固态发酵技术与过程控制.ppt

,食品酿造机理与基本技术,酿造微生物培养技术,固态发酵技术与过程控制,食品酿造微生物生化机制,固态发酵技术及过程控制,主要内容,一、固态发酵及其分类二、固态发酵技术三、固态发酵过程控制,学习重点与要求：,了解：食品发酵工业常用的固体发酵技术及设备。理解掌握：固态发酵定义及分类；典型的固态发酵技术及其过程控制。,注意：微生物学、酿造学、发酵工程等学科间知识的灵活应用。,一、固态发酵及其分类,1.固态发酵定义固体基质发酵范围:固态发酵和固体悬浮物的液体深层发酵固态发酵:在没有或几乎没有自由水的存在而具有一定湿度的水不溶性固态基质中，利用一种或多种微生物的作用完成的一个生化反应过程。,葡萄酒发酵,黄酒发酵,金针菇固态发酵,白酒固态发酵,2.固态发酵分类,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单菌固态纯种微生物发酵,酱豆发酵,生香曲用于粱醅发酵,增香曲固态发酵,红曲米发酵,3.固态发酵的发展趋势和应用前景,现状:技术含量低,发酵方式落后,工业化大规模生产难以实现应用前景:克服自身特点,应用具有巨大潜力。,固态发酵被认为是可再生性资源综合利用最有希望的途径。,二、固态发酵技术,发酵技术可分为:静态密闭式固态发酵技术动态密闭式固态发酵技术吸附载体固态发酵技术气相双动态固态纯种发酵技术,1.混合固态发酵,(1)混合固态发酵依靠两种或多种微生物的共同作用来完成的固态发酵。(2)分类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,(3)工艺特点,实现“三少一多”获得“风味独特的产品”代替基因工程菌，完成多种代谢反应,（4）存在问题,混菌体系相互关系、作用机制等研究不够深入：生物工程技术引入：,固定化细胞技术固定混合菌,构建工程菌,2.静态密闭式固态发酵技术,发酵方式托盘式发酵填充床式发酵工艺控制温度控制水分控制,托盘式固态发酵反应器,富硒黑大蒜固态发酵,填充柱式固态反应器,微生物和基质填充在一个有玻璃夹套的罐内，底部不断的通入湿空气。,3.动态密闭式固态发酵技术,培养基处于间歇或连续的搅拌状态（1）发酵方式转鼓式搅拌式气固流化床式,固态搅拌式发酵罐,液态搅拌式发酵罐,2019/12/13,23,可编辑,流化床反应器,（2）搅拌的控制作用,方式间歇或连续作用提供反应器内部环境的一致性。有助于发酵过程中添加物的均匀分配。对固体基质有不同作用，可阻止或加速结块为颗粒空间提供新鲜空气。,4.吸附载体固态发酵技术,（1）定义以天然或人工合成的多孔性材料为固体基质作为微生物的载体，营养成分可以严格控制，发酵结束，只需将菌体和培养液挤压出来进行抽提，载体可重复使用。,（2）吸附载体固态发酵方式,吸附载体固态发酵,种子罐,接种管,无菌空气雾化器,风机,反应器,多孔吸附载体筒,盖门,排气口,吸附载体固态发酵的步骤,将多孔吸附载体容置在发酵容器内，并在多孔吸附载体上按固液体积比为.吸附可溶性培养基；在多孔吸附载体中接种发酵菌，发酵菌的重量为培养基的重量的；控制多孔载体内的温度，湿度，进行发酵；发酵结束后，进入分离纯化步骤。,吸水性：发酵过程中缓慢释放部分水，维持水分活度。（最大吸水率）耐受剪切力情况：承受搅拌过程的剪切力，保护菌丝体。耐热性：耐受灭菌时的蒸汽热。多孔结构：足够大的表面积，保证空气流通。,（3）载体的选择,(4)吸附载体固态发酵优点,提高了发酵环境的均匀性促进了氧的传递提供了相对静止的发酵环境,(5)应用前景,优点:利于发酵过程中微生物生理及动力学研究；助于固态发酵的过程控制；提高固态发酵效率。缺点自动化程度低，搅拌困难。,三、固态发酵过程的控制,发酵微生物的选择与培养基质原料的影响主要影响参数控制,1.发酵微生物的选择与培养,（1）适合固态发酵微生物细菌酵母菌丝状真菌,可溶性营养基质生长良好,霉菌,放线菌,固态营养基质中生长良好,固态碳源不可溶，故不宜固态发酵,丝状真菌具有穿透作用,固态发酵最佳微生物,（2）界面作用,营养物在界面上的富集界面分布微生物丝状微生物的生长细菌和酵母菌的生长,固相,气相,界面,-,-,-,-,+,+,+,+,蛋白质,多糖,营养物在界面上的富集,被微生物生长利用,霉菌和酵母菌,研究界面反应、生物反应机理是当今世界上研究固态发酵的主要趋势,丝状微生物的生长,2.固态发酵基质原料,种类农副产品、农副产品废弃物影响微生物生长的因素固态基质大分子结构：提供营养、惰性载体颗粒大小：小颗粒提供较大表面积，提供反应速率；大颗粒提供较大空隙利于传热传质。颗粒形状：影响比表面积和气体扩散。颗粒多孔性：空隙限制微生物的生长和酶的扩散。,3.主要影响参数控制,（1）湿度与水活度,W=（物料湿重-物料干重）/物料湿重,aw=p/pa,细菌,0.900.99,0.800.90,多数酵母,0.600.70,丝状真菌和少数酵母,（2）温度与热量,热量的传递,颗粒,O,O,O,O,O,颗粒,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,传热问题是固态发酵过程中的最大障碍！,蒸发散热和强制通风是固态发酵控温的主要措施！,（3）通气与传质,氧的传递途径：气体与固体颗粒间的传递颗粒内氧的传递氧气从气相主体到微生物的传递,搅拌和强制通风是固态发酵促进氧传递的主要手段！,（4）pH值,固态发酵系统pH值难以控制，常用物料加水混匀，用pH探头之间测定。