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固体发酵条件和影响因素

发布时间:2019-11-28 浏览次数:次 字号:  【关闭】
1 基质
微生物要在基质上进行生长并产生代谢产物,必将受到底物本身的物理因素 (底物颗粒大小、形状、空隙率、纤维含量、黏度、颗粒之间扩散等 )和化学因素(聚合度 、疏水性、结晶度及电化学性质等)的影响。底物颗粒的尺寸及湿度或水活度在固态发酵中对微生物的生长与活性最重要。 底物颗粒的大小直接影响到单位体积反应表面积,也会影响颗粒间菌体生长、氧的供给率及二氧化碳的移出率等。小的底物颗粒可以提供较大微生物生长表面积 , 可以明显提高固态发酵反应速率 .被认为是理想的选择。但是,在许多情况下太小的颗粒容易造成底物结团 ,颗粒间空隙率也减小,导致阻力增大,对传热、传质产生不利的影 响 ,以致于妨碍微生物的呼吸或通气, 结果导致微生物不良生长;大颗粒由于存在较大间隙有利于提高传质和传热效率,还可提供更好的呼吸及通气条件,但提供较小的微生物生长表面积,降低了固体发酵效率。所以对于固体发酵过程,选择合适的颗粒是十分必要的。

2 水分和水活度
   底物含水量的变化对微生物的生长及代谢能力有重要影响. 低水分将降低 营养物质传输、微生物生长、酶稳定性和基质膨胀;高水分将导致颗粒结块、通气不畅和染菌。固态发酵程中水分含量范围应控制在30 %-85 %。不同微生物发酵,水分应该是不同的。
微生物能否在底物上生长取决于该基质的水活度。水活度除受基质本身的影响外,还与溶质的种类和数量有关。不同微生物水活度要求也不同。一般而言,细菌要求水活度0.90~0.99 之间;大多数酵母菌要求水活度在0.80~0.90; 真菌及少数酵母菌要求水活度在0.60 —0.70 。 在固态发酵过程中,由于基质的水解,物质的溶出,水活度降低,将延长微生物的滞后期,导致生物量减少。可以通过加无菌水、加湿空气和安装喷湿器等方法来提高水活度,以保证菌体正常生长。

3 pH
目前,世界范围内对于这方面的研究很少,但p H 值是影响发酵过程的重要因素,由于固态物料的含水量偏低 ,固态发酵中的p H 值检测手段难以应用。 一般认为,固体发酵过程中,由于物料良好的缓冲性,只要调节好初始pH 值 ,发酵过程中不必对其进行监测和控制。在实际过程中,菌体代谢会导致物料 pH 值发生较大变化。

温度
    温度是影响微生物生长的重要因素,直接关系到发酵过程的正常进行和最 终产品的生成。固态发酵中,微生物生长初期要达到一定的温度,才能保证其正常生长。微生物在生长过程中,会释放大量的生物热 ,尤其是在微生物的对数生长期,产热速度很快,菌丝体生长旺盛,造成物料大面积板结 ,加之固态发酵中没有自由流动相 ,导热性能差,单位距离上存在很大的温度梯度 ,有时高达3/cm,不利于微生物的生长和产酶,必须通过通风降温 、喷淋无菌水及翻曲等手段使热量及时散发 。

通风和搅 拌
     好氧发酵过程中对氧的需求及系统中传质、传热的需要,通风和搅拌操作有重 的影响. 空气速率增加可提供微生物生长所需氧气,又可以移除CO₂、挥发性代谢物和反应热,但很多因素影响氧的传输 ,如空气压力 、通气率、基质空隙、料层厚度、培养基水分、反应器几何特征及机械搅拌装置的转速等。气流强度可作为评判通风强弱的标准,通气质量也很重要 (特别是气体湿度,可改变水活度 )。合适的通风强度和质量可提高对温度的控制。由于基质的不均匀性,通风过程容易造成细胞代谢发生变化,需要通过搅拌来提高物料发酵、水分、温度和气态环境均一性。在选择基质时,应考虑基质特性,避免在搅拌过程中出现结块现象,但过分的翻动可能损伤菌丝体,抑制菌体生长。间歇搅拌较连续搅拌有较好效果,对菌丝体的生长及其在基质上附着更有利。
 


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