固态发酵原理及其应用.pdf

固态发酵原理及其应用 第一节 概述 固态发酵起源于中国，具有几千年的历史。近年来，由于固态发酵具有节水、节能的独 特优势，属于清洁生产技术、逐步得到世界各国的重视。因此，本书从全新角度和从发展的 观点来讨论固态发酵，以期使人们重新认识固态发酵。本着继承、发展和创新的观点，不仅 对固态发酵基础理论进行分析，而且从固态发酵的典型应用过程上来说明。 一、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。液态发酵主要有表面发酵和深层发酵 而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(so1id substrates fermentation)。按照这样的理解，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。而对于固态发酵来讲， 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。 由于人们对于固态发酵传统的认识是从固体基质开始，它既是微生物生长代谢的碳源能源， 又是微生物生长的微环境，上述对于固态发酵的定义难以反映出固态发酵的科学内涵。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．以及液态 发酵本质的区别（图1.1）。 二、固态发酵的特点 固态发酵是气体作为生物反应过程中的O 、CO 、热量、营养和产物的传递介质，表现 2 2 为 O 、CO 扩散比较容易，热量传递困难，存在明显的营养梯度，并且无大量有机废水产 2 2 生。 三、固态发酵与液态发酵比较分析 固态发酵与液态发酵本质区别是以气相还是以波相为连续相的差异，具体表现是固体 发酵基质中游离水的多少。固态发酵中微生物生长在缺乏或几乎缺乏不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。与固态发酵相反，典型的深 层液体发酵的发酵液中台有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，尽管这种技术已经经过了较长期的使用和研究，但是，它仍然存在着许多 难以克服的缺点，需要采用新的技术加以解决。 表 1.1 固态发酵与液态发酵的比较 续表1.1 第二节 固态发酵的分类 一、传统固态发酵与现代固态发酵 虽然固态发酵与液态发酵相比，具有它独特的优势，但也存在着许多不足。特别是传 统固态发酵是发酵工业中古老而又落后工艺的代名词。甚至，在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．随着科学 技术发展和可持续发展的影响，国内外逐步重视对固态发酵的研究开发，已取得了很大进展。 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。 表1.2 现代固态发酵与传统固态发酵 二、固态发酵的形式 1，按微生物的情况和形成的产品条件不同分类