固态发酵工艺ppt.pptVIP

固态发酵技术的研究;固态发酵的应用;固态发酵是一种培养基呈固态、培养基中没有或几乎没有自由流动水、利用自然底物作为碳源和能源或利用惰性底物作为支持物的发酵过程 ,它也是人们利用微生物生产所需产品的悠久技术之一。1945年青霉素的大规模工业化生产,开创了液体深层发酵技术及现代发酵工业。但现代发酵工业的首要条件是纯种培养,而固态发酵作为发酵工业中的比较古老落后工艺的代表,一直未能得到更好的发展和利用。但自20世纪70年代以来,随着世界性能源危机的出现和环境保护意识的增强,固体发酵的技术又重新受到重视。;优点一;固态发酵最明显的特征就是,这使得固态发酵的自动化控制和在线检测非常困难。目前尚没有比较完善的数学模型来描述固态发酵过程,生产过程中还是以经验指导为主。在固态发酵中,控制的工艺参数主要有:温度、pH值、物料或培养基的含水量等。固态发酵是一种接近自然状态的发酵,它与液态深层发酵有许多不同,其中最显著的特征就是传质和传热过程的不均匀性即水分活度低,发酵不均匀。菌体的生长,对营养物质的吸收和代谢产物的分泌在各处都是不均匀的,使得发酵参数的检测和控制都比较困难,许多液态发酵的生物传感器也无法应用于固态发酵。迄今为止,在文献中还没有见到较为完善的关于固态发酵的数学模型(虽然有一些关于固态发酵动力学研究的报道,但都是以图表的形式出现) ,对它的研究仍然停留在以经验为主导的水平上。目前固态发酵可测或可调的参数主要有:培养基含水量、空气湿度、CO2 和O2 的含量、pH 值、温度和菌体生长量等。 ;温度;温度是影响微生物生长的重要因素,直接关系到发酵过程的正常进行和最终产品的生成。固态发酵中,微生物生长初期要达到一定的温度,才能保证其正常生长。然而微生物在生长和代谢过程中需要释放大量的热量,尤其是在发酵前期,菌体生长旺盛,麸曲的温度(俗称“品温”) 上升很快,有时高达2 ℃/ h 左右。显然,这些热量如果不及时排除,菌体的生长和代谢就会受到严重影响,有时甚至会造成“烧曲”,菌体大量死亡,发酵彻底失败。但菌丝体生长旺盛尤其在对数生长期,造成物料大面积板结,加之固态发酵中没有自由流动相,导热性能差,单位距离上存在很大的温度梯度,有时高达3℃/ cm,不利于微生物的生长和产酶,必须通过通风降温、喷淋无菌水及翻曲等手段使热量及时散发。如果生产处于夏季,降温困难(尤其在我国南方,夏季气温高,空气湿度大) ,采用短时间液氨制冷或空调制冷来降温也是可取的。 ;pH 值也是影响微生物生长代谢的关键因素之一。但固态发酵中某些物料的优良缓冲性能有助于减少对pH 控制的需要。一般认为,只要调节好初始pH值,发酵过程中不必对其进行监测和控制。所以固态发酵时,只要把初始pH 调到所需要的值,发酵过程通常不用检测和控制pH。在实际过程中,菌体代谢会导致物料pH值发生较大变化。 例如培养基中氮源对pH 影响较大,如使用铵盐做主要氮源时,易引起基质酸化。所以固态发酵中铵盐用量不可太大,可利用一些有机氮源或尿素来替代一部分铵盐。 ;水是发酵的主要媒质,基质含水量是决定固态发酵成功与否的关键因素之一。 基质的含水量,应根据原料的性质(细度、持水性等) 、微生物的特性(厌氧、兼性厌氧或需氧) 、培养室条件(温度、湿度、通风状况) 等来决定。含水量较高,导致基质多孔性降低,减少了基质内气体的体积和气体交换,难以通风、降温,增加了杂菌污染的危险;而含水量低,造成基质膨胀程度低,微生物生长受抑制,后期由于微生物生长及蒸发造成物料较干,微生物难以生长,产量降低。在固态发酵中,基质水分含量应控制在发酵菌种能够生长而又低于细菌生长所需要的水分活性值,一般起始含水量控制在30 %～75 %范围内。在发酵过程中,水分由于蒸发、菌体代谢活动和通风等因素而减少,应进行水分补充,一般可采用向发酵器内通湿空气、增加发酵器内空气的相对湿度或在翻曲时进行2 次加水(无菌水) 等方式来解决。 ;氧的传递,主要指需氧的固态发酵而言。由于微生物的生长,在固体表面形成菌膜并使基质结块,基质被代谢而变粘,因而随着微生物的生长,可能造成基质内局部区域缺氧而影响生长。另外基质的高含水量或使用较细的基质料,也会影响基质内氧的传递。为了防止基质内缺氧和增加基质内氧的浓度,促进微生物生长,通常采用通风、搅拌或翻动来增大氧的传递。通风是最常用和有效的方法,除可以增加氧的传递,还有利于热交换。翻动或搅拌虽可防止物料结块,并且利于热交换,但过分的翻动或搅拌影响菌体与基质的接触,并可能损伤菌丝体,使水分蒸发过多而使物料变干,抑制菌体生长。生产中可将以上2 种方式结合起来使用。此外增加氧传递的常用方式还有: (1) 采用较薄的基质层;(2) 使用多孔的、较粗的利于氧传递的疏松性材料作基质填充料,如稻壳等; (3) 使用带孔的培养盘; (