|
|
【交流】固体发酵专题（欢迎各位战友热烈参与讨论）
说起发酵，人们首先想到的肯定是深层发酵。虽然深层发酵是目前发酵工程的主体，但固体发酵在中国的传统酿造业中也有着不可替代的地位。固体发酵具有操作简便、能耗低、发酵过程容易控制、对无菌要求相对较低、不易发生大面积的污染等优点，更重要的是，真菌在静态的环境中生长得更好，次生代谢物积累的效率更高。这说明固体发酵技术具有很大的发展潜力。然而固体发酵的缺点也是显而易见的，主要体现为产能太低，现有的技术条件不利于大规模的工业化生产。虽然现在也有一些固体发酵设备，但和深层发酵相比，亦是望尘莫及。固体发酵的技术水平依旧停留在家庭作坊式的生产水平上。
一些粗浅的看法，权当引玉之言。恳请各位战友就固体发酵的前景与设想、发酵技术的改进与进展、自己的操作经验与心得等方面踊跃参与讨论。
支持，置顶一周！
我来参与讨论！
固体发酵有许多液体发酵无所比拟的优势，如为非均相系统，有利于特定培养物的自组织行为；液固相接触比表面积大，一般无液体发酵所面临的高密度培养时溶氧水平不足。但固体发酵往往在工程放大中面临热量积累导致温度失控问题。
当前生物农药固体发酵技术是其中的一个热点。针对液体深层发酵中存在的弊端，经过多年的研究开发，生物农药固体发酵发酵工艺和设备已逐步从浅盘发酵向固体深层发酵发展；设备已由传统的盘式半开放式发酵发展成为全封闭、全自动固体发酵设备，生产实现计算机在线控制，生产规模可从几百吨的小规模发展到几万吨，甚至几十万吨的超大规模，从而解决了一直限制固体发酵生产生物农药向大规模和超大规模发展的瓶颈问题。由于发酵工艺和设备的改进、菌种的不断选育，产品毒力效价显著提高，形成了系统成熟的固体发酵生产微生物农药技术，并已在大规模工业生产中逐步应用。
同时生物农药固体发酵采用的原料成本低；发酵过程不易大面积污染，发酵环境要求低，甚至可以是半开放式发酵，因此投资较少；发酵产物为固体，直接烘干、粉碎后即可成为产品，生产过程中有效成份流失极少，产品中不需要再加大量的助剂，产品易于运输储存；生产过程中几乎没有废水排放，不需要进行污水处理。我认为该方法还是有前途的。
另外提供一篇文章：固体发酵法的技术改进，我想这也是固体发酵领域的一大改进吧！
固体发酵法的技术改进.CAJ (112.97k)
固体培养法 将微生物接种在固体培养基表面生长繁殖的方法，称固体培养法。它是表面培养的一种。广泛用于培养好气性微生物。例如，用于微生物形态观察或保藏的琼脂斜面培养，用于平板分离或活细胞计数的平板培养，都属于固体表面培养法。用该方法配氧微生物时，有下列特点：
第一，细胞多半是重叠地生长繁殖，因此，直接与培养基相接触的细胞在此细胞上再长出的细胞会有所不同；
第二，从摄取营养的角度看，在上面生长的细胞是通过贴近细胞之间的孔隙来获得营养的；
第三，从供氧方面来说，从外到内逐渐形成一个缺氧的环境。
因此，可以认为每个细胞之间的生长环境未必相同。为提高培养效率，采用增大表面积的办法。实验室内一般采用试管斜面、培养皿、三角瓶、克氏瓶等培养，工厂大多采用曲盘、帘子以及通风制曲池等，特别是在霉菌的培养中，目前仍采用固体培养法制曲。由于选取农副产品如麸皮等作原料，价格低廉，其颗粒表面积大，疏松通气，原料易大量获得，因此，酿酒行业用得很普遍。但是，由于大规模表面培养技术仍有很多困难，在发酵生产上，能用液体表面培养的，大多采用液体深层培养法来代替。
固体发酵法目前主要用在传统的发酵工业中。例如：酱油的生产，从菌种培养到制曲，再到发酵都采用固体法。发酵条件相对比较开放，工艺简单，设备要求简单，成本相对比较低。虽然最近有的厂家也采用深层液体发酵，但在口味上明显与固体发酵无法比拟。又如在食醋的生产上有的厂家采用前液后固，目的在于提高食醋的风味。
固体发酵定义：
固态发酵是指没有或几乎没有自由水存在下，在有一定湿度的水下溶性固态基质中，用一种或多种微生物的一个生物反应过程。从生物反应过程中的本质考虑，固态发酵是以气相为连续相的生物反应过程。固态发酵具有节水、节能的独特优势，属于清洁生产技术，现已逐步得到世界各国的重视 。
顺便说一句：固体发酵的致命弱点是不利于大规模的工业化生产，若能解决这个问题，我想固体发酵一定会迅速发展起来。
根据自己的肤浅了解，国内科学院过程所的陈洪章老师，山东大学的高培基老师在纤维素的固态发酵上都做了很多工作，大家可以找找他们的文章，应该有所帮助。
ps：不是做广告，遗憾自己不是二位的学生。
饲用酶制剂，主要有固体发酵和液体发酵两种生产工艺。
与液体发酵相比，固体发酵具有如下缺点：
1.生产工艺主要限于耐低水活性的菌中；
2.微生物生长速度较慢，产物有限；
3.大规模操作时，产生的代谢热较难散去；
4.生化反应器的设计还不完善，传统的发酵方式易感染杂菌。
但是，固体发酵具有许多液体发酵所不具备的优点，主要表现为：
1.培养基简单，多为便宜的天然基质；
2.基质的低含水量可大大减少生化反应器的体积，不需要废水处理，较少污染环境，常不需要严格的无菌操作，后处理加工方便；
3.不一定连续通风，一般可由间歇通风或气体扩散完成；
4.产物的产率较高；
5.设备简单，投资小，能耗低。
再讲一点固体发酵的优点：
①原料：以谷物和农业废物为主要原料，只需外加适量水分、无机盐等。培养基组成简单。
②防止污染：利用霉菌能在水分较低的基质表面进行增殖的特性，在这种条件下，细菌生长不好，因此不易引起细菌污染。
③通气：无论浅盘或深层固体通风制曲，可以在曲房周围使用循环的冷却增湿的无菌空气来控制温湿度，并且能根据菌种在不同生理时期的需要，灵活加以调节。在固体培养中，氧气是由基质粒子间空隙的空气直接供给微生物，比液体培养时的用通气搅拌供给氧气节能。
以上所述基本上都是一些理论上的东西，不知各位有没有一些可以借鉴或交流的经验。比如，相对湿度怎么控制、通风量对生长的影响、如何平衡通风和保湿这一矛盾等等。
我做的是微生物转化三七，用固体培养就是比摇瓶培养的产物多，控制好通风及料水比，效果不错
固体发酵我们实验室也做过一些，是专注于做应用生产，倒是没有什么文章出来。
早年做的当然是酱油、醋、酒之类的酿造领域。
后来做的比较杂，包括饲用复合酶制剂、肥料用发酵剂、芽孢杆菌等。涉及到的微生物包括黑曲霉、土曲霉、木霉、扣囊拟内孢霉、几种芽孢杆菌等。
培养方式用过浅盘和通风曲池。
用我们工艺的工厂最大生产能力也只有2吨/天，但是如上面战友所讲，建厂成本比较低，原料主要为麸皮、稻草、谷壳等，没有什么废弃物排放。但是除此之外，固体发酵还有优点：比如我们做黑曲霉的木聚糖酶的发酵，固体发酵的酶活轻轻松松做到液体发酵的10倍以上。因为在液体培养基里菌丝很难分化，而酶蛋白的分泌在菌丝分化的时候达到最大值。
个人在做生产中的体会还是物料水分、空气湿度、通风以及消毒等的控制比较关键，升温一般通过暖气片加热，降温就是大功率的风机往外抽风，只能通过人工控制在一个温度范围。而最好用的消毒剂还是漂白粉。
实验室用的国产小型固体发酵罐也接触过，总体感觉不太实用，设计不是很合理，不是把物料吹干了，就是转来转去剩下几个硬坨坨。听说国内最大的复合酶制剂厂——溢多利现在用上了自动的固体发酵系统，很想一见，有机会要去看看。
N年以前做过3年的固体发酵，认为工艺不是问题，问题的关键在于产品的附加值太低，也就是饲料，酶制剂和调味品一类，白僵菌一类的就是高附加值的产品了，如果没有好的产品，也就是只能在乡镇推广。
关于圆盘制曲机：大约在10年前，我做过固体发酵，还曾经到日本考察过相关设备，这个东西是德国人的发明，后来小日本学了过去，用于调味品的生产，改造得还不错，我认为比目前国内的转筒式固体发酵器要好一些，但生产企业一次性投入太大，1990年前，北京和上海曾经进口过两台，主要用于调味品的生产，后来国内有仿制的产品，但精度要差很多，据日本厂家说，直径5米的圆盘，其水平度的误差可以调节到0.1～0.2ｍｍ，该设备基本上是一个正六角或八角的柱型结构，里面是圆盘，从下部往上通风，有原地旋转的搅拌，圆盘本身是可以旋转的，另有刮料板可以出料或刮平，如果解决了空气过滤问题和灭菌问题，我认为是大规模生产的好设备。
圆盘制曲机的图片见附图，是国产的设备，我认为固体发酵是个起点低的发酵技术，灭菌问题可以用造纸设备中的蒸球，空气过滤是个问题，主要是大流量空气的处理方法，另外，固体发酵虽然也存在传质、传热方面的缺陷，但补料技术也是必不可少的，我曾经在三角瓶中进行过补料，要注意扣瓶，混匀。另外，我还曾经利用将立式蒸汽灭菌器改造为固体发酵的扩大小试的设备，就是将直径400mm，深600mm的立式蒸汽灭菌器，中间加一个不锈钢滤网或滤板，周围用胶垫密封，可以随立式蒸汽灭菌器一起灭菌，从底部排冷凝水的地方，反向通以经过滤除菌的压缩空气，可以通过无菌水鼓泡以改善空气湿度，可以进行补料和混匀，在实验室内利用该设备可以进行1kg水平的发酵，水平和日本的小型设备相当，如果各位做附加值高的产品，实验室的三角瓶的规模又太小的话，这是个不错的选择，本来自己想把这个东西写篇文章的，但后来自己不做固体发酵了，因此罢了，今天拿出来和大家分享。
screen.width-333)this.width=screen.width-333" width=512 height=384 title="Click to view full shenqi.jpg (512 X 384)" border=0 align=absmiddle>
一、固体发酵的一般形态
(一)固体含水量和水活度
固体发酵涉及微生物在完全没有或几乎没有游离态水的固形物质上的生长和代谢。如果水分含量在12%以下，则一切生命活动将停止，因此12％含水量是固体发酵的下限。微生物本身并不能直接感觉出基质中的含水量，而只能对可供其利用的水分量产生反应。因此，固体发酵中影响微生物生长的实际因素不是含水量，而是可用水的份量，即水活度aw。
细菌和多数酵母的生长、繁殖和移动需要有游离水的存在，因而需要较高的“w值，一般含水量要求在50％一70％。在工业固态发酵中，某些丝状真菌和少数酵母可以在较低水活度(o．6一o．7)下明显生长。一般来说，只有那些能耐受低dw，并能在低“w值下生长繁殖的微生物，才能用于工业化固体发酵工艺。
(二)固体发酵真田及其生长
用于固体发酵的微生物多数是丝状真菌。固体发酵基质中使用的多为天然材料，如款皮、秸秆、谷物等，它们具有多孔的复杂表面，因而微生物生长的方向和速度就由营养物的可用性和基质的立体形状来决定。一般来说，固体发酵的生长速率要比液体发酵中低得多。
(三)固体发酵中的传质
在固体发酵中，基质和微生物之间具相对不动性，其物质传递往往是限制微生物的生长和产物形成的主要因素。固体发酵中传质分两种基本类型，即颗粒问传质和颗粒内传质。固态发酵的颗粒间传质主要是指氧从固相的空隙部分向生长着的微生物的转移。氧的颗粒问传递可由混合和通气来实现。通气方式有两种：一种为连续混合和通气；另一种为间歇混合和通气.颗粒内传质则是指营养物质和酶在基质内的转移。这包括营养物质(包括氧)在基质一真菌颗粒内的扩散和酶对固体基质的降解两部分。采用适当的基质预处理，往往可以加速颗粒内传质作用，从而促进微生物的生长和代谢。
二、固体发酵中微生物生长代谢的调节和控制
在固体培养物中，真菌的生长和代谢遵循与液体发酵相同的生长规律。然而，由于固体发酵的持殊性，其实际控制要困难得多，控制的因素也不尽相同。固体发酵的主要控制条件有：混合与通风，发酵器中的气体组成，基质的比表面积，营养物，pH，温度，湿度和含水量等。
(一)气态环境和通气搅拌
固体发酵的气体环境中，氧和二氧化碳的分压是影响微生物生长代谢和产物形成的重要因素。在通风培养时，改变新鲜风和循环风的比例可有效地影响空气的组成成分，从而调节其中氧和二氧化碳的分压。在固体培养中，影响氧传递的因素包括：微生物在固体表面生长形成苗膜；由于真菌生长基质变粘而结块，存在过多的水；使用了粉状或细粒状基质等。有多种方式可以增加空气的自由移动，从面增加氧传递的效果：使用多孔的、粗粉碎的或纤维状的基质‘采用较薄的
基质层；增加基质内字隙；使用带孔的培养盘；使用表面为金屑网的发酵容器；在发酵过程中不断摇动或搅拌基质，以及使用旋转式发酵器等。
(二)含水量和pH值
基质的含水量是决定固态发酵成功与否的关键之一。含水量可由基质的性质、产物的类型以及微生物的需要来决定。高的含水量可导致多孔性降低、氧扩散受限制，并增加细菌污染的机会。低含水量则使基质膨胀程度降低、水张力增高，从而使生长受抑制。冈此，应考虑选择适当的起始含水量。并在发酵过程中采用适当方式补充水的蒸发损失。
pH也是影响真菌生长代谢的关键因素之一，用于固体发酵的某些基质对州变化具有良好缓萨性，因而减少下对pH控制的需求。
(三)营养因素
营养因素常为真菌生长的限制性因素。在固体物质中，由于基质的有限扩散以及对真菌接触基质的限制，营养限制更趋严重。在固体发酵中，生长的营养调节的重要指标之一为碳氨比，最适碳氟比可在10一100的范围内变化。碳源和氟源的可利用性的碳氮比更为重要。在某些固体发酵工艺中．氨源的品质则是关键性的。
(四)传热和温度
在固体发酵中，由于学位体积内的基质浓度和菌体浓度远远高于液体深层发酵的相应值，其热量产生也远高于液体发酵。另外，固态发酵物的含水量低，热容量也低，传热也困难。因此*周体发酵的温度控制比液体发酵要困难得多，尤其在厚层大规模培养时更为严重。
团体发酵中的散热方法有许多种，包括向发酵器中大量通风，用浸水的粗麻布覆盖培养盒，将发酵器置于控温室或恒温水浴中，向发酵器夹层个通循环水等。其中，通风是最常用的方法。当发酵温度高时，可增加通风量以除去多余热量；当发酵温度低时，则可降低通风量，甚至暂时停止通风。
三、固体发酵工艺
与液体发酵相比、固体发酵具有很多优点．这是液体发酵所无法取代的
的缺点。克服和消除这些缺点，将决定固体发酵工艺的应用前景。固体发酵的优点：培养基简单，多为便宜的天然基质；基质的低含水量可大大降低生物反应器的体积，较少污染，常不需要无菌操作，后处理加工方便；通气可由气体扩较或间歇通气完成、而不一定连续通风；产物的产率较高；能源消耗量较低。固体发酵的缺点：工艺主要限于aw的丝状真菌；大规模操作时，控制适宜的发酵温度困难；难以准确地测定含水量、菊体员韧co：量等参数；生物反应器设汁还不允善；R前电固体发酵生产的产品种类较少；微生物生长速度较侵。
四。固体发酵及反应器
随着固体发酵工艺应用的广泛和深入，现在已出现了专门的反应器装置，根据固态发酵所用反应器的不同，可将这些发酵分为四大类型：无搅拌、无通风发酵，如青贮和堆肥；偶尔搅拌、无强制通风发酵，如盒曲、帘于曲、蘑菇料翻堆发酵和塔式反应器发酵等；缓慢连续搅拌、无强制通风的发酵，如转鼓式反应器发酵；偶尔搅拌或无搅拌、强制通风发酵，如厚层通风发酵。
各位有没有做固态发酵动力学的？希望多交流一下
请教大家一个问题，我正在做固体发酵，在实罐灭菌时，用蛇管加热时达不到灭菌温度，而使用蒸汽直接灭菌时又导致培养基湿度太大！如何解决？【我的罐比较大】
少加水，先夹层预热，减少升温过程的冷凝水，蒸气的夹带冷凝水的问题解决了吗？必要的时候灭菌后通以无菌空气后抽真空。
有没有做放线菌固体发酵成功的例子,介绍以下,谢谢
imscyn 的帖子有失偏颇，陈洪章教授主要专长在纤维质原料的预处理和综合利用，也是这一领域863首席科学家；高培基老先生在纤维素酶的基础理论和纤维素降解纤维素的机理方面在国内是权威；说到纤维素酶的固态发酵国内做的最好的还是江南大学（原无锡轻工大学）的章克昌教授，他曾打破国外权威学者纤维素酶固态发酵酶活力不可能突破300单位每克干曲的预言，在上世纪九十年代做到了600单位左右，但这几年年纪大了，在这方面没有深入，没有公开论文发表，所以大家不熟悉。发酵工程还是江南大学一直做的比较好，但这几年的优势不是那么明显。
楼上土豆博士说：
章克昌教授，他曾打破国外权威学者纤维素酶固态发酵酶活力不可能突破300单位每克干曲的预言，在上世纪九十年代做到了600单位左右，但这几年年纪大了，在这方面没有深入，没有公开论文发表，所以大家不熟悉。发酵工程还是江南大学一直做的比较好，但这几年的优势不是那么明显。
那要看您定义的酶活单位了，我在七年前毕业课题做的纤维素酶，当时的发酵酶活已经到了500－1000单位，而且纤维素酶的酶活测定方法并不能完全代表其降解纤维素的能力，我做的是用于牛仔裤水洗方面的，记得老师从别处弄来英国的产品，按照我们的检测方法他们的酶活（成品）很低，但是人家的水洗效果比我们的高很多。我之后没有再做过这方面工作，有做过的可以发表最新动态，大家了解一下。
关于固体发酵：目前用的比较多的行业还是传统的调味品，白酒，饲料用酶制剂，饲料用微生态制剂，主要还是这些行业的原料来源于农产品加工副产物（麸皮，棉粕、菜粕、胡麻粕等），成本低廉，固体发酵能够让这些低廉的原料转化为可供饲料中利用，且较高价值的产品，我认为在想当长时间里，这种技术还将存在，但是好像没有多少人愿意深入研究它。
我曾在一家生产饲料添加剂的工厂做过生产主管，那里的发酵水平属于比较低的层次，运用的是多种菌混合发酵的工艺，但是菌种在大池中遇到了很多问题，包括上面有人说过的水份，温度，杂菌生长等难题。总体的来讲发酵过程接近失败，温度40摄氏度-45摄氏度，料层水份过高，发酵池太长，面积过大，料层太厚，有的超过50cm，通风不畅。我也因为修改工艺参数被免职。
但是不得不承认他们的产品销路很好，这恐怕是任何一个做发酵的人都想不到的事情。
[blockquote]tdw911 wrote:
请教大家一个问题，我正在做固体发酵，在实罐灭菌时，用蛇管加热时达不到灭菌温度，而使用蒸汽直接灭菌时又导致培养基湿度太大！如何解决？【我的罐比较大】
[/blockquote]
通过投料实验摸索吧，没甚么好办法。我作过3吨的，球罐灭菌，就是根据实际的工厂操作条件摸索初期的加料水平，使灭菌之后的物料的水分达到要求。
我也正考虑为收集菌体而进行芽孢菌的固体发酵。对这一方面知道的比较少，想请教各位几个问题：（1）固体发酵原料灭菌的问题，因为我们这里用的一个固体发酵罐灭菌总是灭不好，结果杂菌多；（2）氧气供给，感觉供氧是个大问题，可能是设备的原因。要是有这方面设备的资料看看就好。呵呵，向你们学习
我想问一下 固体发酵的湿度怎么保持？
chengyan198259：我想问一下 固体发酵的湿度怎么保持？
个人浅见：固体发酵环境的相对湿度最好保持在80%~90%之间。冬天环境相对湿度本来大，几乎无必要进行保湿。夏天，环境相对湿度小，可以通过排风扇水帘加湿，最好加自动装置以便湿度的控制。
偶马上要做一些固体发酵实验，初步打算先进行浅盘固态发酵。不知哪位做过浅盘固态发酵的？请指点一二：具体实验器材？怎样能让菌种与物料混合均匀？
Wu9677 ：
那要看你做多大啊，可以用小发酵袋装好物料灭菌，然后在无菌环境下接菌，直接搓揉混合。然后再倒入固体发酵器。
如果有条件可以用搅拌器搅拌灭菌，然后向里加入菌种混合搅拌。
看来不少人做固体发酵,就我做的情况来看,固体发酵也不是说污染就比液体发酵少,首先还是要做好灭菌.我在实验室做固体发酵的时候被染菌过好多次.另外固体发酵中注意料水比,这样可以很好的传递水分和氧气.
固体发酵时候的固体培养基还需要处理好，应该根据不同目的进行前处理！
没想到，这里还有这么多搞固体发酵的！
看到大家说出的几个人的名字，感到亲切！这么 多年他们依然 在战斗，现在偶然寒暄 两句，竟不知已变成了863"专家"！
言归正传，固体发酵是一个世界性的难题，
1、纯种培养
2、放大问题
发酵工程的发展是因采用了纯种培养，其要求是足够的接种量、无菌的培养基（种子能长成优势也可以）。这样的条件对于大规模固体发酵较难实现。
接种曾试验过：液体、固体、孢子（国外好像有篇报道，气相接种），从大规模实现上，还是液体好，当然需要混合(接种)装置。物料传递（转移）会有些问题。大规模物料的灭菌问题也是制约放大的因素。至于放大过程的规律，传热、水分、传氧等 看到大家都讲了。当然设备设计也很有讲究。
另外，除了技术的因素，发酵过程的现实意义在于经济性，这个是我当年没体会到的。要不然你会觉得很茫然。现在因为不在学术界，看到那些朋友多少年如一日的还在做，很是感慨。当年在基金委评项目时，看到钱学森的信，说是他住的周围开始有垃圾的味道等等，让研究研究，当时不以为然，现在看来，很是觉得太不经事了，不成熟。其实做学问也应当与实际结合，只是有的远一点，有的近一点。
对于固态发酵的现实，目前大多还不是纯种培养，纯种培养的研究水平还很低，看到这么多人从事这领域，很是高兴，以后多交流。发酵的设备无法象深层发酵实现标准化，我们国家研究感觉和国外不同，大家跟着经费走，这么多年下来依然不系统，研究也缺乏手段，“专家、大项目”产生了不少，但实际的进展 。。。
我现在从事发酵中药、保健品的研究，主要是固体发酵，希望更多的人能考虑一下高附加值产品的生产过程。从经济的角度上讲，任何一个过程能够实际运行，经济上必须过关。当然，国家投资项目除外。
顺便说一句，高培基先生是位学者，尽管接触有限，但当年在中日酶工程 会的第一面，印象很深，他甚至还讲了，他有关女儿在南京读书，外语特好等等，能给我这晚辈讲这些很感动。 对不起，说多了。 |
|
|Archiver|手机版|小黑屋|发酵人社区发酵技术论坛，发酵产品，发酵工艺，发酵服务
( 沪ICP备16030267号 ) 
发表于 2011-2-27 20:43:44
发表于 2011-2-28 15:32:43