4微生物发酵过程
微生物学中的发酵过程和微生物检测技术
微生物学中的发酵过程和微生物检测技术微生物学是研究微观生物（包括细菌、真菌、病毒等）的科学，其广泛应用于生物制药、食品、医疗、环保和农业等领域。
其中，发酵技术是微生物学的一个重要分支，可用于酿造酒类、酱油、醋、味精、乳制品等产品的生产。
在发酵过程中，微生物菌种通过代谢产生有用的代谢产物，同时也会产生一些有害的物质，这些过程常常需要进行微生物检测来保证产品质量和安全。
一、发酵过程发酵是一种生物发生氧化还原反应的过程，在此过程中，微生物细胞针对不同的营养物质进行代谢，从而产生有用的代谢产物，如酸、酒精等。
发酵技术是各行各业中非常重要的工艺之一，如酒类工业、食品工业、生物工程等等。
在发酵的过程中，各种微生物的生长都需要一个能够供养生长所需要的营养物质，其中包括光能、空气、水和矿物质（氮、磷、钾、钙等）。
对于不同的微生物类型而言，他们针对不同的营养物质进行代谢，产生的有机物质也有明显的差别。
例如制酒时，果汁中的葡萄糖和葡萄糖酸被酵母菌（一类产生酒精的真菌）代谢，产生的乙醇达到一定浓度时便会停止生长，称为发酵停滞期。
而在这个过程中，酵母会消耗掉果汁中的许多氧化还原位点，从而降低发酵反应性质（碳酸根和其他离子等等）。
因此，如果要调节酒的品质和口感，需要在特定的发酵过程中使用不同的酵母菌，或者增加其他微生物（如醋酸菌）、产生改善性能的添加剂。
二、微生物检测技术随着生产流程的逐渐自动化，微生物检测技术的重要性逐渐凸显出来。
在食品、医疗和生物工程等领域，微生物的污染可能对产品的质量和安全带来严重影响。
此外，发酵过程中，常常需要对微生物进行定量和定种，以便生产工艺的精密控制。
目前，微生物检测技术主要包括菌落计数法、酶透彻法、基因测序法等。
菌落计数法是目前最常见的检测方法之一，该方法通过培养微生物菌落的方式来直接计数微生物数量，检测的结果准确性较好。
酶透彻法则是利用特殊的酶进行检测微生物菌褶，可以检测到不同类型的微生物。
4微生物发酵过程
4微生物发酵过程微生物发酵是一种利用微生物代谢产生的化合物来生产化学品、药品、食品等的过程。
在这个过程中，微生物通常利用有机物质作为碳源，并产生各种有用的化合物。
下面将介绍四种常见的微生物发酵过程。
1.乳酸菌发酵乳酸菌是一类革兰氏阳性细菌，能够将碳水化合物经过乳酸发酵代谢为乳酸。
这种发酵过程常用于食品行业，如酸奶、酸菜等的制作中。
乳酸会使食品呈现酸性，延长产品的保存期限，并赋予食品独特的风味。
乳酸菌还可以产生维生素、抗生素等有益物质。
在乳酸菌发酵过程中，首先需要提供适当的基础培养基，如牛奶、蔗糖溶液等，以供乳酸菌生长；其次，需要在适宜的温度和pH条件下培养乳酸菌；最后，通过控制发酵时间和条件，可以达到预期的产品质量。
2.酵母发酵酵母是一类单细胞真菌，能够进行酵母发酵，将碳水化合物代谢为酒精和二氧化碳。
这种发酵过程广泛用于酿造酒类、面包、酱油等产品的生产中。
酒精发酵是一种有氧代谢过程，通过氧化还原反应来释放能量。
在酵母发酵中，酵母菌需要提供适宜的基质，如果汁、淀粉浆等，来提供碳源；培养温度和pH条件也需要合适；发酵时间和搅拌速度也需要精确控制，以保证产品的品质。
3.大肠杆菌发酵大肠杆菌是一种革兰氏阴性杆菌，通常用于生产蛋白质、酶、抗生素等产品。
大肠杆菌可利用大多数碳源进行发酵，如葡萄糖、乳糖等。
在大肠杆菌发酵过程中，需要提供适宜的营养基，如葡萄糖溶液、蛋白质源等，以保证菌体的生长和代谢。
大肠杆菌发酵过程中，需要通过控制温度、pH值、氧气含量等因素来控制发酵的进程。
此外，还需要监测生物量、产物浓度等参数，以调整发酵条件，优化产物的产量和品质。
4.醋酸菌发酵醋酸菌是一类产醋的细菌，能够将乙醇氧化为醋酸。
醋酸菌发酵通常用于制作食醋，如米醋、果醋等。
在发酵过程中，醋酸菌通过氧化还原反应，将乙醇转化为醋酸，同时释放能量。
在醋酸菌发酵中，需要提供适宜的基质，如含有乙醇的发酵基质，以供醋酸菌生长和代谢。
同时，温度、pH值等环境因素也需要精确控制。
微生物发酵工艺的流程
微生物发酵工艺的流程微生物发酵工艺是一种利用微生物介导的发酵过程，将原料转化为有用产物的技术。
它广泛应用于食品、饮料、药品、化妆品、生物燃料等产业。
微生物发酵的流程可以概括为以下几个步骤：选择合适的微生物菌种、培养菌种、发酵培养基的制备、发酵过程中的控制和管理、及产物的提取与分离纯化。
首先，选择合适的微生物菌种是微生物发酵工艺的第一步。
根据工艺的要求和产物的需要，选择具有理想发酵性能的菌种。
常用的微生物菌种包括酵母、乳酸菌、醋酸菌、酱油菌等。
菌种的选择主要考虑产物的特性、发酵条件、菌种的稳定性、耐受性以及生产的经济性等因素。
其次，培养菌种是发酵工艺的关键环节。
通常使用液体或固体培养基来培养菌种。
液体培养是最常见的方法，通过加入适量的营养物质（碳源、氮源、无机盐等）和调整好的pH值、温度和氧气条件等，促使微生物菌种生长繁殖。
固体培养则涉及将营养物质包裹在固体载体中，例如琼脂、玉米粉等。
培养时间因物种的不同而异，一般需要在合适的温度和条件下培养一定时间。
制备发酵培养基是微生物发酵的另一个重要步骤。
发酵培养基中的成分主要包括碳源、氮源、无机盐、微量元素和调节剂等。
对于不同的微生物菌种，营养需求略有不同。
因此，根据具体的工艺要求，需要调节发酵培养基的成分，并且经过消毒，以避免污染物对发酵过程的干扰。
发酵过程的控制和管理是微生物发酵工艺中的核心环节。
在发酵过程中，温度、pH值、氧气供应和搅拌等参数需要被精确控制。
这些参数的控制对于发酵过程中微生物的生长、代谢和产物生成都至关重要。
温度过高或者过低，pH值偏高或者偏低，氧气供应不足或者过多，都可能导致微生物生长受阻、代谢途径受限，从而影响产物的生成和产量的提高。
此外，还需要注意发酵过程中的消毒工作，以防止细菌、真菌和病毒的污染。
最后，产物的提取与分离纯化是微生物发酵工艺的最后一步。
发酵过程中合成的产物通常是复杂的混合物，需要经过提取和分离纯化才能得到所需的目标产物。
青贮的微生物发酵过程
青贮的微生物发酵过程
青贮是一种利用微生物发酵技术将青饲料保存下来的方法，其微生物发酵过程包括以下几个阶段：
1. 氧化阶段：青饲料中的糖分和淀粉被微生物分解为乳酸、醋酸和丙酮酸等有机酸，同时产生大量的二氧化碳和热能。
2. 酸化阶段：有机酸的产生使pH在下降，同时抑制了有害微生物的生长，从而保证了青贮的质量。
3. 稳定阶段：青贮中的有机酸逐渐降低，同时乳酸杆菌和酪酸杆菌等好氧菌逐渐取代厌氧菌，使得青贮的稳定性逐渐提高。
4. 干燥阶段：青贮在发酵过程中产生的水分逐渐蒸发，从而使得青贮的水分含量下降，从而保证了青贮的保存。
总之，青贮的微生物发酵过程是一个复杂而又精细的过程，需要合理的控制发酵参数和微生物种类，以保证青贮的质量和保存期限。
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微生物发酵的工艺流程
微生物发酵的工艺流程
微生物发酵工艺流程是将微生物作为催化剂，利用微生物对底物进行代谢反应生产所需产物的过程。
下面是一个一般的微生物发酵工艺流程的简要描述：
1. 选择合适的微生物菌种：根据所需产物的特性和生产条件，选择合适的微生物菌种，如细菌、酵母菌或真菌等。
2. 菌种预处理：将微生物菌种从培养基中分离培养，经过预处理，如挑选纯种菌株、培养活性较高的菌株等。
3. 培养基配置：根据微生物菌种的需求，配置合适的培养基，包括碳源（如葡萄糖）、氮源（如酵母粉）、矿物盐、生长因子等。
4. 发酵罐的准备：对发酵罐进行消毒，以防止其他微生物的污染，并确保发酵过程的卫生条件。
5. 接种和扩大：将经过预处理的微生物菌种接种到培养基中，并进行扩大培养，促进菌种的生长和繁殖。
6. 发酵过程控制：控制发酵罐中的温度、pH值、氧气供应等条件，以促进微生物菌种的生长和代谢产物的合成。
7. 代谢产物采集：在发酵过程达到合适的阶段时，收集代谢产物，如通过分离、浓缩等方法提取产物。
8. 产品后处理：对采集到的代谢产物进行后处理，如纯化、结晶、过滤等步骤，获得纯度较高的最终产品。
9. 发酵残渣处理：处理发酵残渣，如通过干燥、焚烧等方式进行处理和处置。
以上是一个一般的微生物发酵工艺流程的简要描述，具体的流程步骤和操作方法会根据不同的产物和微生物菌种而有所不同。
微生物发酵过程
微生物发酵过程微生物发酵是一种利用微生物代谢产生的酶来转化有机物质的过程。
这种过程广泛应用于食品加工、酿酒、乳制品和酸奶制造等领域。
微生物发酵的核心是微生物的代谢活动，通过合适的培养条件和底物，微生物可以分解有机物质并产生有用的代谢产物。
微生物发酵过程中，微生物菌种是关键。
常见的微生物菌种包括酵母菌、乳酸菌和醋酸菌等。
这些菌种具有特定的代谢途径和产物生成能力。
在发酵过程中，微生物菌种首先需要合适的培养基来提供养分和生长条件。
培养基通常由碳源、氮源、无机盐和生长因子等组成。
微生物菌种在培养基中生长繁殖的同时，会通过代谢活动将底物转化为产物。
这个过程需要合适的温度、pH值和氧气供应等条件。
温度和pH值的控制是非常重要的，因为微生物菌种对温度和pH值的敏感性很高。
通常，不同的微生物菌种对温度和pH值有不同的要求。
在微生物发酵过程中，底物的选择也非常重要。
底物的种类和浓度会直接影响微生物菌种的生长和代谢活动。
一般来说，底物可以分为碳源和氮源两类。
碳源提供能量和碳骨架，氮源提供氮元素用于合成蛋白质和其他生物分子。
不同的微生物菌种对碳源和氮源的要求有所不同。
在微生物发酵过程中，酶的作用至关重要。
酶是微生物代谢活动的催化剂，可以加速化学反应的速率。
微生物菌种通过产生和分泌特定的酶来将底物转化为产物。
这些酶可以在适当的温度和pH值下发挥最佳催化作用。
通过控制酶的产生和分泌，可以提高微生物发酵过程的效率和产物的质量。
微生物发酵过程中的产物可以是多种多样的。
在食品加工中，酵母菌可以将面团中的淀粉分解为酒精和二氧化碳，使面团发酵膨胀。
在酿酒过程中，酵母菌可以将葡萄糖转化为酒精和二氧化碳，产生葡萄酒。
在乳制品和酸奶制造中，乳酸菌可以将乳糖转化为乳酸，使牛奶发酵成酸奶。
在醋制造中，醋酸菌可以将酒精氧化为醋酸，产生醋。
这些产物都是通过微生物发酵过程中的代谢活动生成的。
微生物发酵是一种高效且环境友好的生物技术。
通过合理选择微生物菌种、优化培养条件和底物，可以实现高产和高质量的产物。
微生物发酵的一般过程
微生物发酵的一般过程微生物发酵一开始，得有个小窝给微生物住，这个小窝就是发酵的培养基啦。
这培养基就像微生物的小食堂，里面有各种营养成分，什么碳源呀，氮源呀，就像给微生物准备的饭菜。
比如说葡萄糖就是很常见的碳源，微生物吃了就能有力气干活啦。
这就好比我们人，要是没吃饱，哪有力气干活呢。
微生物进入到这个培养基里，就开始撒欢啦。
它们在里面可活跃了，就像小朋友在游乐园里玩耍一样。
它们会开始分解培养基里的营养物质，这个过程就像是拆礼物一样，把那些营养物质拆成自己需要的小分子。
这时候，微生物自身也开始繁殖起来，一个变两个，两个变四个，就像变魔术似的。
在发酵的过程中呢，温度和pH值可重要啦。
这就像微生物的生活环境一样，温度得刚刚好，不能太热也不能太冷，就像我们人感觉舒适的温度一样。
pH值也是，太酸或者太碱，微生物就会不开心，就像我们住在不舒服的房子里会难受一样。
要是这两个条件没控制好，微生物发酵可能就会出问题，就像小朋友要是在不舒服的环境里就会哭闹一样。
随着时间的推移，微生物发酵会产生各种各样的代谢产物。
这些代谢产物可有用啦，有的是我们能闻到的香味，就像做面包的时候，发酵产生的香味让人垂涎欲滴。
有的是对我们健康有好处的东西，比如发酵产生的一些有益的酶呀，或者是抗生素之类的。
这就像微生物给我们人类的小礼物一样。
微生物发酵的过程中，还得时刻关注着微生物的状态呢。
就像照顾小宠物一样，得看看它们是不是健康，是不是活力满满。
要是发现微生物有什么不对劲的地方，就得赶紧调整发酵的条件。
这整个微生物发酵的过程，就像是一个充满生机和活力的小世界，微生物们在里面忙忙碌碌，最后给我们带来各种各样的惊喜呢。
微生物发酵的工艺过程
微生物发酵的工艺过程微生物发酵工艺是一种利用微生物代谢产物进行生产的过程。
通过对微生物的培养和控制环境条件，可以生产出各种有用的物质，如酒精、酸奶、酱油等。
本文将以酱油的发酵过程为例，介绍微生物发酵工艺的基本步骤和原理。
酱油是一种传统的调味品，其制作过程主要依靠微生物发酵。
首先，将大豆和麦麸等原料进行浸泡，然后进行蒸煮和研磨，得到豆浆。
接下来，在一定温度下，将豆浆和盐水混合，加入酵母菌和乳酸菌等微生物，进行发酵。
发酵过程中，微生物会利用豆浆中的糖类、蛋白质等营养物质进行代谢，产生乳酸、酒精、氨基酸等有机物。
这些有机物不仅赋予了酱油特有的风味和香气，还具有抗菌、抗氧化等功能，提高了酱油的质量和保质期。
为了保证发酵过程的顺利进行，需要控制好环境条件。
首先，要控制温度，一般在25-35摄氏度之间，以适合微生物的生长和代谢。
其次，要保持适当的酸碱度，通常在pH 4.5-5.5之间，以促进有益微生物的繁殖。
此外，还需要控制氧气的供应，一般通过搅拌或通入空气等方式来增加氧气的接触。
整个发酵过程通常需要几个月甚至更长时间才能完成。
在此期间，微生物会不断进行代谢活动，产生新的代谢产物，并逐渐改变原料的性质。
通过对发酵过程的控制和调整，可以使酱油的质量得到提高。
微生物发酵工艺不仅被应用于酱油的制作，还广泛用于食品、医药、化工等领域。
通过对微生物的选择和培养条件的调整，可以生产出各种有用的物质，满足人们的需求。
总的来说，微生物发酵工艺是一种利用微生物代谢产物进行生产的过程。
通过对微生物的培养和控制环境条件，可以生产出各种有用的物质。
酱油的发酵过程是其中的一个典型例子，通过控制温度、酸碱度和氧气供应等条件，实现微生物的生长和代谢，最终得到具有特殊风味和营养功能的酱油。
微生物发酵工艺在食品、医药、化工等领域都有广泛的应用，为人们提供了丰富多样的产品。
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微 生 物 发 酵
分批发酵 (Batch Fermentation)
补料分批发酵 (Fed-batch Fermentation )
连续发酵 (Continuous Fermentation )
固态发酵 (Solid State Fermentation )
高密度发酵 (High Cell Density Fermentation ) 基因工程菌的发酵 (Recombinant strain fermentation )
液体发酵
培养基中始终有游离水的流动，水是培养基的主要成分，微生物从 溶解水中吸收营养物，营养物浓度始终不存在梯度 培养体系大多只涉及气，液两相，而固定相所占比例低，是悬浮在 液相中，液相为连续相；可实现有效混合，营养扩散通常不受限制 接种比比较小，小于10%；在好氧发酵中，需要克服静液层阻力才 能将氧通过深的液层。消耗能量大 由于需要克服液位差和气体从气相到液相的阻力，系统需要较高气 源压力；微生物所需氧来自于溶解氧，需要消耗较大能耗用于微生 物溶解氧需求 气体循环和通气仅仅提供氧气和排除挥发性产物，代谢热量需要冷 却水排除；代谢热驱除比较容易通过冷却水控制，不存在通气造成 水分缺乏 微生物均匀分布在培养体系中；高底物浓度产生非牛顿流体问题， 需要补料系统 发酵均匀；发酵结束时，培养基是液体状态，产物浓度低 需要去除大量高浓度废水，分离设备的体积通常很庞大，费用高， 而产物纯化比较容易；使用稀释的培养基和较大体积的生物反应器， 因此生产率较低 高水含量使发酵温度控制容易，发酵设备庞大 一般发酵原料需要经过较复杂的加工，消耗能量大 通过深的液层，消耗能量大；适用于大多数微生物的生长
连续发酵的最大特点是微生物细胞的生长速度、产物的代谢均处于恒定状 态，可达到稳定、高速培养微生物细胞或产生大量代谢产物的目的。
4. 固态发酵 (Solid State Fermentation ) 固态发酵是指微生物在没有游离水或几乎没有游离水的较湿的固态培养基 上的发酵过程。固态的湿培养基一般根据成分不同控制含水量在40-80％左右， 无游离水流出。农村的堆肥、青饲料发酵和酿酒制曲，就是典型的固态发酵。 特别是我国工艺历史悠久、国际著名的白酒生产都有自己独特的固态发酵工艺 过程。由于固态发酵方式节能、环保，近来又得到了人们的青睐。如：以产朊 假丝酵母（Candida utilis）、面包酵母（Saccharomyces cerevisiae）和啤酒酵 母（Saccharomyces carlsbergensis）为复合发酵菌种，以麸皮、大豆饼和少量 脱毒棉籽饼为原料，经固态发酵法生产饲料蛋白添加剂得到快速发展。 伴随着发酵工程机械化、自动化、化工技术和设备的改进，在传统固态发 酵的基础上发展到现在的固态发酵。
Chapter 4.
微生物发酵过程
(Microbial Fermentation-Process)
一. 微生物发酵的类型 二. 种子扩大培养 三. 发酵培养基 四. 发酵过程中间分析
五. 发酵终点的判断
一. 微生物发酵的类型
微生物发酵的不同类型
需氧或不需要 好氧发酵 兼性发酵 厌氧发酵 液态发酵 固态发酵 表面发酵 深层发酵 分批发酵 补料分批发酵 连续发酵 游离发酵 固定化发酵 单一纯种发酵 双菌发酵 混合发酵
3. 连续发酵 (Continuous Fermentation ) 连续发酵是指以一定的速度向培养系统内添加新鲜的培养基，同时以相 同的速度流出培养液，从而使培养系统内培养液的体积维持恒定，使微生物 细胞处于近似恒定状态下生长的微生物发酵方式。连续发酵的原理及恒化连 续培养系统、恒浊连续培养系统在第七章已有所述。下图为典型的实验室连 续发酵系统。
代谢热量排除和 代谢热去除 微生物生长基质 和底物浓度 发酵均匀度和发 酵结束产物浓度 产物提取和生产 率 发酵温度度控制 原料加工 液体表面积以及 生长适用范围
设备现代化程度 和发酵在线检测 生长环境和发酵 环境
所需设备完善，自动化程度高，技术比较成熟；许多在线传感器的 成熟，可以实现发酵过程控制 在人工液体培养基中均匀生长；液态发酵环境抑制微生物分化代谢， 不利于次生代谢产物生产
固定化细胞
菌种状态
× √
单一或混合菌种
另外，细胞固定化，生物法处理废水，细菌采矿等等;
固体发酵和液体发酵的区别
发酵形式 固体 发酵 优 点 缺 点 投资少，设备简单，操作容易可因陋就简， 因地制宜，利用农副产品以及下脚料作为 原料进行生产。 液体环境适合菌体生长和物质传递，发酵在均 质条件下进行，便于控制，液体输送方便，易 于机械化操作，产品易精制｡ 设备占地少，容 量大，可自动控制，适合大规模生产。 广房面积大劳动强度 大不易机械化操作。
5. 高密度发酵 (High Cell Density Fermentation )
微生物代谢产物的合成完全是靠菌体作为生产者来实现的。菌体量越多 产物的产量也越大。因此，通过发酵工程实现高密度微生物细胞培养则是发 酵的最终要求。 采用一定的工艺技术实现了高密度发酵，它不仅使发酵液的菌体浓度比 分批发酵提高了10倍以上，而且使菌体的生产能力也处于最佳状态，并能消 除有害代谢物对菌体正常发酵的影响。高密度发酵较分批发酵有显著的技术 优势。表15-4 列举了几种微生物的高密度发酵结果。
液体 发酵
投资大，设备要求严格， 动力消耗比较大
固态发酵和液体发酵是微生物发酵的两大技术领域，各具特征，并存在着明显的区别。固态发酵投资少， 设备简单，操作容易可因陋就简，因地制宜地利用农副产品以及下脚料作为原料进行生产。液体发酵适合菌体生 长和物质传递，发酵在均质条件下进行，便于控制，液体输送方便易于机械化操作，产品易精制｡同时，液体发 酵设备占地少，容量大，可自动化控制，适合大规模生产，具有很大的优势。但是，如能解决好固态发酵的设备 问题，固态发酵也将会发挥出更大的作用。
高细胞密度发酵成功的实例
表面发酵和深层发酵
表面培养法 放置曲盘需要更多的厂房 需要更多的劳动力 利用抵押空气鼓风机 动力消耗少 需要简单控制 很少有污染问题 产品回收包括水溶、抽提、 过滤、离心、蒸发、沉淀 深层培养法 利用密闭的发酵罐 相反 需要高压空气 空压机、搅拌耗能 需要精密控制 污染往往批发酵 (Fed-batch Fermentation ) 以某种方式定时向培养系统补加一定营养物质的发酵方式称为补料分批 发酵。它是介于分批发酵和连续发酵之间的发酵形式。定时补料的同时并不 向外排放发酵液，所以使发酵系统不再封闭，且培养液体积随时间和物料流 速而变化。由于营养底物缓慢补入，既满足微生物生长和产物合成的持续需 要，又避免了由于底物基质过量所引起的各种调控反应。 定时补充物料，可使培养液中的底物浓度较长时间地保持在一定的范围 内，既保证了微生物生长，又不会产生不利影响，从而达到提高容量产率、 产物浓度和得率的目的。 补料技术可以采用少量多次、少次多量、流加或微机控制流加；整个发 酵过程中不断地调节补料率，维持各项物质的供需平衡。 根据补入物料的组成可将补料分批发酵分为完全补料发酵和半分批补料 发酵。完全补料发酵是补入成分完全的培养基。半分批补料发酵是仅补入一 种或几种限制性营养成分。
现代固态发酵与传统固态发酵的技术比较见下表
现代固态发酵和传统固态发酵的比较 性质 反应器 菌种 范围 能耗 现代固态发酵 在密闭的固态发酵反应器中进行 采用单一纯种菌株或混合菌株发酵 扩大了固态发酵的运用范围 操作能耗高，设备投资较大 传统固态发酵 在极为简单的发酵容器中进 行或敞口式固态发酵 基本是自然富集发酵或强化 菌种发酵 限于传统食品的生产 操作能耗低，设备投资小， 劳动强度大
椰子果渣
麸皮，玉米穗，木薯粉， 甘蔗渣等 大麦，大米，玉米 玉米穗 甘蔗渣 大麦粒 向日葵种子 豆渣 麸皮 黏土及稻草复合培养基 大米糠
固体发酵和液体发酵的区别
性质
培养基中水分及 营养物浓度 培养体系状态和 营养物扩散 接种和供氧问题 系统压力和能耗
固态发酵
培养基中没有游离水的流动，水是培养基中较低的组分，微生物从 湿的固态基质吸收营养物，营养物浓度存在梯度 培养体系涉及到气，液，固三相，气相是连续相，而液相不是连续 相；颗粒内的混合难以实现，且微生物的生长受营养扩散的限制 接种比比较大，大于10%；在需要大量供氧过程中，空气通过固体 层的阻力较小，能量消耗少， 由于系统压力低，所需通气的压力低；微生物所需氧主要来自气相， 只需少量无菌空气 ，能耗低 气体循环和通气不仅可提供氧气和排除挥发性产物，而且也排除代 谢热量；代谢热去除比较困难，主要依靠通气蒸发冷却，易造成局 部水分缺乏 微生物吸附于固态底物的表面生长或渗透到固态底物内生长；高底 物浓度可以生产高的产物浓度 发酵不均匀，菌体的生长，对营养物的吸收和代谢产物的分泌在各 处都是不均匀；发酵结束时，培养基是湿物料状态，产物浓度高 由于产物量高，提取工艺简单可控，因此没有大量有机废液产生， 但是提取物含有底物成分；使用浓缩的培养基和较小的固态发酵生 物反应器，因此生产率高，而得率和生长速率低 有效去除代谢热困难，易出现过热问题 一般发酵原料需要经过较复杂的加工，消耗能量大 固态发酵中固态颗粒提供的液体表面积比深层液体发酵中气泡提供 的界面高很多；固体培养基的水活度在0.99以下，适宜于水活度在 0.93-0.98的微生物生长，限制了运用范围，同时也限制了某些杂菌 生长 所需设备不完善，缺乏在线传感器，机械化程度低，产品不稳定， 重复性差；由于缺乏有效在线测量手段，过程控制比较困难 模拟自然生长环境，使微生物保持与自然界相似的生长状态；微生 物是接近于自然状态下的生长，有可能产生一些通常液体发酵中不 产生的酶和其他代谢产物，如霉菌毒素，分生孢子等；固态发酵微 环境利于微生物分化，特别是丝状真菌分化代谢
1. 分批发酵 (Batch Fermentation)
发酵罐进行的间歇操作称为分批发酵。在好氧发酵过程中，需要不断通入无菌 空气并加入酸碱以调节发酵液的pH值，除此以外，与外界没有其它的物料交换。分批 发酵是一种操作简单并且广泛使用的发酵方式。分批发酵中菌体生长规律及生长参数 的数学模型第七章已有详述。工艺变量随时间而变化是该发酵方式的主要特征。摇瓶 培养也属分批发酵.分批发酵的主要设备是种子培养罐、主发酵罐、无菌供气系统和产 物分离纯化系统。分批发酵的基本过程如图