固態(tài)發(fā)酵分析

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1、固態(tài)發(fā)酵第一節(jié)概述固態(tài)發(fā)酵起源于中國，具冇兒千年的歷史。近年來，由于固態(tài)發(fā)酵具冇節(jié)水、節(jié)能的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，屬于清潔生產(chǎn)技術(shù)、逐步得到世界各國的重視。因此，本書從全新和度和從發(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(shí)固態(tài)發(fā)酵。本著繼承、發(fā)展和創(chuàng)新的觀點(diǎn)，不僅對(duì)固態(tài)發(fā)酵基礎(chǔ)理論進(jìn)行分析，而幾從固態(tài)發(fā)酵的典烈應(yīng)用過程上來說明。-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，稱之為固體基質(zhì)發(fā)酵（so

2、lidsubstratesfermentation）□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(duì)于固態(tài)發(fā)酵來講，是指沒有或兒乎沒有H由水存在下，在有一定濕度的水不溶性固態(tài)基質(zhì)中，用--種或多種微生物的一個(gè)生物反應(yīng)過程。0-4：牌件底期空'仲主氣作力映相）闌體辭杠反刪胞曲惟ffli?I固態(tài)發(fā)肆與図態(tài)發(fā)畔的比較閃念發(fā)HT系址eibi徽態(tài)發(fā)解&統(tǒng)山于人們対于固態(tài)發(fā)酵傳統(tǒng)的認(rèn)識(shí)是從固體基質(zhì)開始，它既是微牛:物牛長代謝的碳源能源,

3、乂是微牛物牛長的微壞境，上述對(duì)于固態(tài)發(fā)酵的定義難以反映出固態(tài)發(fā)酵的科了內(nèi)涵。從住物反應(yīng)過程的木質(zhì)考慮，固態(tài)發(fā)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)酵是以液和為連續(xù)相的牛物反應(yīng)過程。從這個(gè)定義中可以充分認(rèn)識(shí)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）。固態(tài)發(fā)固態(tài)發(fā)酵是氣體作為生物反應(yīng)過程中的02、C02、熱量、營養(yǎng)和產(chǎn)物的傳遞介質(zhì)，表現(xiàn)為02、C02擴(kuò)散比較容易，熱量傳遞困難，存在明顯的營養(yǎng)梯度，并IT無大屋有機(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)酵木質(zhì)區(qū)別是以氣相

4、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)屮游離水的多少。固態(tài)發(fā)酵屮微生物生長在缺乏或幾乎缺乏不可見液體水的顆粒之間，在固態(tài)發(fā)酵系統(tǒng)中，微牛物可以從濕的基質(zhì)顆粒中獲得所需的水分。固體發(fā)酵基質(zhì)的含水量吋以有效控制在12%~&）%Z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)酵液屮臺(tái)有5%左右的溶質(zhì)，至少有95%的水。當(dāng)前發(fā)酵工業(yè)所使用的丄要是深層液態(tài)發(fā)酵，盡管這種技術(shù)己經(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)，需耍釆用新的技術(shù)加以解決。表1」固態(tài)發(fā)酵與

5、液態(tài)發(fā)酵的比較固態(tài)發(fā)滯液戀發(fā)酵中汝有游贏水的說動(dòng)?水Q堆養(yǎng)摂中較低的組分培養(yǎng)基中始終有滸離水的波動(dòng)?水E焰養(yǎng)基中主要組分橄生徹從羅的固態(tài)毎質(zhì)吸牧酋界修?営養(yǎng)物噥廈存血梯度滋生物從洛解水屮吸收管養(yǎng)物■昔養(yǎng)物詼度冶終不存在培養(yǎng)體系抄及到氣、狀?固三相?代招是連續(xù)相?而液相不是連續(xù)相培養(yǎng)體系大幺僅涉及氣?液網(wǎng)相?而固相所占比例低?是懸浮視液相中；液栩?yàn)檫B按相接種比比較大?大于10%按種比比較小，小于10%懂生物所需氧主晏來自于氣相?只需少量無曹空氣?能耗低微生物所需氧來自于溶解氧?需険消耗較大能耗用于傲生物

6、糟朋氣需求氣體循環(huán)和通氣不僅可夷供氧氣和薦除揮發(fā)性產(chǎn)而口也排除代謝煥直氣體循殲和通氣僅僅提供氧氣和排除揮發(fā)性產(chǎn)暫■代諾熱量需要冷卻水排除激生物吸附于固冬底物的表面生長或滲透到固態(tài)底物內(nèi)生檢孜生物均勻分布在培養(yǎng)體系中發(fā)酵結(jié)束時(shí)、培養(yǎng)堇是制物料狀瓷.產(chǎn)物床度廟發(fā)酵結(jié)束時(shí)?培養(yǎng)基是液體狀杰，產(chǎn)物誑度低便用濃縮的培養(yǎng)圣和較小的固杰發(fā)辭生物反應(yīng)器■因此生產(chǎn)率髙?而得率和生長速率低使用稀釋的培養(yǎng)基和絞大體積的生物反應(yīng)器?因比生產(chǎn)率較低髙底精誡度可以產(chǎn)生爲(wèi)的產(chǎn)物瑕度高底物恠度產(chǎn)生非牛頓流體何補(bǔ)料療統(tǒng)由于廉竦壓力低?

7、所■通氣的壓力低由于需奩克眼液位花和V體從氣相到菽相的陰力?系統(tǒng)畫製較高氣樣壓力潁檢內(nèi)的混合難以實(shí)現(xiàn)?且處生祈生長受營養(yǎng)擴(kuò)就的町實(shí)現(xiàn)有敗規(guī)合，加養(yǎng)擴(kuò)敷通甫不受限制有效右除代謝熱困璉?易出現(xiàn)過熱何y島水含H使發(fā)廨混度控制務(wù)易.發(fā)解設(shè)備龐大發(fā)酵下均勻，備休的生長、對(duì)營養(yǎng)物的吸收和代倔產(chǎn)物的份泌住各處揶是不均勻發(fā)酵均勻由于缺乏右效任線櫥R手段，過思蛙制比較困班許多在線傳感器的成熟，可以實(shí)現(xiàn)發(fā)醉過程整割由于產(chǎn)物高?提取工藝也單可控，因比沒有大量有機(jī)廢浪產(chǎn)生?但擬敢物含倉底亀成分需要去除大n簡濃度有機(jī)浚水?分離

8、設(shè)備的體積倉很龐大?費(fèi)用高?!《產(chǎn)物純化比較容易一股可以使用固體原料?在發(fā)酵過程中?箱化與發(fā)酢過程同時(shí)進(jìn)行?簡化換作T侈?皆約能耗i般發(fā)酵原料需嬰經(jīng)過較復(fù)雜的飢工?消桂能扯大續(xù)表1.1第二節(jié)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)困態(tài)發(fā)酵液態(tài)發(fā)酵左需要大最供氧過秤中?空氣通過固體層的阻力較小.能董消耗少?固杰發(fā)酵中固態(tài)轅粒提哄的液體表而積比深層液體發(fā)酵中氣泡提供的界面高得多在好軋發(fā)障中，需要克服靜液層限力才能?侈供氧的通過深的液層?消耗能量人固體培養(yǎng)基的