两种以上经过分离纯化的微生物纯种，同时或先后接种同一灭过茵的培养基中，在无污染条件下进行的固态发酵过程。 单菌固态纯种发酵是在纯培养基础上建立起来的，对于选育良种、保持生理活性和代谢过程中的稳定起很大作用。 2. 按固态发酵固相的性质分类 （1）同体底物基质固态发酵利用的培养基是既充当固相，又为微生物生长提供营养的初级农作物产物。 如麸皮、马铃薯、谷子、豆饼以及其他含淀粉和纤维素的农作物产品。 （2）固态发酵采用的固体是惰性载体，载体可以是天然的，也可以是人工分成的。 载体材料有大麻、珍珠岩、聚氨酯泡沫体、蔗糖渣和聚苯乙烯等。 第三节 固态发酵反应器 不同形式的工业规模的固态发酵反应器： 转鼓式、木盒式、加盖盘式、垂直培养盒式、倾斜接种盒式、浅盘式、传送带式、圆柱式、混合式 以基质的运动情况可分为两类： ①静态固态发酵反应器，包括浅盘式和塔柱式反应器； ②动态固态发酵反应器，包括机械搅拌的筒柱式、转鼓式反应器等。 无论何种形式的固态发酵反应器，都必须考虑以下问题： ①接种技术 ②灭菌方式 ③发酵基质的特性 ④供气手段 ⑤参数的测量和控制 ⑥取样分析技术 ⑦结构简单，操作方便 一、静态固态发酵反应器与动态固态发酵反应器 1. 静态固态发酵反应器 优点： ①系统简单，廉价，操作方便； ②克服固态发酵无法用摇瓶法作大量基础研究的缺点，同时可作多条件的平行实验并且温度、湿度等条件均一； ③系统易灭菌。 缺点： ①无法准确控制气体和物料的湿度，只能供饱和湿空气； ②无法取样分析； ③放大过程中难以消除床径扩大的影响。 完善的固态发酵供气、保温、控温系统应有以下特点： ①测量并控制进气组成、湿度及温度； ②测量尾气组成并反馈调节进气组成、湿度和温度； ③在较大规模应用时采用循环供气； ④完善的气体过滤设备。 静态固态发酵反应器 2. 动态固态发酵反应器 （1）转鼓式 基本形式是将一个圆柱形(鼓形)容器支架在一个转动系统上，转动系统主要起支撑及提供动力这两种作用。 （2）带机械搅拌的筒柱式 特点是发酵器主体静止不动，而容器内的搅拌器使发酵过程中的物料处于连续的运动状态，在反应器的一端有取样、加料和通气口。 灭菌方式为直接通气灭菌 （3）搅拌运动的盘式固态发酵反应器 缺点是：不能用于无菌操作过程，只能用于自然发酵和混合发酵过程。 本系统易于放大 动态固态发酵反应器类型及优缺点 二、实验室固态发酵反应器、中试固态发酵反应器与工业级固态发酵反应器 第一是实验室固态发酵反应器，可进行克级规模固体物料的固态发酵实验； 第二类是中试固态发酵反应器，一般进行千克级固体物料的固态发酵试验； 第三类是工业级固态发酵反应器，可应用于工业生产，承载吨级固体物料。 三、固态发酵研究取得的主要进展 1. 由敞开式发酵到封闭式发酵 2. 从经验发酵到控