固体发酵如何避免污染? 急急急
发布网友
发布时间：2022-04-25 16:01
共1个回答
热心网友
时间：2022-07-08 15:19
固体发酵
广义：微生物生长于不溶于水的基质，且基质上含有不同量的自由水(free water)。 狭义：微生物生长在潮湿不溶于水的基质进行发酵，在固体发酵过程中不含任何自由水，随著微生物产出的自由水的增加，固体发酵范围延伸至黏稠发酵(slurry fermentation)以及固体颗粒悬浮发酵。
编辑本段优点
1. 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。 2. 基质前处理较液体发酵少，例如简单加水使基质潮湿，或简单磨破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。 3. 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。 4. 能产生特殊产物，如红麴产生的红色色素是液体发酵的十倍，又Aspergillus在固体发酵所产生的glucosidase较液体发酵产生的酵素更具耐热性。 5. 固体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。 6. 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。 7. 固体发酵可食品产生特殊风味，并提高营养价值，如天培可作为肉类的代用品，其胺基酸及脂肪酸易被人体消化吸收。
编辑本段缺点
1. 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。 2. 在较致密的环境下发酵，其代谢热的移除常造成问题，尤其是大量生产时，常*其大规模的产能。 3. 固态下各项参数不易侦测，尤其是液体发酵的各种探针不适用于固体发酵，pH值、湿度、基质浓度不易*，Biomass不易量测，每批次发酵条件不易一致，再现性差。 4. 不易以搅拌方式进行质量传递(masss transfer)，因此发酵期间，物质的添加无法达到均匀。 5. 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。 6. 固体发酵的培养时间较长，其产量及产能常低于液体发酵。 7. 萃取的产物常因黏度高不易大量浓缩。
编辑本段真菌进行固体发酵的优势
1. 能在较低含水分下生长(适水活性在0.7-0.93-0.98)，而细菌兴酵母菌的适水活性则大于0.99。 2. 细菌一般在低pH下就不易生长，而一般真菌能在低pH下也能生长良好。而固态培养基的pH很难*，故真菌的此项特点有利于固体发酵。 3. 固态基质常为大分子化合物，如淀粉、纤维素、半纤维素、果胶、木质素、蛋白质和脂质等，真菌常能分泌这类的胞外分解酵素而利用其周围的培养基质作为碳源及氮源。 4. 真菌若具有产孢特性，则易于存放及接种，人员不需要太多训练即能进行孢子接种工作。 5. 菌丝的生长模式优于单细胞的生长方式，菌丝顶端延伸并分枝产生新的菌丝端，能迅速覆盖固体基质表面而有效利用基质。 6. 菌丝有分隔者，能透过孔洞(septal pore)传送物质，遇危险则孔洞自动封住，以避免细胞质流失；若为无分隔者，其细胞质内物质的传送迅速而使菌落快速繁衍。 7. 菌丝的生长渗透到固体培养基的力量强，形成很高的机械压力，配合尖端分泌的水解酵素，使穿入固体基质容易。
编辑本段固体发酵法的技术改进
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。[1]
编辑本段应用
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。
编辑本段原生态固体发酵
真菌是固体发酵最普遍被使用的微生物，因其菌丝如同植物的根能在固态表面生长，并渗透到基质内，产生多样的胞外酵素能力，比起其他单细胞的细菌及酵母菌，更适合固体发酵的环境。
原生态固体发酵优越性
1、固态基质常为大分子化合物，如淀粉、纤维素、半纤维素、果胶、木质素、蛋白质和脂质等，真菌常能分泌这类的胞外分解酵素而利用其周围的培养基质作为碳源（单糖、双糖、低聚糖和多糖等碳水化合物）及氮源（如黄豆饼粉、花生饼粉、棉子饼粉、水解植物蛋白、蛋白胨、氨基酸、酵母粉、酵母膏、麦麸等）； 2、菌丝的生长模式优於单细胞的生长方式，菌丝顶端延伸并分枝产生新的菌丝端，能迅速覆盖固体基质表面而有效利用基质； 3、菌丝有分隔者，能透过孔洞(septal pore)传送物质，遇危险则孔洞自动封住，以避免细胞质流失；若为无分隔者，其细胞质内物质的传送迅速而使菌落快速繁衍； 4、菌丝的生长渗透到固体培养基的力量强，形成很高的机械压力，配合尖端分泌的水解酵素，使穿入固体基质容易； 5、选用的基质重金属、农残低，具有可控性； 6、活性成分种类多，含量高。
原生态固体发酵的局限性
1、生产周期长（120天~270天）； 2、占地面积较大，劳动强度较高，生产成本较高。[2]
编辑本段与液体发酵的比较
现有酶制剂产品的发酵方式主要有固体发酵与液体发酵两种，而一些市场销售人员及消费者对此有许多困惑和偏见，有人认为液体发酵的酶产品纯度高，染菌少，品质好；也有人认为固体发酵的产品酶谱广，使用效果好。其实两种发酵形式各有优劣。 首先，我们来了解一下什么是固体发酵。固体发酵是指没有或者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。 固体发酵所用原料一般为经济易得、富含营养物质的工农业副、废产品，如麸皮、薯粉、大豆饼粉、高粱、玉米粉等。固体发酵是以气相为连续相的生物反应过程。固体发酵一般采用开放式，所需设备简单，易于操作。一般过程为：原料经蒸煮灭菌等预加工后，制成含一定水分的固体物料，接入预先培养好的菌种，进行发酵。发酵成熟后适时出料，并进行适当处理，或进行产物的提取。效率相对较高，提取工艺简单可控。这种方法的缺点是：劳动强度大、不便于机械化操作。 液体发酵是以液相为连续相的生物反应过程。液体发酵整个生产过程中易于消毒灭菌和自动化操作。液体发酵比固体发酵过程要复杂，生产设备投资大。 液体发酵又包括通风发酵（液体深层发酵）和厌氧发酵。根据操作方法的差异又可以分为分批发酵、分批补料发酵和连续发酵。在此不再累述。值得一提的是，液体发酵起源于抗生素发酵，后发展到有机酸、氨基酸、酶制剂发酵。抗生素与有机酸对细菌有抑制作用，因此给人的印象是液体发酵不易受杂菌污染，产品质量好。其实不然，液体发酵必须注重包括对设备以及操作严格要求在内的每一个细节，否则极易发生杂菌污染。如酶制剂发酵生产，它的发酵产物是酶蛋白，不仅不能象抗生素那样抑制杂菌，而且还是杂菌的良好养料，它受杂菌污染威胁比固态发酵大一些，一旦发生污染往往整罐料就报废，运作风险大些。 两种发酵方式各有各的优缺点，不论哪一种发酵方式，都可以生产出固体酶与液体酶产品。固体发酵可以生产出固、液体酶产品，液体发酵也同样如此。产品的状态和使用哪种发酵方式没有必然联系。酶产品品质的优劣关键在于生产过程中每个细节每个步骤的严格控制，而并非在于发酵方式的区别上。康地恩在应用实践中，采用固液联合的先进生产工艺，完整的整合了这两种发酵方式的优点，生产出广酶谱、多酶系的复合酶产品，通过这种方式所生产出的酶产品无论是在酶谱广度上还是在产品的纯度上都有较强的优势，从而可以更好的为我们的饲料业服务，更有力度地推动饲料产业的整体提升，为广大用户创造更大的价值。[3]
产品适用于液*种固体发酵的生物制品。物料的灭菌、冷却、接种、发酵在同一工位完成，减少了染菌因素，能耗低，无污水排放，是一种最佳固态物料生物发酵设备。 主要特点： 1、落地式结构，个性化设计，结构紧凑，集中度高，方便使用。 2、罐体设计压力0.3MPa，短期灭菌压力≤0.13 MPa，发酵时的工作压力约为0.05～0.07 MPa，夹套传热控温，罐体内外表面抛光处理，抛光精度Ra≤0.4，罐体及管路在位灭菌，安全可靠。 3、设备配有多个发酵罐专用标准接口，如温度口、温控接口、接种口等，满足您对各种发酵参数的检测及控制。 4、采用交流电机机械搅拌，无级调速，转速：50～120rpm，采用发酵专用机械密封件，德国技术，安全可靠，减少泄漏和染菌的机率。 5、螺带式搅拌器，配合导流筒使用，使料液混合更均匀。 6、空气过滤系统采用先进的膜过滤技术，二级双重过滤，精度可达0.01μm，截留率达99.9999％，大大降低了染菌的机率。 7、采用符合微生物发酵要求的不锈钢抛光管路及阀门，表面抛光光处理。 8、基本控制参数包括：温度、湿度、转速、pH、压力等，控制方式分A、B、C、D四种，具体内容详见自动控制部分。
