《固液发酵的异同》由会员分享，可在线阅读，更多相关《固液发酵的异同（15页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、发酵工程最优化控制课程论文题目：固态发酵与液态发酵的分析比较 指导老师：刘佩老师 专业班级：2010级葡萄酒一班 姓名：李洁 学号：20103199 日期：2013.06.22固态发酵与液态发酵的分析比较摘要：本文首先介绍了固态发酵与液态发酵的概念、分类、特点及在传统领域、资源环境领 域的主要应用，又对固态发酵技术在传统工艺和现代技术方面进行了综合的概述、详细的分 析及深入的讨论，接着又对固态发酵的工艺条件及主要控制因素展开讨论，同时对液态发酵 的培养基和主要工艺步骤的做出了详细的阐述，最后针对固态发酵与液态发酵的在不同工艺 条件及不同控制过程等方面的异同点进行了分析比较。关键词：固态发酵、液
2、态发酵、比较Comparative analysis of solid fermentation and liquidfermentationAbstract: This article first introduced the solid fermentation and the liquid ferment concept, classified, characteristic and in traditional domain, resources environment domain main application, also has carried on the comprehen
3、sive outline, the detailed analysis and the thorough discussion to the solid fermentation technology in the traditional process and the modern technology aspect, then the technological conditions and the primary control factor which ferments to the solid state launches the discussion, simultaneously
4、 culture medium and the main craft step which ferments to the liquid state has made the detailed elaboration, finally aimed at the solid state fermentation and the liquid state ferments in different aspect and so on technological conditions and different controlled process similarities and differenc
5、es spots carries on the analysis to compare.Keyword: Solid-state fermentation Liquid fermentation Comparison前言：发酵是人类较早接触的一种生物化学反应，如今在食品工业、生物和化学工业中均有 广泛应用。其也是生物工程的基本过程，即发酵工程。现代发酵的定义应该是：通过对微生 物（或动植物细胞）的进行大规模的生长培养，使之发生化学变化和生理变化，从而产生和 积累大量人们发酵所需要的代谢产物的过程。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
6、表面发酵和深层发酵。传统 上人们利用固态发酵生产面包、麦芽、酒曲、酒精饮料、酱油、豆豉、蘑菇等食品或生产 中间原料。近代研究发现利用固态发酵生产的一些食品中含有生理活性物质，表明了固态发酵在生产这些食品及食品添加剂上有优势。随着能源危机与环境问题的日益严重，固态发醛 技术以其特有的优点引起人们极大的兴趣。而液态发酵技术是现代生物技术之一，它是指在 生化反应器中，模仿自然界将在生育过程中所必需的糖类、有机和无机含有氮素的化合物、 无机盐等一些微量元素以及其它营养物质溶解在水中作为培养基，灭菌后接入菌种，通入无 菌空气并加以搅拌，提供食用菌菌体呼吸代谢所需要的氧气，并控制适宜的外界条件，进行 菌丝
7、大量培养繁殖的过程。一、固态发酵1. 固态发酵的概述：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。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。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
8、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。2. 固态发酵的特点：固态发酵是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，并且无大量有机废水 产生。2. 1优点：培养基单纯，例如谷物类、小麦麸、小麦草、大宗谷物或农产品等均可被使用，发酵 原料成本较经济。基质前处理较液态发酵少，例如简单加水使基质潮湿，或简单磨破
9、基质增加接触面积 即可，不需特殊机具，一般家庭即可进行步骤。因获得水分可减少杂菌污染，此种低灭菌步骤即可施行的发酵，适合低技术地区使用。能产生特殊产物，如红曲产生的红色色素是液态发酵的十倍，又例如曲霉菌在固态发 酵所产生的糖苷酶较液态发酵产生的酶更具耐热性。固态发酵相当于使用相当高的培养基，且能用较小的反应器进行发酵，单位体积的产 量较液体为高。下游的回收纯化过程及废弃物处理通常较简化或单纯，常是整个基质都被使用，如做 为饲料添加物则不需要回收及纯化，无废弃物的问题。2.2缺点：限于低湿状态下生长的微生物，故可能的流程及产物较受限，一般较适合于真菌。在较致密的环境下发酵，其代谢热的移除常造成问
10、题，尤其是大量生产时，常限制其大规 模的产能。固态下各项参数不易侦测，尤其是液态发酵的各种探针不适用于固态发酵，pH值、湿度、 基质浓度不易调控，生物量不易量测，每批次发酵条件不易一致，再现性差，质量不稳定。 不易以搅拌方式进行质量传递，因此发酵期间，物质的添加无法达到均匀，因此不易得到 高含量的产品。由于不易侦测，从发酵工程的观点来看，许多工作都只是在定性或观察性质，故不易设 计反应器，难以量化生产或设计合理化的发酵流程。固态发酵的培养时间较长，其产量及产能常低於液态发酵，发酵过程容易被杂菌污。 萃取的产物常因黏度高不易大量浓缩。3. 固态发酵的分类：3.1按微生物的情况和形成的产品条件不同
11、分类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。它不 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
12、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茵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。强化微生物混合固态发酵除应用于沼气发酵、白酒发酵作用外，在石油采收、 湿法冶金、食品发酵等领域同样显示其优势。人们在长期的科学研究和生产实践中却不断发 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。例如废物的处理，纤维索和本质素的降解，甲烷的产生和 利用等。自然界的微生物没有一种是单独存在的，单靠纯培养很难反映它们的真实活动情况。 因此，强化微生物混合固态发酵微生物资源具有非常广阔
13、的应用前景。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。人类对微生物的利用经 历过天然混合培养到纯种培养两个阶段，纯培养技术使得研究者摆脱了多种微生物共存的复 杂局面，能够不受干扰地对单一目的菌株进行研究，从而丰富了人们对微生物形态结构、生 理和遗传特性的认识。但是，在长期的实验和生产实践中，人们不断地发现很多重要生化过 程是单株微生物不能完成或只能微弱地进行的，必须依靠两种或多种微生物共同培养完成。 虽然微生物混合培养
14、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。这严 重地阻碍了混合菌培养的发展和应用。因此，如果从生理、代谢和遗传角度对混合茵间关系 和协同作用机制进行深入研究，对混合菌培养的理论和应用都将有巨大的突破。随着混合菌 培养在各方面应用研究的深入，人们不再满足于传统的反应模式，已开始引人一些新兴的生 物工程技术，使该领域的研究更具活力。采用固定
15、化细胞技术固定混合菌可使反应系统多次 使用，降低成本，增加效率，在实际应用中很有意义。利用细胞融合技术和基因工程技术由 具有互生或共生关系的微生物构建工程菌，可使工程菌既具有混合培养的功能，又拥有纯培 养菌株营养要求单一、生理代谢稳定、易于调控等优点，也是极有前景的研究方向。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。它对于扩大固态发酵的应用范围和潜力的发挥起到非常重要作用， 同时，也是固态发酵一个重要方向。3.2按固态发酵固相的性质分类根据固态发酵固相的性质，可以把固态发酵分为两种类型。一种是以农作物（如麸皮、 豆饼等）为底物的固态发
16、酵方式。这些底物既是固态发酵过程中的固相组成部分，又为微生 物生长提供营养，在这里可以称这种发酵为传统固态发酵方式（或固体底物基质固态发酵）。 另一种固态发酵方式是以惰性固态载体为固态发酵过程令的固相，微生物生长的营养是吸附 在载体上的培养液，称这种发酵方式为惰性载体吸附固态发酵。同体底物基质固态发酵利用的培养基是既充当固相，又为微生物生长提供营养的初级农 作物产物，如麸皮、马铃薯、谷子、豆饼以及其他含淀粉和纤维素的农作物产品。第二种固 态发酵采用的固体是惰性载体，这些载体可以是天然的，也可以是人工分成的。这些载体材 料有大麻、珍珠岩、聚氨酯泡沫体、蔗糖渣和聚苯乙烯等。固体底物基质固态发酵的一个主要的不足之处就是碳源是它们的结构组成部分，在微生 物发酵生长过程中，培养基被分解了，底物容易结块，孔隙率也降低，结果底物的外形和物 理特性都发生了变化，降低了发酵过程中的传质和传热。例如，麦片在
