发酵工程PPT课件：第十章-固态发酵原理与技术.ppt

1、2022-5-2512022-5-252第一节第一节 概述概述 第二节第二节 固态发酵过程的控制固态发酵过程的控制 第三节第三节 固态发酵技术固态发酵技术 主要内容：主要内容：2022-5-2532022-5-2542022-5-2552022-5-2562022-5-2572022-5-258醋生产车间醋生产车间2022-5-259酱油生产2022-5-2510传统汾酒酿酒车间传统汾酒酿酒车间2022-5-2511高青县城的山东扳倒井集团第九高青县城的山东扳倒井集团第九纯粮固态发酵酿酒生产车间纯粮固态发酵酿酒生产车间 2022-5-25122022-5-2513木质素酶固态发酵木质素酶固态发

2、酵2022-5-25142022-5-25152022-5-25162022-5-25172022-5-2518802022-5-25192022-5-25202022-5-25212022-5-25222022-5-25232022-5-25242022-5-2525塔柱式塔柱式2022-5-25261浅盘室；浅盘室；2水阀门；水阀门；3紫外灯管；紫外灯管；4，8，13空气阀空气阀门；门；5，11空气过滤器；空气过滤器；6排气口；排气口；7加湿器；加湿器；9加热器；加热器；10空气循环；空气循环；12进气口；进气口；14浅盘；浅盘；15浅盘架浅盘架 2022-5-25272022-5-252

3、81发酵罐；发酵罐；2空气调节阀空气调节阀门；门；3空气温度传空气温度传感器；感器；4湿度传感器；湿度传感器；5排气阀；排气阀；6温度控制；温度控制；7加湿器；加湿器；8冷却盘管；冷却盘管；9加热器；加热器；LP液面探针；液面探针；RH相对湿度相对湿度调节器调节器2022-5-25292022-5-2530802022-5-2531802022-5-25322022-5-25332022-5-25342022-5-253580（3）流化床反应器 2022-5-25362022-5-25372022-5-25382022-5-25392022-5-25402022-5-2541n 按照固态发酵反

4、应器所承载的固体物料多少不同，可将固按照固态发酵反应器所承载的固体物料多少不同，可将固态发酵反应器分为三大类：态发酵反应器分为三大类：n 第一类是第一类是实验室固态发酵反应器实验室固态发酵反应器 可进行克级规模固体物可进行克级规模固体物料的固态发酵实验；料的固态发酵实验；n 第二类是第二类是中试固态发酵反应器中试固态发酵反应器 一般进行千克级固体物料一般进行千克级固体物料的固态发酵试验；的固态发酵试验；n 第三类是第三类是工业级固态发酵反应器工业级固态发酵反应器 可应用于工业生产，承可应用于工业生产，承载吨级固体物料。载吨级固体物料。2022-5-25421) 1) 由敞开式发酵到封闭式发酵由

5、敞开式发酵到封闭式发酵 敞开式发酵虽然投资少、操作方便，但大规模生产有敞开式发酵虽然投资少、操作方便，但大规模生产有散热困难、易污染散热困难、易污染等问题。封闭式发酵罐可以等问题。封闭式发酵罐可以彻底灭菌彻底灭菌，便于控制发酵罐中的便于控制发酵罐中的温度温度。2022-5-25432022-5-25442022-5-25452022-5-25462022-5-25472022-5-25482022-5-25492022-5-2550 能够利用多糖的混合物；能够利用多糖的混合物； 有完整的酶系，可以迅速从对某一种多糖的代谢转为有完整的酶系，可以迅速从对某一种多糖的代谢转为对另一种多糖的代谢；对另

6、一种多糖的代谢； 能够深入到料层中，也能穿入基质细胞内；能够深入到料层中，也能穿入基质细胞内；2022-5-25512022-5-25522022-5-25532022-5-2554 外层是不定形的组分，主要是蛋白质、甘露聚糖和葡聚外层是不定形的组分，主要是蛋白质、甘露聚糖和葡聚糖；内层是定形的，由几丁质、纤维素或二者组成的微纤。糖；内层是定形的，由几丁质、纤维素或二者组成的微纤。 顶部后面坚硬的细胞壁和复杂的分支系统使得菌丝牢固顶部后面坚硬的细胞壁和复杂的分支系统使得菌丝牢固地固定在底物上，并产生强大的内压使顶部延伸有了动力。地固定在底物上，并产生强大的内压使顶部延伸有了动力。 菌丝的化学组

7、成菌丝的化学组成2022-5-25552022-5-25562022-5-25572022-5-25582022-5-25592022-5-25602022-5-25612022-5-25622022-5-2563底物含水量底物含水量 W= 物料湿重物料湿重-物料干重物料干重 物料湿重物料湿重 水分活度水分活度 aw= ppa=55.5VM2022-5-25642022-5-25652022-5-25662022-5-25672022-5-25682022-5-256980混合发酵混合发酵(mixed fermentation) ：许多发酵过程是纯菌株无许多发酵过程是纯菌株无法完成或只能微弱地

8、进行的，必须依靠两种或多种微生物共法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来完成的过程，如传统酒曲和酱曲、腌菜、烟草发酵、同培养来完成的过程，如传统酒曲和酱曲、腌菜、烟草发酵、茶叶发酵、青贮、堆肥等。茶叶发酵、青贮、堆肥等。 2022-5-25702022-5-25712022-5-25722022-5-25732022-5-25742022-5-25752022-5-25762022-5-25772022-5-25782022-5-25792022-5-2580 2022-5-25812022-5-25822022-5-25832022-5-25842022-5-25852

9、022-5-25862022-5-25872022-5-25882022-5-25892022-5-25902022-5-2591802022-5-25922022-5-25932022-5-25942022-5-259580双筒式双动态固态发酵罐示意图双筒式双动态固态发酵罐示意图2022-5-2596802022-5-25972022-5-25982022-5-25992022-5-251002022-5-251012022-5-251022022-5-251032022-5-251042022-5-251052022-5-251062022-5-251072022-5-251082022-

10、5-251092022-5-251102022-5-251112022-5-251122022-5-251132022-5-251142022-5-251152022-5-251162022-5-251172022-5-251182022-5-251192022-5-251204.1 概述概述4.2 固态发酵的物料特性固态发酵的物料特性4.3 氧的传递氧的传递4.4 水的传递与物料平衡水的传递与物料平衡4.5 物料的质量传递与物料平衡物料的质量传递与物料平衡4.6 热量传递与平衡热量传递与平衡9 外部进入水、氧、焓10 排出水、氧、焓11氧、水的对流13 氧、水的扩散12 搅拌引起的物质和热量

11、的混合1 酶的释放2 酶解3 葡萄糖的扩散及被微生物利用5 氧的传递和扩散6 氧被菌体利用4 易位7 废热释放并传导8 水的蒸发并扩散，焓被带走15 强制对流，夹套水热交换 O2 固态基质颗粒固态基质颗粒 湿菌体层（水膜）湿菌体层（水膜） 静止的空气层（气膜）静止的空气层（气膜）CO2氧传递过程氧传递过程1OOXOdXrOURm XYdt=+OOX OqmYm=+2022-5-25154800wfaf=W =湿物料中水的质量湿物料干基质量+湿物料中水的质量W =湿 物 料 中 水 的 质 量湿 物 料 干 基 质 量,1.8613.9192.917(1()0.0344wWwhaX-= -+20

12、22-5-25165804.5.4.2 4.5.4.2 根据二氧化碳的产生量计算基质的消耗根据二氧化碳的产生量计算基质的消耗2022-5-25188802022-5-2519080以葡萄糖为碳源的好氧发酵：以葡萄糖为碳源的好氧发酵：C C6 6H H1212O O6 6+3.84O+3.84O2 2+0.29NH+0.29NH3 3= 1.95CH= 1.95CH1.721.72O O0.440.44N N0.150.15+4.72H+4.72H2 2O+4.09COO+4.09CO2 2- -2005kJ2005kJ ( (测定值测定值) )以葡萄糖为碳源的厌氧发酵：以葡萄糖为碳源的厌氧发酵

13、：C C6 6H H1212O O6 6+0.12NH+0.12NH3 3= 0.59CH= 0.59CH1.721.72O O0.440.44N N0.150.15+1.30C+1.30C2 2H H6 6O+0.43CO+0.43C3 3H H8 8O O3 3+1.54CO+1.54CO2 2- -96.3kJ96.3kJ 葡萄糖葡萄糖 菌体菌体 乙醇乙醇 甘油甘油 从固体颗粒到气相的对流传热速率的计算：从固体颗粒到气相的对流传热速率的计算：空气流经物料层时对流传热去除速率的计算：空气流经物料层时对流传热去除速率的计算：填料床型反应器空气流经物料层时对流传热去除速率的计算：填料床型反应器空气流经物料层时对流传热去除速率的计算：()()0.5750.2920.6671.520.105510.0290.018inwgHDhFD DSD L轾骣犏=+琪桫犏臌2022-5-25239