固态发酵技术及其设备的研究进展
固态醋酸发酵影响因素及发酵设备
固态醋酸发酵影响因素及发酵设备杨宗朋（海天醋业（广东）有限公司，广东佛山 528500）摘 要：固态醋酸发酵是我国传统食醋酿造的主要工艺，该工艺所生产的食醋具有体态浓稠、香气丰富、口感浓厚、鲜甜不刺激等特点，但传统固态醋酸发酵存在工艺复杂、发酵周期长、劳动强度高、发酵可控性差等问题。
本文对固态醋酸发酵过程的影响因素进行了系统性探讨，并结合山西陈醋、镇江香醋介绍了传统固态醋酸发酵设备以及新型固态醋酸发酵设备与工艺特点，以期对固态醋酸发酵工艺及设备创新优化提供相关参考。
关键词：固态醋酸发酵；酿造因素；发酵设备Influencing Factors and Fermentation Equipment of SolidAcetic Acid FermentationYANG Zongpeng(Haitian Vinegar Industry (Guangdong) Co., Ltd., Foshan 528500, China) Abstract: Solid state acetic acid fermentation is the main process for traditional vinegar brewing in China. The vinegar produced by this process has characteristics such as thick body, rich aroma, strong taste, and non-stimulating freshness and sweetness. However, traditional solid state acetic acid fermentation has problems such as complex process, long fermentation cycle, high labor intensity, and poor fermentation controllability. This article systematically discussed the factors affecting the solid-state acetic acid fermentation process, and introduced the traditional and new solid-state acetic acid fermentation equipment, including process characteristics, combined with Shanxi mature vinegar and Zhenjiang aromatic vinegar, with a view to providing relevant references for the innovation and optimization of solid-state acetic acid fermentation technology and equipment.Keywords: solid state acetic acid fermentation; brewing factors; fermentation equipment我国食醋产业的发展经历了从无到有到完善的过程，目前食醋产业规模已达数百亿元，是我国经济发展的重要产业之一。
棉花固态发酵实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解发酵现象的基本原理和过程。
2. 掌握实验操作方法，观察并记录发酵现象。
3. 分析发酵过程中物质的变化和影响因素。
二、实验原理发酵是一种微生物在无氧条件下，将有机物质转化为其他物质的过程。
本实验以葡萄汁为原料，利用酵母菌进行发酵，产生酒精和二氧化碳。
三、实验仪器及试剂1. 仪器：锥形瓶（250ml）、移液管、pH计、生物传感仪、分析天平、酒精灯、烧杯、玻璃棒、温度计、橡胶塞、胶管。
2. 试剂：葡萄汁、酵母膏、葡萄糖、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、苯甲酸钠、EDTA 钠、氯化钠。
四、实验步骤1. 准备实验材料：将葡萄汁、酵母膏、葡萄糖、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、苯甲酸钠、EDTA钠、氯化钠等试剂按照一定比例混合均匀。
2. 将混合液倒入锥形瓶中，加入适量的酵母菌，密封瓶口。
3. 将锥形瓶放入恒温水浴中，调节温度在25-30℃之间，保持恒温发酵。
4. 每隔一段时间，用pH计和生物传感仪检测发酵液的pH值和酒精浓度。
5. 观察发酵过程中产生的气泡、沉淀等现象，记录实验数据。
6. 实验结束后，对发酵液进行离心分离，收集酒精和沉淀物。
7. 对酒精和沉淀物进行成分分析，比较发酵前后的物质变化。
五、实验结果与分析1. 发酵过程中，pH值逐渐降低，酒精浓度逐渐升高，说明酵母菌在发酵过程中将葡萄糖转化为酒精。
2. 发酵过程中产生大量气泡，说明酵母菌在发酵过程中产生二氧化碳。
3. 发酵结束后，酒精浓度达到一定值，沉淀物为酵母菌残骸。
4. 通过成分分析，发酵液中的葡萄糖含量明显降低，酒精含量明显升高，证实了发酵现象。
六、实验结论本实验成功观察到了发酵现象，酵母菌在无氧条件下将葡萄糖转化为酒精和二氧化碳。
实验结果表明，发酵过程受温度、pH值等因素的影响，为发酵工艺的优化提供了理论依据。
七、注意事项1. 实验过程中要注意无菌操作，避免污染。
2. 实验过程中要控制好温度，确保发酵过程顺利进行。
3. 实验数据要准确记录，便于分析。
固态发酵工程技术的研究应用分析
固态发酵工程技术的研究应用分析固态发酵工程技术是一种利用微生物在固态培养基上进行发酵的技术，近年来得到了广泛的关注和应用。
固态发酵技术具有许多优点，比如生产周期短、设备投资少、能耗低、产品质量好等，因此在食品加工、生物制药、环境保护等领域都得到了广泛的应用。
本文将从固态发酵工程技术的原理、应用领域和发展前景等方面进行分析和探讨。
固态发酵工程技术的原理是指将微生物所需的培养基和营养成分与生物制品混合，使其成为一种半固态或粘稠的状态，然后通过控制温度、湿度和通气等条件，利用微生物代谢产生的酶或代谢产物来进行发酵。
固态发酵相对于液态发酵来说，具有特殊的优点。
固态发酵可以减少液态废水的处理成本，降低了环境污染的风险。
由于固态发酵过程不需要大量的水，因此可以节约大量的能源和水资源。
由于固态发酵过程可以在相对干燥的条件下进行，因此不容易造成微生物的污染和生长不稳定。
由于这些优点，固态发酵工程技术在食品加工、生物制药、环境保护等领域得到了广泛的应用。
在食品加工领域，固态发酵工程技术主要应用于传统食品的生产。
酱油、豆豉、豆腐、米酒等传统食品都是通过固态发酵来制作的。
固态发酵工程技术可以改善食品的口感和口味，增加食品的营养价值，同时也可以延长食品的保存期限。
在生物制药领域，固态发酵工程技术主要应用于微生物发酵生产抗生素、酶、氨基酸、酒精等产品。
固态发酵技术在这些产品的生产中具有高效、节能、环保等特点，因此得到了越来越广泛的应用。
在环境保护领域，固态发酵工程技术也得到了广泛的应用。
通过固态发酵工程技术可以将农业废弃物、工业固体废弃物等转化为有机肥料或生物燃料，从而减少了固体废弃物的处理压力，减少了环境污染的风险。
固态发酵工程技术在未来的应用前景非常广阔。
随着人们对食品营养和安全的关注不断增加，传统食品的固态发酵工程技术将会得到更广泛的应用。
生物制药领域对高效、节能、环保的生产技术的需求也在不断增加，固态发酵工程技术将会成为生物制药领域的研究热点。
固态法在白酒酿造中的传统与创新探索
固态法在白酒酿造中的传统与创新探索引言白酒是中国饮食文化的重要组成部分，也是中国酿造行业的代表性产品之一。
随着科技的不断进步，酿酒技术也在不断创新与发展。
固态法作为一种新兴的酿酒技术，正在逐渐引起酿酒界的关注，并在白酒酿造中展示出传统与创新的双重优势。
本文将探讨固态法在白酒酿造中的传统与创新探索。
一、固态法简介固态法是指通过在固态条件下进行酿造的一种方法。
与传统的液态法相比，固态法的特点在于发酵过程中不使用大量的水。
它通过调节原料的水分含量，使得酒曲和原料形成固态酒曲，然后在固态酒曲中进行发酵。
由于固态酿造的水分含量较低，发酵过程中产生的酒液也相对浓缩，从而使得最终产品的风味更加浓郁。
二、固态法在传统酿酒中的应用1. 陈化酿造陈化是白酒酿造过程中至关重要的一步，它使得白酒在长期存放的过程中逐渐变得更加醇厚。
传统的液态酿造需要将酒液倒入陶罐等容器中进行陈化，但是这个过程中容器内水分的蒸发会导致酒液的浓缩。
而固态法在陈化酿造中可以更好地保持酒液的浓度，使得酒液更好地吸取木质容器中的芳香成分，并逐渐形成独特的风味。
2. 贮藏变质白酒酿造后需要经过一段时间的贮藏才能达到最佳的风味。
传统的液态法在贮藏过程中，容易因为水分的蒸发而造成酒液的品质下降。
而固态法由于水分含量较低，可以更好地保持酒液的风味，避免贮藏过程中的变质问题。
三、固态法的创新应用1. 深度发酵在传统的液态发酵过程中，由于大量的水分存在，酒液往往无法达到充分的接触面积，从而影响了发酵效果。
而固态法可以使得酒曲与原料充分接触，使得酵母菌充分发酵，提高发酵效率。
这将使得酒液中的糖分更加充分地转化为酒精，精馏出的酒液更加干净、纯正。
2. 新型原料的应用固态法在发酵过程中不依赖大量的水分，这使得酿造者可以更加灵活地选择原料。
相比传统液态法中的黄精、高粱等常见原料，固态法可以使用更多的植物资源，如谷物、蔬菜等。
这不仅为酿造出更加丰富多样的口感提供了可能，还可以促进农产品资源的合理利用，保护生态环境。
固态法酿造白酒中的酵母发酵代谢途径研究
固态法酿造白酒中的酵母发酵代谢途径研究摘要：白酒是中国传统的酒类产品之一，其独特的风味和醇香口感受到了广大消费者的喜爱。
酒精的产生是通过酵母微生物代谢过程中产生的，而酵母的代谢途径对白酒的风味和品质起到至关重要的作用。
本文将探讨固态法酿造白酒中酵母发酵的代谢途径研究，包括糖的利用、乙醇的产生以及酵母细胞的生长等方面。
1. 糖的利用在固态法酿造白酒的过程中，由于发酵床中固态物料的存在，酵母的营养来源主要是床面上的酒糟和床下固态物料。
糖是酵母生长和代谢的主要碳源，通过研究发现，酵母在固态法酿造白酒的过程中可以利用多种糖类物质，如葡萄糖、果糖、蔗糖和麦芽糖等。
在发酵过程中，糖类物质在酵母细胞内经过一系列的酶的作用，转化为乙醇和二氧化碳等代谢产物。
2. 乙醇的产生乙醇是白酒中的主要成分之一，也是酵母发酵过程中最重要的代谢产物之一。
乙醇的产生是由酵母细胞通过糖类物质的发酵作用产生的。
在固态法酿造白酒的过程中，酵母通过糖类物质的代谢，产生乙醇和二氧化碳。
乙醇对白酒的风味和口感有着重要影响，适量的乙醇能够增加白酒的醇香口感，但过高的乙醇含量会影响白酒的品质和风味。
3. 酵母细胞的生长酵母细胞的生长对于固态法酿造白酒过程中的酵母发酵至关重要。
酵母细胞在适宜的温度和湿度条件下能够快速繁殖，同时也需要足够的氧气供应。
酵母在固态法酿造白酒的过程中，通过吸收酒糟和固态物料中的一些有机物质，为其生长提供营养来源。
此外，酵母细胞在生长过程中还会释放酵母菌体表面酶，将固态物料中的淀粉、蛋白质和脂肪等分解为可被酵母细胞吸收的小分子物质。
4. 代谢途径的调控酵母发酵代谢途径的调控对于固态法酿造白酒的品质控制至关重要。
酵母在代谢过程中的一系列酶活性和基因表达水平的调节，直接影响着乙醇产生和其他代谢产物的生成。
通过对酵母发酵过程中的代谢途径的研究，可以探索调控酵母代谢活性的关键基因和酶，为白酒的品质改良和控制提供理论依据。
结论：固态法酿造白酒中的酵母发酵代谢途径是一个复杂而重要的过程，在白酒的风味和品质形成上起着关键的作用。
固态发酵工艺
固态发酵工艺固态发酵工艺是一种以微生物在固体底物上生长代谢为基础的技术。
其主要优点包括发酵过程相对简单，生产成本低，产品品质好，营养价值高等。
因此，在食品、医药、化工等领域得到广泛应用。
本文将重点探讨固态发酵工艺的原理、分类、应用领域及挑战等方面。
一、固态发酵的原理固态发酵与液态发酵相比，其发酵底物通常是由白腐菌、黑曲霉、酵母菌等微生物种类组成的一种复杂生态系统。
这些微生物以底物为营养源，在发酵过程中产生酶和代谢产物，其中酶的作用可以分解底物成分，代谢产物则对底物的性质产生一定影响，直接决定了发酵产物的品质。
二、固态发酵的分类根据不同的发酵底物，固态发酵主要分为以下几类：豆类、谷物、木质素、酒渣、果皮等。
其中豆类是最常用的底物之一，如黄豆、豆饼等，主要用于生产豆制品，如豆豉、豆腐等。
谷物类固态发酵主要应用于酱油、米酒、醪糟等食品的生产。
木质素类固态发酵被广泛应用于木质素的降解和生物质燃料的制备等方面。
酒渣类固态发酵用于生物质能的转化和生产酒渣菌蛋白等。
果皮类固态发酵主要用于生产果皮醋等产品。
三、固态发酵的应用领域 1.食品领域：固态发酵技术在食品加工中得到了广泛应用，如豆制品、酱油、醋、米酒、酸奶、面包等。
2.药物领域：利用固态发酵技术生产天然药物，如青黛、灵芝、人参等。
3.环保领域：利用固态发酵技术处理废弃物，如酒渣、果皮等。
4.工业领域：通过固态发酵技术生产有机酸、生物柴油、单细胞蛋白等产品。
四、固态发酵工艺的挑战由于固态发酵的发酵底物非常复杂，所涉及的微生物多样且生态环境复杂，因此，固态发酵工艺面临着以下挑战： 1.微生物筛选和优化：选择合适的微生物对于固态发酵的成功至关重要，同时需要通过优化培养条件，提高微生物的代谢能力和产物的产率。
2.发酵条件控制：固态发酵中，底物湿度、通气、温度等因素都对发酵过程产生影响，需要合理控制这些条件，才能保证发酵的成功。
3.发酵底物的特性：不同的发酵底物性质不同，对于不同的固态发酵底物，需要制定相应的处理策略和工艺。
酒糟生产酵母培养物的固态发酵工艺研究
,。
图1糖化酶添加量(U/g)图2装料量(g)图3水料比图4接种量(亿/g)图5温度(℃)图6pH值由图4知,接种量达1.25×108后,活菌数增长缓慢,继续增加接种量,菌体增长受到抑制(图4)。
故选取1.0×108CFU/g作为最适接种量。
在一定范围内,温度的升高有利于酵母的生长繁殖及代谢产物的产生,但是温度过高,导致酶类失活,甚至直接导致菌体死亡。
反之,菌体生长缓慢,周期延长。
由图5知,最适温度为30℃。
pH值是发酵过程中的重要参数,它通过影响菌体细胞膜的通透性,来改变酵母对营养物质的吸收,以及影响酵母自身酶系的活力。
酿酒酵母的最适生长pH值为4.2~5.0,实验表明pH4.5为最佳(图6)。
综上所述,以黄酒糟生产酵母培养物的最佳发酵工艺为:糖化酶100U/g,装料量30g,水料比1.25,接种量1.0×108CFU/g,温度30℃, pH4.5、此时发酵产物烘干后活菌数为20.88×108亿/g。
2.2营养成分对比国际先进”。
这样的专家鉴。
319页)的快速化学表征[J].天然产物研究与开发,2014,26:1233-1239.王金凤,魏颖,等.超高效液相色谱串联质谱法检测葛花中异黄酮[J].2014,36(10):2125-2127.池玉梅,李瑶,等.超高效液相色谱-四极杆串联飞行时间质谱分析黄酮类化合物及小毛茛茎叶的成分[J].色谱,2013,31(9):838-844.黄玉婵,等.UPLC-MS-MS 同时测定双黄连粉针中7种活性成分实验方剂学杂志,2014,20(13):80-84.顾瑶华,巢为农.UPLC-MS/MS 测定五昧消炎灵含片中5种成分的含量306页)修补养护费用,开普封层的性价比更为突出。
开普封层道路在后期改造升级时,原路面可直接作为防水粘结层和应力吸收层使用,在道路有后期改造升级的需要时,采用本设计方案更显优越。
结束语开普封层可抑制裂缝,能提供比贯入式和表处更为平整的路面且耐久度和使用寿命明显高于前者,对于裂缝比较严重的路面采用下承层为橡胶沥青碎石封层的开普封层可以很好地抑制裂缝的反裂缝较轻微的路面采用下承层为改性乳化沥青碎石封层的开普封层可以显著的提高路用性能和使用寿命,比起单纯的碎石封层开普封层避免了集料的流失,又降低了噪音。
固态发酵技术在饲料资源开发上的研究与应用
１８ 年美 国食 品药物治理局（Ｄ ） ９９ Ｆ Ａ 和 的结构性碳水化合物 ，将 淀粉和纤维 发应用上 已有 不少的研究与报道 ，但 美 国饲料公定协会 （ Ｆ Ｏ 公告 了４ 素降解为酵母能利用 的单 糖 、双糖等 是仍存在不少的问题 ，主要表 现在 ： ＡＡ Ｃ ） ３
种 “ 直接饲喂且通常 以为是平安 的 简单糖类物质 ，使酵母得 以 良好地生 可 微生物（ｅ ｅａｌ Ｒ ｃｇ ｉ ｄａ ａｅ Ｇ ｎｒｌ ｅｏｎｚ ｓＳｆ， ｙ ｅ
了保 障 。
利用 微 生 物发 酵 法 进行 棉 籽 饼 粕脱
６ ６・ 《 当代水产》２ １年 ７ ０ １ 月
表１ 。
菌 、酵 母 菌和 乳 酸 菌 的组 合发 酵 ， 这是由于木霉 、黑 曲霉等 霉菌分解淀
４ 总 结
尽管 固态 发酵技术在饲料资 源开
２发酵菌种
粉 、纤维素 的能力强 ，可 降解 饲料 中
在 无或几乎无游 离水 的湿 固体材料上
培养微生物 的工艺过程。通常是指在 无或 几 乎 无 自由水 存在 下 ，在 有 一
定 湿度 的水 不溶 性 固态基 质 中 ，用
料 原料供 应相对不足 的矛 盾 ，为饲料 加 ，蛋 白组成结构优 化 ，原料 营养价 产 品的健康 、稳定 、可持续 发展 提供 值 明显提 高。
固态 发 酵 技 术在 饲 料 资 源 开发 上 的研究与应 用
■文／ 武汉工 业学院 动物科学与营养工程学院 张 恒 刘立鹤 武汉工 业学 院 动物营养 与饲料科学湖北省重点实验 室 贺国龙
一
发 酵 技 术 的 应 用 有 着 悠 久 的历 史 ，早在 公元前３ ０ 多年 古埃及 人修 ００
环 ，在地球物 质循环 ，特别是碳循环
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食品与发酵工 业 F ood and Fermentation Industries V ol 29 N o 6
综 响,碳氮比不当, 会影响菌体吸收营养的平
述 衡。氮源过多, 菌体生长过于旺盛, 不利于某
与 些代谢 产物的积 累; 氮源 不足, 菌体繁殖 缓
专 慢; 碳源物质缺乏, 菌体容易衰老和自溶。在
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。降低品温的方法除了加大通 气和喷淋无菌 水外, 适 当翻曲也 是必要 的。 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。 25 湿 度
综 防止杂菌污染, 恒温水浴控制温度, 恒温冷水
述 喷雾冷却旋转鼓, 发酵时温度波动小, 机械化
与 程度高。通过实验比较了静置式与搅拌式对
专 大豆根霉发酵效果的影响, 结果表明, 该发酵
麻烦。 3 3 转鼓式发酵器[ 8]
转鼓式反应器适合固态发酵的特点, 可
满足充足的通风和温度控制, 因而对它的研 究也 较多。H ardrin( 2000) 等根据微生 物生 长产热量最高峰时的热量产生与去除效果的
比率, 利用无因次设计因数 ( DDF ) 来研究设 计转鼓式发酵器( RDB) , 它能够预测给定条 件下反应床中能达到的最大温度值, 得出发 酵期间最大耐受温度, 并结合操作变数作出 相应的控制措施, 该方法提出了利用几何相
器, 如浅盘式发酵器, 流动床反应器及填充床 反应器等, 或通过构建系统热量去除方法用 于其 他特 殊类 型的 生物 反 应器 放大 设 计。
Han( 1999) 等设计的该反 应器配有搅拌 轴,
料气进出口及接种口等, 培养基灭菌、接种、 通气培养和干燥可在发酵器内进行, 可有效
89
食品与发酵工 业 F ood and Fermentation Industries V ol 29 N o 6
3 固态发酵设备
固态通风发酵设备是好氧固态发酵技术 中的关键设备, 国内在这方面主要还是以传 统的开放式居多, 部分厂家研制的固态发酵 反应器性能虽有所提高, 易实现机械化操作 和部分参数自动控制, 但反应器体积小, 不适 合于现代酿造技术向规模化、高效及实现产 品高质量的方向发展, 而且设备投资大, 生产 成本相对较高, 对工艺参数未进行最优化设 计。近几年来, 随着固态发酵过程数学模型 化的不断建立和完善, 如 Sangsurasak( 1995) 等建立的重要的热和质量传递、菌体生长等 动力学模型, 为固态发酵反应器的设计放大 提供了理论基 础[ 7] ; 同时, 国外 也在对用 于 大规模固态发酵培养系统进行不断的研究。 3 1 浅盘发酵器
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。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。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
88
检测和控制 pH 。但培养基中氮源对 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。 2 3 气态环境和氧气传递
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
题 评 论
不同的固态发酵工艺中, 最适碳氮比在 1 10 ~ 100 范围内变化。因而在 固态发酵中, 要
通过实验确定最佳的营养物组成。此外碳源
和氮源的可利用性以及氮源的品质, 对固态
发酵也是至 关重要的。如在酶 制剂的生 产
中, 保持总含氮量不变, 而只改变氮源, 其蛋 白酶活力就有可能发生很大变化。在固态发
第一作者: 博士, 高级工程师。 * 江苏省教育厅资助项目( N o. 02KJD 180002)
收稿时间: 2003- 03- 24
2 固态发酵工艺条件的控制
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。 2 1 物料的营养成分及粒度
1 固态发酵技术
固态发酵( solid st at e fermentat ion) 是指 利用自然底物做碳源及能源, 或利用惰性底 物做固体支持物, 其体系无水或接近于无水 的任何发酵过程[ 1] 。与其他培养方式相比, 固态发酵具有如下优点: ( 1) 培养基简单且来 源广泛, 多为便宜的天然基质或工业生产的 下脚料; ( 2) 投资少, 能耗低, 技术较简单; ( 3) 产物的产率较高; ( 4) 基质含水量低, 可大大 减少生物反应器的体积, 不需要废水处理, 环 境污染较少, 后处理加工方便; ( 5) 发酵过程 一般不需要严格的无菌操作; ( 6) 通气一般可 由气体扩散或间歇通风完成, 不需要连续通 风, 空气一般也不需严格的无菌空气。同时, 随着微生物基因遗传技术的应用、优良菌株 的发现和筛选, 以及生产工艺等方面的改进, 固态发酵技术也得到了进一步发展[ 3~ 5] 。
氧气消耗问题, 因而对此类生物反应器进行 与
设计时应考虑强制通风, 避免这类问题的产 专
生。虽然浅盘反应器操作简便, 产率较高, 产 品均匀, 但因体积过大, 耗费劳动力大, 无法
题 评 论
进行机械化操作, 不适宜在工业生产中应用。
3 2 箱式发酵装置
固定箱式发酵装置被国内多数酿造厂采
用, 这种发酵装置结构简单, 造价低, 翻料可 用专用设备, 实现机械化翻料, 但该装置占地 面积大, 出入 料难以实 现机械化, 劳动 强度 大。敞开式装置保温保湿困难, 劳动条件恶 劣。将加盖方式变成密封式虽然改善了发酵 条件, 易于控温控湿, 但移动密封盖需要在车 间内装设专用吊车, 投资偏大, 监测、操作较
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; ( 4) 采用低含水量的物料, 中间补 水。 24 温 度
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
要使菌体大量繁殖, 并获得所需的代谢 产物, 就必须给菌体提供足量的营养成分, 以 使菌体生长和产 物形成的潜力 得到充 分发 挥。固态发酵的原料可分为 2 部分: 一是供 给养分的营养料, 如麸皮、豆粕、无机盐等; 二 是促进通风的填充料, 如稻壳、玉米皮、花生 皮等。所用原料, 特别是营养料, 一定要选用 优质的, 不能霉烂和变质。此外要特别注意 营养物的配比。培养基中碳和氮的比例( C/ N) 对微生物的生长和产物形成 常有很大影
这是比较常用的一种固态发酵设备, 对 传统的浅盘发酵进行了简单的改进, 培养基 经灭菌冷却后装入浅盘, 通过空气增湿器调 节空间的温湿度, 可通入经过滤的无菌空气, 满足菌体生长对氧的需求, 浅盘发酵中由于
存在对流空气, 散热效果不理想, 发酵物料的 综
厚度有一定限制; 另外, 浅盘发酵中还涉及到 述
似性原则进行反应器设 计, 放大时考虑的 3 个策略: 第 1 维持通过 RDB 的空气表面流速
恒定; 第 2 维持反应器单位体积内空气体积
比率恒定; 第 3 反应器放大时调节空气气流 速度以维持发酵期间反应床中到达的最高温 度恒定。另外, 运用 DDF 方法进行反应器放 大设计也可适用 于其他固态发 酵生物 反应
第 29 卷 第 6 期 黄达明等 : 固态发酵技术及其设备的研究进展
固态发酵技术及其设备的研究进展*
综
述
黄达明 吴其究所, 镇江, 212013)
题
评