固態(tài)發(fā)酵技術及過程控制

2024/11/5801第四章固態(tài)發(fā)酵技術及過程控制第一節(jié)概述

第二節(jié)固態(tài)發(fā)酵過程的控制

第三節(jié)固態(tài)發(fā)酵技術

2024/11/5280第一節(jié)概述一、固態(tài)發(fā)酵的定義

一切使用不溶性固體基質來培養(yǎng)微生物的工藝過程，稱為固體基質發(fā)酵（solidsubstratefermentation）

固體懸浮在液體中的深層發(fā)酵固態(tài)發(fā)酵

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。2024/11/5380固態(tài)發(fā)酵的定義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)基質中，用一種或多種微生物的一個生物反應過程，因此固態(tài)發(fā)酵是以氣相為連續(xù)相的生物反應過程。2024/11/5480二、固態(tài)發(fā)酵的特點1、固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)基中沒有游離水的流動，水是培養(yǎng)基中較低的組分。培養(yǎng)基中水活度在0.99以下，適宜于水活度在0.93～0.98的微生物生長，限制了應用范圍，同時也限制了某些雜菌的生長。2、微生物從濕的固態(tài)基質吸收營養(yǎng)物，營養(yǎng)物濃度存在梯度，發(fā)酵不均勻，菌體的生長、對營養(yǎng)物的吸收和代謝產(chǎn)物的分泌存在不均勻。2024/11/55803、固態(tài)發(fā)酵中培養(yǎng)基提供的與氣體的接觸面積要比液體深層發(fā)酵中與氣泡的接觸面積大得多，供氧更充足，同時，空氣通過固體層得阻力較小，能量消耗低。4、使用固體原料，在發(fā)酵過程中，糖化和發(fā)酵過程同時進行，簡化操作工序，節(jié)約能耗。5、高底物濃度可以產(chǎn)生高的產(chǎn)物濃度。6、由于產(chǎn)物濃度高，提取工藝簡單可控，沒有大量有機廢液產(chǎn)生，但提取物含有底物成分。7、生產(chǎn)機械化程度較低，缺乏在線傳感儀器，過程控制較困難。2024/11/5680三、固態(tài)發(fā)酵的分類1、自然富集固態(tài)發(fā)酵2、強化微生物混合固態(tài)發(fā)酵3、限定微生物混合固態(tài)發(fā)酵4、單菌固態(tài)純種發(fā)酵2024/11/5780自然富集固態(tài)發(fā)酵是指利用自然界中微生物，由不斷演替的微生物進行的富集混合發(fā)酵過程。例如傳統(tǒng)的酒曲、醬油和堆肥發(fā)酵等，不需要接種微生物，而是依賴空氣和物料中的自然微生物區(qū)系，由多種微生物演替成最適于生長代謝或共同協(xié)作的小生態(tài)環(huán)境。2024/11/58802、強化微生物混合固態(tài)發(fā)酵是指在自然富集固態(tài)發(fā)酵的基礎上，根據(jù)人們部分掌握的微生物代謝機制，強化接種微生物菌系不明確的富集培養(yǎng)物或特定微生物培養(yǎng)物所進行的混合發(fā)酵，例如沼氣發(fā)酵、白酒發(fā)酵及廢物發(fā)酵降解處理等。2024/11/59803、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識的基礎上，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，同時或先后接種在滅菌的培養(yǎng)基中，在無污染條件下進行的固態(tài)發(fā)酵過程。2024/11/510804、單菌固態(tài)純種發(fā)酵是在純種培養(yǎng)基礎上建立起來的，采用已知的單一微生物菌種，接種在滅菌的固態(tài)培養(yǎng)基中，在無菌條件下進行的固態(tài)發(fā)酵過程。它對于擴大固態(tài)發(fā)酵的應用范圍和潛力的發(fā)揮起到非常重要的作用，是固態(tài)發(fā)酵的重要方向。2024/11/51180四、固態(tài)發(fā)酵反應器1、靜態(tài)固態(tài)發(fā)酵反應器塔柱式（圖4-1）2024/11/51280淺盤式（圖4-2）

1－淺盤室；2－水閥門；3－紫外燈管；4，8，13－空氣閥門；5，11－空氣過濾器；6－排氣口；7－加濕器；9－加熱器；10－空氣循環(huán)；12－進氣口；14－淺盤；15－淺盤架2024/11/51380園盤固體發(fā)酵機2024/11/51480強制通風物料靜態(tài)反應器（圖4-3）1－發(fā)酵罐；2－空氣調節(jié)閥門；3－空氣溫度傳感器；4－濕度傳感器；5－排氣閥；6－溫度控制；7－加濕器；8－冷卻盤管；9－加熱器；LP－液面探針；RH－相對濕度調節(jié)器2024/11/51580

圖4－4強制通風填充床反應器2024/11/51680圖4－5Koji工業(yè)制曲設備

1－曲室；2多孔板；3－旋轉機；4，11－卸料螺桿機；5－空氣調節(jié)器；6－鼓風機；7－排氣管；8－調節(jié)閥；9－空氣過濾器；10－裝料機；12－控制臺

2024/11/517802、動態(tài)固態(tài)發(fā)酵反應器

（1）轉鼓式

2024/11/51880（2）帶機械攪拌的筒柱式

圖4－7攪拌式固態(tài)發(fā)酵反應器

1－攪拌架電機；2－攪拌槳電機；3－接種和噴水口；4－溫度傳感器；5－測重儀；6－濕度傳感器；7－冷卻器；8－濕度調節(jié)器；9－空氣流量器；10－鼓風機；11－加熱器；12－空氣過濾器；13－空氣冷卻器2024/11/51980滾筒發(fā)酵機2024/11/52080（3）流化床反應器2024/11/52180粉劑硫化床2024/11/52280（4）塔式反應器2024/11/52380脫氯塔2024/11/52480一酸塔2024/11/52580五、固態(tài)發(fā)酵發(fā)展趨勢和應用前景

固態(tài)發(fā)酵可利用多種工農(nóng)業(yè)殘渣作為底物大量生產(chǎn)化學物質，在有機酸、酒精、單細胞蛋白、蘑菇、酶制劑、生物活性物質及風味物質等，盡管上述研究有的還處在實驗室研究階段，但固態(tài)發(fā)酵被認為是可再生性資源綜合利用最有希望的途徑，是解決當前人類所面臨的“三大”危機的一個有效手段。當前，許多工農(nóng)業(yè)殘渣、城市生活垃圾已成為人們的社會公害，對人類的生存環(huán)境均產(chǎn)生不利的影響。2024/11/52680第二節(jié)固態(tài)發(fā)酵過程的控制一、固態(tài)發(fā)酵微生物及生長機制

1、適合固態(tài)發(fā)酵微生物特征

①能夠利用多糖的混合物；②有完整的酶系，可以迅速從對某一種多糖的代謝轉為對另一種多糖的代謝；③能夠深入到料層中，也能穿入基質細胞內；④在發(fā)酵過程中以菌絲形式生長，而不易孢子化；⑤生長迅速，染菌概率??；⑥可以在含水量低的基質中生長；⑦能夠耐受高濃度的營養(yǎng)鹽；⑧可以耐受基質預處理過程中產(chǎn)生的苯類等有毒物質。2024/11/527802、界面作用（1）營養(yǎng)物在界面上的富集（2）界面分布的微生物（3）微生物界面效應的意義2024/11/528803、固態(tài)基質中絲狀微生物的生長絲狀真菌的生長是以其頂端延長的方式進行的，頂端之后的菌絲只能變厚而不能伸長；在生長過程中又靠頂端延伸的方式產(chǎn)生繁茂的分枝而構成真菌的菌落，可見真菌的生長主要表現(xiàn)在菌絲頂端的生長。外層是不定形的組分，主要是蛋白質、甘露聚糖和葡聚糖；內層是定形的，由幾丁質、纖維素或二者組成的微纖。頂部后面堅硬的細胞壁和復雜的分支系統(tǒng)使得菌絲牢固地固定在底物上，并產(chǎn)生強大的內壓使頂部延伸有了動力。2024/11/529804、固態(tài)基質中細菌和酵母菌的生長自然漚肥：濕潤的有機物被一系列微生物所分解，其中，由于嗜熱芽孢桿菌的代謝活動，在木質纖維素類物質的分解過程中，會產(chǎn)生大量的代謝熱，導致培養(yǎng)基內溫度高達60℃以上。飼料的青貯：是由細菌參與的自然固態(tài)發(fā)酵過程，尤其是在發(fā)酵過程的后期，隨著發(fā)酵過程的進行，體系的pH值降低，同時培養(yǎng)基內局部的氧被耗盡，造成培養(yǎng)基內變成厭氧環(huán)境，從而抑制了真菌的生長。2024/11/53080納豆：是日本的一種風味食品，它主要是由枯草芽孢桿菌發(fā)酵蒸煮過的大豆而制成。在嚴格無菌條件下，細菌被越來越多地用于固態(tài)發(fā)酵過程，如利用芽孢桿菌(Bacillusspp．)發(fā)酵麩皮生產(chǎn)淀粉酶等。2024/11/53180利用酵母菌的純種固態(tài)發(fā)酵果皮及其他廢棄物產(chǎn)酒精，也愈來愈引起人們的重視。在淀粉類物質為底物的同步糖化發(fā)酵過程中，淀粉酶和酵母菌被同時引入固態(tài)發(fā)酵系統(tǒng)，酵母菌的存在還有利于提高發(fā)酵產(chǎn)品中的蛋白質含量。2024/11/53280二、固態(tài)發(fā)酵基質原料玉米秸稈、玉米芯、小麥秸稈、水稻秸稈、麩皮、稻殼、玉米、大米、小米、大豆、甘蔗渣、酒糟、木薯、玉米皮渣等。為了使底物更容易被微生物利用，經(jīng)常對底物進行化學或機械物理處理，如采用酸、堿進行化學水解處理或采用爆碎、粉碎、研磨等物理處理。2024/11/53380固體發(fā)酵基質原料

影響微生物生長的因素（1）固體基質的大分子結構（2）顆粒大小影響微生物的生長（3）顆粒形狀（4）顆粒的多孔性（5）顆粒均勻性及硬度2024/11/53480固態(tài)發(fā)酵基質的差異性（1）復雜的，非均一的基質結構。（2）基質的不同批次之間的差異。（3）發(fā)酵基質混合上的困難。（4）微生物在基質顆粒間活力的不均勻性。2024/11/53580三、影響固態(tài)發(fā)酵過程的主要參數(shù)1、濕度與水活度2、溫度與熱量傳遞3、通氣與傳質過程4、pH值2024/11/53680第三節(jié)固態(tài)發(fā)酵技術一、混合固態(tài)發(fā)酵技術（一）混合固態(tài)發(fā)酵概念混合發(fā)酵(mixedfermentation)：許多發(fā)酵過程是純菌株無法完成或只能微弱地進行的，必須依靠兩種或多種微生物共同培養(yǎng)來完成的過程如傳統(tǒng)酒曲和醬曲、腌菜、煙草發(fā)酵、茶葉發(fā)酵、青貯、堆肥等。2024/11/53780強化微生物混合固態(tài)發(fā)酵(intensifiedmixedsolid-statefermentation)

以人為強化接種微生物菌系不明確的富集培養(yǎng)物或特定微生物培養(yǎng)物來進行混合發(fā)酵如傳統(tǒng)酒曲和醬曲、腌菜、煙草發(fā)酵、茶葉發(fā)酵、青貯、堆肥等。2024/11/53880（二）混合固態(tài)發(fā)酵工藝特點1、充分利用培養(yǎng)基、設備、人員和時間，可以在同一發(fā)酵容器中經(jīng)過相同工藝過程，提高所需產(chǎn)品的質和量，或獲得良種、多種產(chǎn)品。2、混合發(fā)酵能夠獲得一些獨特的產(chǎn)品，而純種發(fā)酵是很難做到的。3、混合的多種菌種，增加了發(fā)酵中許多基因的功能，通過不同代謝能力的組合，完成單個菌種難以完成的復雜代謝作用，可以代替某些基因重組工程菌來進行復雜的多種代謝反應，或促進生長代謝，提高生產(chǎn)效率。2024/11/53980混合的多種菌種例如，華根霉（Rhizopuschinensis）可發(fā)酵生產(chǎn)延胡索酸。當它與大腸埃希菌（E．coli）混合發(fā)酵，延胡索酸就能完全轉化成琥珀酸。用膜醭畢赤酵母（Pichiamembranaefaciens）代替大腸桿菌混合發(fā)酵，延胡索酸就被轉化為L—蘋果酸。如果普通變形菌（Proteusvulgaris）和少根根霉（R．a(chǎn)rrhizus）混合發(fā)酵，則可將延胡索酸轉化為天冬氨酸。2024/11/54080（三）混合固態(tài)發(fā)酵過程控制1、發(fā)酵微生物的選擇與培養(yǎng)在限定微生物混合固態(tài)發(fā)酵中，用兩種或兩種以上經(jīng)鑒定的純種微生物進行發(fā)酵。這種條件下，微生物的營養(yǎng)需求已知，就可以建立適合于這些微生物生長發(fā)育的培養(yǎng)條件。2、發(fā)酵過程條件控制好氧發(fā)酵厭氧發(fā)酵交替進行2024/11/54180（四）混合固態(tài)發(fā)酵工藝過程存在的問題1、大多數(shù)混合菌體系中菌間相互關系和作用機制的研究尚不夠深入；2、對于具有協(xié)同作用關系的菌株篩選和組合還是一個隨機的過程，缺乏有效的理論指導，；3、對混合培養(yǎng)體系也不能有效地協(xié)調菌間的關系，使其達最佳生態(tài)水平，發(fā)揮最大效應。2024/11/54280二、靜態(tài)密閉式固態(tài)發(fā)酵技術靜態(tài)密閉式固態(tài)發(fā)酵，主要是指發(fā)酵過程中的固體基質保持相對靜止狀態(tài)，通常所說傳統(tǒng)的固態(tài)發(fā)酵即指此種發(fā)酵方式。靜態(tài)密閉式固態(tài)發(fā)酵反應器，主要有托盤式或填充床式反應器，這些系統(tǒng)均不包含攪拌設備。2024/11/543801、托盤式發(fā)酵特點：①相對比較薄的發(fā)酵基質鋪在一個面積相對比較大的托盤上；②沒有強制的通風，但在托盤上可以有孔，空氣可以緩慢地在托盤的周圍循環(huán)；③發(fā)酵基質的溫度隨著反應器周圍環(huán)境的溫度而變化，因此可以通過控制反應器所在的空間溫度來控制反應器的內部溫度。問題：

①操作難以實現(xiàn)機械化，屬“勞動密集型”生產(chǎn)方式；②由于發(fā)酵基質是靜態(tài)的，因此傳質、傳熱困難，這就使托盤上所添加的基質的厚度往往只有幾厘米到十幾厘米。2024/11/54480托盤式發(fā)酵設備2024/11/545802、填充床式發(fā)酵2024/11/54680靜態(tài)密閉式固態(tài)發(fā)酵工藝控制1、溫度控制2、水分控制2024/11/54780三、動態(tài)密閉式固態(tài)發(fā)酵技術1、轉鼓式發(fā)酵2024/11/548801、轉鼓式發(fā)酵轉鼓式反應器的主要特色是空氣不是從基質的底部吹人而是從基質的頂部吹過，空氣和基質的熱量和物質交換是通過反應器的轉動來促進。轉鼓式固態(tài)反應器熱量的傳遞主要有兩種途徑：一是直接通過對流和蒸發(fā)將熱量傳遞到反應器的頂部空氣；二是由反應器的壁通過傳導傳遞。這種反應器可以用干空氣增加基質的水分蒸發(fā)來降溫，因為這樣的反應器可以從頂部通過噴水來調節(jié)基質的水分含量。轉鼓式反應器的裝料系數(shù)一般是0.3。2024/11/549802、攪拌式發(fā)酵2024/11/550802、攪拌式發(fā)酵攪拌式固態(tài)發(fā)酵兩種主要類型：水平攪拌式的和轉鼓式。在水平攪拌式中，發(fā)酵基質的運動是由攪拌軸的運動來提供動力的；而在轉鼓式中是由罐體的運動來提供的。除此以外，二者其他方面都很類似。垂直式的反應器一般都要強制通風。2024/11/551803、氣固流化床發(fā)酵2024/11/55280流化床發(fā)酵的特色和優(yōu)點①由于通氣良好，因此有助于好氧微生物的生長，在流化床上生長的微生物呼吸率可以達到靜態(tài)培養(yǎng)的10倍；②代謝熱的去除十分完全，不會發(fā)生培養(yǎng)基溫度過高的問題；③氣體和揮發(fā)性的代謝產(chǎn)物可以很快消失，減小抑制；④混合效果很好，消除了發(fā)酵基質中的溫度和濕度梯度，有利于過程中的工藝參數(shù)的控制；⑤某些產(chǎn)物（如單細胞蛋白）可以直接在反應器中進行干燥；⑥相對于傳統(tǒng)的固態(tài)培養(yǎng)，生產(chǎn)效率大大提高，因此可以減少生產(chǎn)所占用的空間和生產(chǎn)操作費用。2024/11/553804、立式多層固態(tài)發(fā)酵罐2024/11/55480立式多層固態(tài)發(fā)酵罐特點立式多層固態(tài)發(fā)酵采用的發(fā)酵罐具有占地面積小、自動化程度高、生產(chǎn)能力大、易于監(jiān)測和控制等優(yōu)點。發(fā)酵物料可以在發(fā)酵罐內進行蒸煮、滅菌、降溫等操作，更重要的是實現(xiàn)了發(fā)酵罐內接種、發(fā)酵罐內噴淋加濕、自動翻料、溫濕度自動檢測顯示、自動進出料等自動控制操作過程?？梢栽诔?、常壓下工作，利用夾套、內蛇管和無菌空氣進行加熱和冷卻。由于發(fā)酵物料是在密閉條件下進行發(fā)酵，而且進入發(fā)酵罐內的空氣和水都經(jīng)過滅菌處理，完全消除了雜菌污染的可能性，最終產(chǎn)品的質量有了確切的保證。2024/11/55580操作及應用范圍立式多層固態(tài)發(fā)酵罐在投料前先進行空罐滅菌，發(fā)酵物料從發(fā)酵罐頂部人料孔加人，進入發(fā)酵罐底下第一層，然后翻起第二層堆料板，加第二層料，依次按此步驟進行加料。然后進行蒸煮、滅菌。發(fā)酵物料的控溫是依靠發(fā)酵罐的內蛇管、外夾套冷卻水以及罐底壓人的無菌空氣，然后從罐頂排出。目前，國內已有0.5—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)酶等許多領域。2024/11/55680在固體發(fā)酵過程中進行攪拌具有以下一些特點和要求：①設計上必須符合清潔無菌的衛(wèi)生要求；②要求對固體基質施加的剪切力較??；③固體基質經(jīng)預處理（浸泡、滅菌）后，可通過固體攪拌器內部接種，以避免染菌；④可通過攪拌保證添加水分分布均勻，以便于控制水分含量；⑤通過外部冷卻夾套和攪拌提高溫控效果。2024/11/55780四、氣相雙動態(tài)固態(tài)純種發(fā)酵技術氣相雙動態(tài)固態(tài)純種發(fā)酵新技術的研制成功，標志著現(xiàn)代固態(tài)發(fā)酵技術的成熟。大致可歸納為以下三個方面：（1）打破現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)中液體深層發(fā)酵技術的壟斷局面（2）開辟新的生物技術產(chǎn)業(yè)（3）對傳統(tǒng)固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)技術的改進2024/11/558801、打破現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)中液體深層發(fā)酵技術的壟斷局面有許多現(xiàn)行的液體發(fā)酵法生產(chǎn)過程，都可以用此現(xiàn)代固態(tài)發(fā)酵技術代替。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。以此類推，整個酶制劑工業(yè)都有可能轉成以固態(tài)發(fā)酵法為主體。其他還有農(nóng)用抗生素、有機酸等，也有部分代替的可能。2024/11/559802、開辟新的生物技術產(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。更重要的是，木質纖維素的生物轉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)酵技術將是該課題最終克服技術經(jīng)濟關的突破口?？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。2024/11/560803、對傳統(tǒng)固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)技術的改進壓力脈動操作往往可使發(fā)酵時間縮短1／3，變溫操作往往可提高菌體活性。在復合菌群組合優(yōu)化方面也可發(fā)揮作用。因此對傳統(tǒng)制酒，及風味食品制造方面提供技術改進的新途徑，甚至創(chuàng)制新的風味發(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。2024/11/56180（一）氣相雙動態(tài)固態(tài)純種發(fā)酵的工藝過程圖4－11雙筒式雙動態(tài)固態(tài)發(fā)酵罐示意圖2024/11/56280圖4－12單筒式雙動態(tài)固態(tài)發(fā)酵罐示意圖2024/11/56380圖4－13小推車盤架系統(tǒng)2024/11/56480圖4－14小推車盤架機械輸送系統(tǒng)2024/11/56580氣相雙動態(tài)固態(tài)純種發(fā)酵工藝特點①無固體層機械翻動裝置，由薄層、氣相雙動態(tài)及循環(huán)風機達到傳質與傳熱要求；②由于無固體翻動機械傳動，反應器結構簡單容易密封，便于工業(yè)放大；③反應器為受壓容器，可用壓力蒸汽進行嚴格的空罐或實罐滅菌，無死角，便于清掃；④采用無菌壓縮空氣供氧，發(fā)酵過程中反應器為正壓狀態(tài)，故能嚴格達到純種固態(tài)培養(yǎng)的要求；2024/11/56680⑤氣相雙動態(tài)有促進微生物代謝、強化細胞內外的傳質，減少代謝產(chǎn)物的反饋抑制，從而有縮短發(fā)酵周期、提高轉化率的功能；⑥反應器的環(huán)形結構與循環(huán)鼓風機，使反應器內的溫度、濕度均勻一致；⑦反應器內設置冷卻排管，加之循環(huán)風機配合后，強制罐內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，并便于反應器內溫度與濕度的調控；⑧氣相雙動態(tài)的周期、振幅與波形由進出氣閥的適時自動控制系統(tǒng)完成，可以隨發(fā)酵過程對供氧與發(fā)熱要求進行計算機在線優(yōu)化控制。2024/11/56780（二）氣相雙動態(tài)固態(tài)發(fā)酵的機制氣相雙動態(tài)固態(tài)發(fā)酵中氣體內循環(huán)的目的是使氣相始終處在對流擴散狀態(tài)。內循環(huán)速率變化也應與微生物的代謝狀況相對應，隨著微生物代謝活動的加劇，氣體內循環(huán)速率也應增加。但風速太大，填料層表面基質將被吹起。風速可以通過馬達轉速及風扇功率估計。在氣相雙動態(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、氣體內循環(huán)速率等都會影響發(fā)酵。由于是密閉系統(tǒng)，氣相雙動態(tài)固態(tài)發(fā)酵中能很好保持水分。2024/11/56880五、吸附載體固態(tài)發(fā)酵技術傳統(tǒng)的固態(tài)發(fā)酵不足之處：①固體培養(yǎng)基既是碳源，又是它們的結構組成部分，在微生物發(fā)酵生長過程中，培養(yǎng)基被分解了，底物容易結塊，孔隙率也降低。由于底物的外形和物理特性都發(fā)生了變化，結果降低了發(fā)酵過程中的傳質和傳熱。②固體物中的雜質容易帶入發(fā)酵提取液中，難以應用于純度要求高的發(fā)酵產(chǎn)品。③由于底物的不均勻性，難以維持發(fā)酵反應的穩(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力學研究與模型建立等。2024/11/56980（一）吸附載體固態(tài)發(fā)酵的特點吸附載體固態(tài)發(fā)酵的特點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)基質作為微生物的載體，營養(yǎng)成分可以嚴格控制，發(fā)酵結束，只需將菌體和培養(yǎng)液擠壓出來進行抽提，載體又可以重新使用。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2024/11/570801、選用適宜的惰性吸附載體充當固態(tài)發(fā)酵的固相，可以克服底物結塊、傳質和傳熱差的難題，避免固體物中的雜質帶人發(fā)酵提取液中；2、由于多孔吸附載體在無游離水狀態(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，設備投資比液體深層發(fā)酵低得多；3、能夠維持固態(tài)發(fā)酵過程中環(huán)境的均勻性與一致性；4、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力學研究與模型建立；5、采用培養(yǎng)基實消、液體種子在位無菌接種和在位超聲控濕等配套的無菌操作方法，解決大規(guī)模固體培養(yǎng)基難以滅菌和大規(guī)模無菌接種的問題；6、該技術拓寬了固體發(fā)酵應用范圍，具有廣泛的適用性與推廣意義。2024/11/57180

吸附載體固態(tài)發(fā)酵與深層液態(tài)發(fā)酵相比的優(yōu)點由于吸附載體固態(tài)發(fā)酵過程中，固態(tài)載體提供了微生物生長的巨大表面，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所需的氧氣，因此，不需要通人大量無菌氧氣或空氣，也不需要強力攪拌，節(jié)省能源。2024/11/57280（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)酵中一個關鍵因素。為了確定微生物適合的載體，應了解微生物發(fā)酵周期、載體材料的吸附等溫線、載體發(fā)酵過程物理化學變化以及水活度對微生物生長的影響。另外，對于載體的選擇還要依賴于所選用的生物反應器。如在非攪拌發(fā)酵反應器中，如果載體使用不當就會造成反應濕度低，結果會抑制微生物的生長。而在攪拌發(fā)酵反應器中，載體應能夠承受攪拌所造成的剪切力，并且能夠保護菌絲體不受攪拌的影響。載體還必須耐蒸汽加熱或藥物滅菌，多孔結構既有足夠的表面積，又能允許空氣流通。2024/11/57380對于吸附載體需考察以下幾個物理性質（1）表觀密度：在23℃環(huán)境下，用游標卡尺測定載體試片的規(guī)格尺寸為5.0cm×5.0cm×2.5cm，并稱取它的質量，然后計算出表觀密度。（2）測定氣泡平均孔徑：用一只小型放大鏡，數(shù)出位于2.0cm長度直線上的氣泡數(shù)，并計算出氣泡平均孔徑。（3）最大吸水率：把規(guī)格尺寸為5.0cm×5.0cm×2.5cm的試片浸入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再放松，使其充分地吸水。最大吸水量最大吸水率＝×100％吸水前載體試片的質量（4）開孔率最大吸水率×表觀密度開孔率＝

0.9975式中：0.9975表示水在23℃時的密度。（5）載體吸水性在固態(tài)發(fā)酵時，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。2024/11/57480（三）吸附載體固態(tài)發(fā)酵過程分析惰性載體吸附固態(tài)發(fā)酵技術既不同于利用農(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。其不同點主要有以下幾個方面：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；為微生物生長提供了一個巨大的界面環(huán)境，強化了發(fā)酵過程中的氧、熱等的傳遞過程；提供了一個不存在很強的剪切力作用的發(fā)酵環(huán)境。2024/11/575801、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)酵過程