固体发酵综述及优点.ppt

第四章 固态发酵与酿造工艺设备 一、固态发酵概述 听完课后请回答下列问题： 1. 固态发酵与液态发酵有什么不同？ 各有何优缺点？ 2. 当前发酵工业主要使用的是液体发酵还是固体发酵？食品酿造业主要使用的是液体发酵还是固体发酵？ 1、固态发酵的内涵 一般发酵工艺过程按照培养基物理性状不同，将发酵方式分为两大类：固态发酵和液态发酵。 固体基质发酵和固态发酵 一切使用不溶性固体基质来培养微生物的工艺过程，称之为固体基质发酵(solid substrates fermentation)。 固体基质发酵，既包括将固体悬浮在液体中的深层发酵，也包括在没有(或几乎没有)游离水的湿固体材料上培养微生物的工艺过程。 固态发酵是指没有或几乎没有自由水存在下，在有一定湿度的水不溶性固态基质中，用一种或多种微生物的一个生物反应过程。 问题 固体基质发酵和固态发酵有何区别？ 从生物反应过程的本质考虑，固态发酵是以气相为连续相的生物反应过程，与此相反，液态发酵是以液相为连续相的生物反应过程。从这个定义中可以充分认识固态发酵的特点，以及与液态发酵本质的区别。 固态发酵与液态发酵比较分析 固态发酵中微生物生长在缺乏或几乎缺乏可见液体水的颗粒之间，在固态发酵系统中，微生物可以从湿的基质颗粒中获得所需的水分。 固体发酵基质的含水量可以有效控制在12％－80％之间，大多含水量在60％左右。而典型的深层液体发酵的发酵液中只有5％左右的溶质，至少有95％的水。当前发酵工业所使用的主要是深层液态发酵。 2、固态发酵的特点 基质：可被微生物降解或不被降解的多孔固体基质，气固表面积大（103-106m/cm2），有利于微生物生长。 微生物是在接近自然状态的情况下生长，可产生一些在液体培养基中不产生的酶或其它代谢产物，特别是对于许多丝状真菌来说。 固态发酵是以气体作为生物反应过程中的O2、CO2、热量、营养和产物的传递介质，表现为O2、CO2扩散比较容易，热量传递困难，存在明显的营养梯度。 由于是非均相反应，发酵参数的测定和控制比较困难，大多发酵过程依赖经验。 3、固态发酵的分类 3.1 传统固态发酵与现代固态发酵 固态发酵与液态发酵相比存在着许多不足，所以传统固态发酵曾经是古老而又落后工艺的代名词。甚至，在有的发酵工程或生化工程的教科书中，也很少提到固态发酵。 现代发酵技术的关键条件是纯种大规模集约化培养。因此，依据固态发酵过程中是否能实现限定微生物纯种培养，分为传统固态发酵与现代固态发酵。现代固态发酵是为了充分发挥固态发酵的优势，针对传统固态发酵存在的问题，使之适应现代生物技术的发展而进行的，可以实现限定微生物的纯种大规模培养。 3.2 固态发酵的形式 固态发酵可以以许多不同的形式进行，按照使用的微生物的情况和形成的产品条件不同，固态发酵可分为自然富集固态发酵、强化微生物混合固态发酵、限定微生物混合固态发酵和单菌固态纯种发酵。 自然富集固态发酵 自然富集固态发酵是指利用自然界中的微生物，由不断演替的微生物进行的富集混合发酵过程。典型的例子是传统酒曲和酱油、腌莱、烟草发酵、茶叶发酵、青贮、堆肥等。 自然富集固态发酵不需要人工接种微生物，其所需发酵的微生物主要依赖于当地空气和物料中的自然微生物区系，多种微生物演替成最适于生长代谢或共生协作的小生态环境。其微生物富集区系不仅与当地空气和物料中的自然微生物区系有关，而且与小生态环境自然变化密切相关。 强化微生物混合固态发酵 强化微生物混合固态发酵是指在自然富集固态发酵的基础上，根据人们部分掌握的微生物代谢机制，人为强化接种微生物菌系不明确的富集培养物或特定微生物培养物所进行的混合发酵过程，如沼气发酵、白酒发酵。 因为人们在长期的科学研究和生产实践中不断发现，不少生命活动及其效应是借助于两种以上的生物在同一环境中的共同作用下进行的，甚至是单独不能或只能微弱进行的，例如纤维素和本质素的降解。 限定微生物混合固态发酵 限定微生物混合固态发酵是在对微生物相互作用和群落认识的基础上，接种混合培养的微生物是已知和确定的，通常使用两种或两种以上经过分离纯化的微生物纯种，同时或先后接种同一灭过茵的培养基中，在无污染条件下进行的固态发酵过程。 局限：虽然微生物混合培养在很多领域中的作用已得到充分肯定，部分成果己成功应用于实践，但对大多混合菌体系中菌间相互关系和作用机制的研究尚不够深入。因此，目前对于具有协同作用关系的菌株筛选和组合还是一个随机过程的，缺乏有效的理论指导，而且对于已经应用的混合培养体系也不能有效地协调菌间的关系，使其达最佳生态水平，发挥最大效应。 单菌固态纯种发酵 单菌固态纯种发酵是在纯培养基础上建立起来的，对于选育良种、保持生理活性和代谢过程中的稳定起很大作用。 4、固态发酵反应器（