固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器的認(rèn)知與操作-固態(tài)發(fā)酵概述

固態(tài)發(fā)酵的分類(lèi)（1）固態(tài)發(fā)酵的分類(lèi)①依據(jù)固態(tài)發(fā)酵過(guò)程中是否能實(shí)現(xiàn)限定微生物純種培養(yǎng)，分為傳統(tǒng)固態(tài)發(fā)酵與現(xiàn)代固態(tài)發(fā)酵?，F(xiàn)代固態(tài)發(fā)酵是為了充分發(fā)揮固態(tài)發(fā)酵的優(yōu)勢(shì)，針對(duì)傳統(tǒng)固態(tài)發(fā)酵存在的問(wèn)題，使之適應(yīng)現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展而進(jìn)行的，可以實(shí)現(xiàn)限定微生物的純種大規(guī)模培養(yǎng)②固態(tài)發(fā)酵可以以許多不同的形式進(jìn)行，按照使用的微生物的情況和形成的產(chǎn)品條件不同，固態(tài)發(fā)酵可分為自然富集固態(tài)發(fā)酵、強(qiáng)化微生物混合固態(tài)發(fā)酵、限定微生物混合固態(tài)發(fā)酵和單菌固態(tài)純種發(fā)酵。固態(tài)發(fā)酵的內(nèi)涵（1）固態(tài)發(fā)酵的內(nèi)涵一般發(fā)酵工藝過(guò)程按照培養(yǎng)基物理性狀不同，將發(fā)酵方式分為兩大類(lèi)：固態(tài)發(fā)酵和液態(tài)發(fā)酵。液態(tài)發(fā)酵主要有表面發(fā)酵和深層發(fā)酵。而一切使用不溶性固體基質(zhì)來(lái)培養(yǎng)微生物的工藝過(guò)程，稱(chēng)之為固體基質(zhì)發(fā)酵。按照這樣的理解，既包括將固體懸浮在液體中的深層發(fā)酵，也包括在沒(méi)有（或幾乎沒(méi)有）游離水的濕固體材料上培養(yǎng)微生物的工藝過(guò)程。而對(duì)于固態(tài)發(fā)酵來(lái)講，是指沒(méi)有或幾乎沒(méi)有自由水存在下，在有一定濕度的水不溶性固態(tài)基質(zhì)中，用一種或多種微生物的一個(gè)生物反應(yīng)過(guò)程。由于人們對(duì)于固態(tài)發(fā)酵傳統(tǒng)的認(rèn)識(shí)是從固體基質(zhì)開(kāi)始的，它既是微生物生長(zhǎng)代謝的碳源能源，又是微生物生長(zhǎng)的微環(huán)境，上述對(duì)于固態(tài)發(fā)酵的定義難以反映出固態(tài)發(fā)酵的科學(xué)內(nèi)涵。從生物反應(yīng)過(guò)程的本質(zhì)考慮，固態(tài)發(fā)酵是以氣相為連續(xù)相的生物反應(yīng)過(guò)程，與此相反，液態(tài)發(fā)酵是以液相為連續(xù)相的生物反應(yīng)過(guò)程。從這個(gè)定義中可以充分認(rèn)識(shí)固態(tài)發(fā)酵的特點(diǎn)以及與液態(tài)發(fā)酵本質(zhì)的區(qū)別。固態(tài)發(fā)酵的特點(diǎn)（1）固態(tài)發(fā)酵的特點(diǎn)①固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)基中沒(méi)有游離水的流動(dòng)，水是培養(yǎng)基中較低的組分。培養(yǎng)基中水活度在0.99以下，適宜于水活度在0.93～0.98的微生物生長(zhǎng)，限制了應(yīng)用范圍，同時(shí)也限制了某些雜菌的生長(zhǎng)；②微生物從濕的固態(tài)基質(zhì)吸收營(yíng)養(yǎng)物，營(yíng)養(yǎng)物濃度存在梯度，發(fā)酵不均勻，菌體的生長(zhǎng)、對(duì)營(yíng)養(yǎng)物的吸收和代謝產(chǎn)物的分泌存在不均勻；③固態(tài)發(fā)酵中培養(yǎng)基提供的與氣體的接觸面積要比液體深層發(fā)酵中與氣泡的接觸面積大得多，供氧更充足，同時(shí)，空氣通過(guò)固體層得阻力較小，能量消耗低；④使用固體原料，在發(fā)酵過(guò)程中，糖化和發(fā)酵過(guò)程同時(shí)進(jìn)行，簡(jiǎn)化操作工序，節(jié)約能耗；⑤高底物濃度可以產(chǎn)生高的產(chǎn)物濃度；⑥由于產(chǎn)物濃度高，提取工藝簡(jiǎn)單可控，沒(méi)有大量有機(jī)廢液產(chǎn)生，但提取物含有底物成分；⑦生產(chǎn)機(jī)械化程度較低，缺乏在線傳感儀器，過(guò)程控制較困難。固態(tài)發(fā)酵發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用前景（1）固態(tài)發(fā)酵發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用前景固態(tài)發(fā)酵近幾年在有機(jī)酸、酒精、生物活性物質(zhì)、風(fēng)味物質(zhì)及其他類(lèi)化合物領(lǐng)域的研究得到迅速發(fā)展及應(yīng)用，但上述研究均處在實(shí)驗(yàn)室研究階段。固態(tài)發(fā)酵是解決當(dāng)前人類(lèi)所面臨的“三大”危機(jī)的一個(gè)有效手段。當(dāng)前，許多工農(nóng)業(yè)殘?jiān)?、城市生活垃圾已成為人們的社?huì)公害，對(duì)人類(lèi)的生存外境均產(chǎn)生不利的影響。隨著人們對(duì)固態(tài)發(fā)酵機(jī)理認(rèn)識(shí)個(gè)斷加深v現(xiàn)代固態(tài)發(fā)酵技術(shù)可以將這些材料進(jìn)行降解、修復(fù)、轉(zhuǎn)化為對(duì)人們有益或無(wú)害的物質(zhì)。既無(wú)損于既定自然生態(tài)系統(tǒng)．又可以成功解決環(huán)境問(wèn)題、減輕資源危機(jī)。固態(tài)發(fā)酵應(yīng)用具有巨大的潛能、但與液體發(fā)酵研究相比，固態(tài)發(fā)酵在傳質(zhì)、傳熱等方面缺乏有效的研究，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大規(guī)模的生產(chǎn)。其原因主要為：通風(fēng)散熱困難；易染茵；基質(zhì)利用率低；缺少固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器設(shè)計(jì)和放大的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)；缺少完善的傳質(zhì)、傳熱數(shù)學(xué)模型；檢測(cè)手段不完備等。固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器的類(lèi)型（1）固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器的類(lèi)型迄今為止已有許多類(lèi)型的固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器問(wèn)世（包括實(shí)驗(yàn)室、中試、工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模）。目前大約有九種不同形式的工業(yè)規(guī)模的固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器：轉(zhuǎn)鼓式、木盒式、加蓋盤(pán)式、垂直培養(yǎng)盒式、傾斜接種盒式、淺盤(pán)式、傳送帶式、圓