固態(tài)發(fā)酵法講義

《固態(tài)發(fā)酵法講義》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、固態(tài)發(fā)酵法第一節(jié)概述固態(tài)發(fā)酵起源于中國，具有幾千年的歷史。近年來，由于固態(tài)發(fā)酵具有節(jié)水、節(jié)能的獨(dú)特優(yōu)勢，屬于清潔生產(chǎn)技術(shù)、逐步得到世界各國的重視。因此，本書從全新角度和從發(fā)展的觀點(diǎn)來討論固態(tài)發(fā)酵，以期使人們重新認(rèn)識固態(tài)發(fā)酵。本著繼承、發(fā)展和創(chuàng)新的觀點(diǎn)，不僅對固態(tài)發(fā)酵基礎(chǔ)理論進(jìn)行分析，而且從固態(tài)發(fā)酵的典型應(yīng)用過程上來說明。一、固態(tài)發(fā)酵的內(nèi)涵一般發(fā)酵工藝過程按照培養(yǎng)基物理性狀不同，將發(fā)酵方式分為兩大類：固態(tài)發(fā)酵和液態(tài)發(fā)酵。液態(tài)發(fā)酵主要有表面發(fā)酵和深層發(fā)酵而一切使用不溶性固體基質(zhì)來培養(yǎng)微生物的工藝過程，稱之

2、為固體基質(zhì)發(fā)酵(so1idsubstratesfermentation)。按照這樣的理解，既包括將固體懸浮在液體中的深層發(fā)酵，也包括在沒有(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。而對于固態(tài)發(fā)酵來講，是指沒有或幾乎沒有自由水存在下，在有一定濕度的水不溶性固態(tài)基質(zhì)中，用一種或多種微生物的一個生物反應(yīng)過程。由于人們對于固態(tài)發(fā)酵傳統(tǒng)的認(rèn)識是從固體基質(zhì)開始，它既是微生物生長代謝的碳源能源，又是微生物生長的微環(huán)境，上述對于固態(tài)發(fā)酵的定義難以反映出固態(tài)發(fā)酵的科學(xué)內(nèi)涵。從生物反應(yīng)過程的本質(zhì)考慮，固態(tài)發(fā)

3、酵是以氣相為連續(xù)相的生物反應(yīng)過程，與此相反，液態(tài)發(fā)酵是以液相為連續(xù)相的生物反應(yīng)過程。從這個定義中可以充分認(rèn)識固態(tài)發(fā)酵的特點(diǎn)．以及液態(tài)發(fā)酵本質(zhì)的區(qū)別（圖1.1）。二、固態(tài)發(fā)酵的特點(diǎn)固態(tài)發(fā)酵是氣體作為生物反應(yīng)過程中的O2、CO2、熱量、營養(yǎng)和產(chǎn)物的傳遞介質(zhì)，表現(xiàn)為O2、CO2擴(kuò)散比較容易，熱量傳遞困難，存在明顯的營養(yǎng)梯度，并且無大量有機(jī)廢水產(chǎn)生。三、固態(tài)發(fā)酵與液態(tài)發(fā)酵比較分析固態(tài)發(fā)酵與液態(tài)發(fā)酵本質(zhì)區(qū)別是以氣相還是以波相為連續(xù)相的差異，具體表現(xiàn)是固體發(fā)酵基質(zhì)中游離水的多少。固態(tài)發(fā)酵中微生物生長在缺乏或幾乎缺

4、乏不可見液體水的顆粒之間，在固態(tài)發(fā)酵系統(tǒng)中，微生物可以從濕的基質(zhì)顆粒中獲得所需的水分。固體發(fā)酵基質(zhì)的含水量可以有效控制在12％~80％之間，大多含水量在60％左右。與固態(tài)發(fā)酵相反，典型的深層液體發(fā)酵的發(fā)酵液中臺有5％左右的溶質(zhì)，至少有95％的水。當(dāng)前發(fā)酵工業(yè)所使用的主要是深層液態(tài)發(fā)酵，盡管這種技術(shù)已經(jīng)經(jīng)過了較長期的使用和研究，但是，它仍然存在著許多難以克服的缺點(diǎn)，需要采用新的技術(shù)加以解決。表1.1固態(tài)發(fā)酵與液態(tài)發(fā)酵的比較續(xù)表1.1第二節(jié)固態(tài)發(fā)酵的分類一、傳統(tǒng)固態(tài)發(fā)酵與現(xiàn)代固態(tài)發(fā)酵雖然固態(tài)發(fā)酵與液態(tài)發(fā)酵

5、相比，具有它獨(dú)特的優(yōu)勢，但也存在著許多不足。特別是傳統(tǒng)固態(tài)發(fā)酵是發(fā)酵工業(yè)中古老而又落后工藝的代名詞。甚至，在發(fā)酵工程或生化工程的教科書中，也很少提到固態(tài)發(fā)酵?，F(xiàn)代發(fā)酵技術(shù)的關(guān)鍵條件是純種大規(guī)模集約化培養(yǎng)．隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展的影響，國內(nèi)外逐步重視對固態(tài)發(fā)酵的研究開發(fā)，已取得了很大進(jìn)展。因此，依據(jù)固態(tài)發(fā)酵過程中是否能實(shí)現(xiàn)限定微生物純種培養(yǎng)，分為傳統(tǒng)固態(tài)發(fā)酵與現(xiàn)代固態(tài)發(fā)酵。現(xiàn)代固態(tài)發(fā)酵是為了充分發(fā)揮固態(tài)發(fā)酵的優(yōu)勢，針對傳統(tǒng)固態(tài)發(fā)酵存在的問題，使之適應(yīng)現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展而進(jìn)行的，可以實(shí)現(xiàn)限定微生物的

6、純種大規(guī)模培養(yǎng)。表1.2現(xiàn)代固態(tài)發(fā)酵與傳統(tǒng)固態(tài)發(fā)酵二、固態(tài)發(fā)酵的形式1，按微生物的情況和形成的產(chǎn)品條件不同分類固態(tài)發(fā)酵可以以許多不同的形式進(jìn)行，按照使用的微生物的情況和形成的產(chǎn)品條件不同，固態(tài)發(fā)酵可分為自然富集固態(tài)發(fā)酵、強(qiáng)化微生物混合固態(tài)發(fā)酵、限定微生物混合固態(tài)發(fā)酵和單菌固態(tài)純種發(fā)酵。自然富集固態(tài)發(fā)酵是指利用自然界中的微生物，由不斷演替的微生物進(jìn)行的富集混合發(fā)酵過程。典型的例子是傳統(tǒng)酒曲和醬油、腌萊、煙草發(fā)酵、茶葉發(fā)酵、青貯、堆肥等。它不需要人工接種微生物，其所需發(fā)酵的微生物主要依賴于當(dāng)?shù)乜諝夂臀锪现?/p>

7、的自然微生物區(qū)系，多種微生物演替成最適于生長代謝或共生協(xié)作的小生態(tài)環(huán)境。其微生物富集區(qū)系不僅與當(dāng)?shù)乜諝夂臀锪现械淖匀晃⑸飬^(qū)系有關(guān)，而且與小生態(tài)環(huán)境自然變化密切相關(guān)。強(qiáng)化微生物混合固態(tài)發(fā)酵是指在自然富集固態(tài)發(fā)酵的基礎(chǔ)上，根據(jù)人們部分掌握的微生物代謝機(jī)制，人為強(qiáng)化接種微生物茵系不明確的富集培養(yǎng)物或特定微生物培養(yǎng)物所進(jìn)行的混合發(fā)酵過程。強(qiáng)化微生物混合固態(tài)發(fā)酵除應(yīng)用于沼氣發(fā)酵、白酒發(fā)酵作用外，在石油采收、濕法冶金、食品發(fā)酵等領(lǐng)域同樣顯示其優(yōu)勢。人們在長期的科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐中卻不斷發(fā)現(xiàn)，不少生命活動及其效應(yīng)

8、是借助于兩種以上的生物在同一環(huán)境中的共同作用下進(jìn)行的，甚至是單獨(dú)不能或只能微弱進(jìn)行的。例如廢物的處理，纖維索和本質(zhì)素的降解，甲烷的產(chǎn)生和利用等。自然界的微生物沒有一種是單獨(dú)存在的，單靠純培養(yǎng)很難反映它們的真實(shí)活動情況。因此，強(qiáng)化微生物混合固態(tài)發(fā)酵微生物資源具有非常廣闊的應(yīng)用前景。限定微生物混合固態(tài)發(fā)酵是在對微生物相互作用和群落認(rèn)識的基礎(chǔ)上，接種混合培養(yǎng)的微生物是已知和確定的，通常使用兩種或兩種以上經(jīng)過分離純化的微生物純種，同時或先后接種同一滅過茵的培養(yǎng)基