第6章 生物反应器.ppt

2、乳酸发酵 同型乳酸发酵 异型乳酸发酵 仅产生乳酸。同型乳酸发酵菌主要有链球菌属、小球菌属和若干乳酸杆菌属 除产生乳酸外，还形成其它副产物。异型发酵菌主要有假丝酵母和若干乳酸杆菌属，其副产物因菌种而异，有的是乙醇和CO2，有的是乙酸和CO2 3、丙酸发酵 丙酸杆菌 丙酸梭菌 能利用葡萄糖和乳酸 只能利用乳酸 丙酸杆菌通过丙酸-琥珀酸途径形成丙酸 丙酸梭菌通过丙烯酸途径形成丙酸 二、厌氧发酵罐 酵母将糖转化为酒精，欲获得较高的转化率，除满足酵母生长和代谢的必要工艺条件，如pH、温度等外，还应考虑有利于发酵液的排出，设备清洗、维修以及设备制造安装方便等问题。 发酵过程不需要供氧，因此厌氧发酵罐与通风发酵罐相比结构简单。下面介绍几种常见的厌氧发酵罐。 酒精发酵罐 1、结构 罐体：筒体为圆柱形，高径比较小，约1.5~2.0 灌顶和罐底：碟形或圆锥 内部：冷却蛇管。对小罐：罐外喷淋冷却；大罐：喷淋与蛇管相结合。 灌顶：装有人孔、视镜、CO2回收管、进料管、接种管、压力表和测量仪表接口。 灌身：取样口和温度计接口。 灌底：排污和排料口，常合并。 图6-10 酒精发酵罐 1 冷却水入口；2 取样口；3 压力表；4 CO2出口；5 喷淋水入口；6料液及酒母入口；7 人孔；8冷却水出口；9 温度计；10 喷淋水收集槽；11 喷淋水出口；12 发酵液及污水排出口 为了减轻劳动强度，现代酒精发酵罐常在罐内安装水力洗涤装置。 水力洗涤器 水力喷射洗涤装置 图6-11 酒精发酵罐水力冲洗装置 水力洗涤器 水力喷射洗涤装置 是两头弯成一定弧度的洒水管。洒水管上均匀地分布有一定数量的小孔，两头的开口方向相反，借两头相反的喷水作用力使管自动旋转。洒水管为? 36×3 mm，开有?4×30个小孔，两头喷嘴口径为9 mm。 除有水平洒水管外，还有中央垂直喷水管(? 4~6 mm的小孔，孔与水平呈20度角 ) 缺点：水压不大，洗涤不彻底，尤其大罐，适用于小罐。 6.3 固体发酵 所谓固体发酵是指在湿含量低于90%或不含或很少自由水的固体或含固体颗粒培养基中的发酵。 传统的发酵食品、酿酒、制酱、高粱酒、腐乳等都采用固体发酵。但是近十来年，固体发酵又成为了许多产品的一种发酵形式，取得了空前的成果，已广泛应用于生物修复、有毒化合物的降解、农副产品残渣的脱毒、农作物的生物转化、生物制浆及许多生物活性产物的生产，如酶、生物碱、有机酸、生物杀虫剂、表面活性剂、生物燃料、香料等，目前已有300多种化合物已成功应用固体发酵来生产。 Biochemical Engineering Journal, 2003, vol.13, No. 2-3 一、固体发酵的特点 1、 优点 对许多生物活性产物而言，固体发酵的产率比液体深层发酵高； 固体发酵抗细菌污染能力强：一般细菌在这样低的湿度下难于生长； 发酵罐的装料系数比深层液体发酵大； 许多微生物在固体培养基中生长得更加良好，而且将分泌更多胞外酶和产物； 固体发酵可利用许多农副产品加工业的残渣为原料，从而降低生产成本； 从发酵培养基中提取产物所要的溶剂更加少； 发酵废物的处理更加简单，由于其湿含量低，可直接干燥作为动物饲料用。 2、缺点 物料搅拌困难，因此混合不均匀，导致过程控制困难； 因固体物料的传热性质差，导致热传递慢，导致温度难于控制； 微生物生长及其它发酵参数难于检测和控制； 因湿度低，霉菌及其他丝状真菌较易生长，而不太适合细菌生长，但Xerophiles例外； 影响发酵产率的因子目前不像液体发酵一样研究得比较透彻，发酵过程的控制往往依赖于经验和实验结果。 二、固体发酵的基本知识 由于固体发酵湿含量比较低，一般细菌难于生长，因此，一般选用丝状真菌、酵母。但目前已有少量细菌的固体发酵培养的报道，如枯草芽孢杆菌固体发酵生产枯草菌溶血素。丝状真菌中主要以藻状菌纲的毛霉Mucor和根霉Rhizopus、子囊菌Aspergillus 和Penicillium、担子菌白腐真菌为主。 1、合适菌株的筛选 影响固体发酵的因素主要有合适菌株的筛选、最适基质的确定和控制参数的优化。 2、合适基质的筛选 固体发酵中，基质不仅提供微生物生长的营养，而且还作为微生物细胞生长的载体。 固体基质的颗粒大小和湿含量是影响微生物生长和代谢的最主要的2个参数。通常颗粒越小，微生物生长的比表面积就越大，越有利于细胞的生长；但是颗粒太小，导致基质粘结，从而影响微生物的呼吸，最终抑制细胞的生长。随着菌体的生长，颗粒间的空隙将会越来越小。 固体发酵的基质主要是农作物及其加工残渣，农作物包括木薯、大豆、甜菜、土豆、高粱等；作物残渣有小麦、谷物的糠及杆，豆类、玉米和谷