静态固态发酵反应器
静态固态发酵反应器有浅盘式生物反应器和填充床生物反应器。
1.浅盘式生物反应器
固体发酵和液体发酵过程样,生物反应器需要为微生物的生长提供适宜的环境条件。在传统的固态发酵反应过程中,由于发酵装置简陋,不可能对发酵过程进行良好地控制。随着现代工业技术的发展,随着对固态发酵机理和装置研究的深入,固态发酵过程的可控性得到显著提高。浅盘式生物反应器就是较早发展起来的种固态发酵设备,这种反应器构造简单,由个密室和许多可移动的托盘组成。托盘可以由木料、金属(铝或铁)、塑料等制成,底部打孔,以保证生产时底部通风良好。培养基经灭菌、冷却、接种后装入托盘,托盘放在密室的架子上。
盘在架上层层放置,两托盘间有适当空间,保证通风。发酵过程在可控制温度和湿度的密室中进行,培养温度由循环的冷(热)空气来调节。
浅盘式生物反应器是种没有强制通风的固态发酵生物反应器,特别适合酒曲的加工。装有的固体培养基大厚度般为15cm,放在自动调温的房间中。它们排成排,个邻个,之间有个很小的间隙。这种技术用于规模化生产比较容易,只要增加盘子的数目就可以了。尽管这种技术已经广泛用于工业生产(主要是亚洲),但是它需要很大的面积(培养室),而且消耗很多人力。
2.填充床生物反应器
填充床生物反应器与浅盘式生物反应器的不同之处在于其采用动力通风,随着空气流动可以有效地解决浅盘式生物反应器中径向和轴向温度差和空气状况的分区问题,有利于调节和控制填充床中的环境条件和工艺参数。可以利用填充床内附加内表面冷却系统,减少了轴向温度梯度的形成;也可以在较宽大的填充床反应器中插入垂直热交换板促进水平热传递,同时又克服了反应床高度限制的弊端;也可以对影响反应器传质和传热系统进行优化。
普通使用的通风室式、池式、箱式固态发酵设备即是填充床生物反应器的几种主要结构。
它与浅盘式培养不同的是固态培养基厚度为30cm左右,培养过程利用通风机供给空气及调节温度,促使微生物迅速生长繁殖。通风培养池或箱普通,应用广泛,可用木材、钢板、水泥板、钢筋混凝土或砖石类材料制成。培养池或箱可砌成半地下式或地面式,般长度8~10m,宽度1.5~2.5m,高0.5m左右。培养池或箱底部有风道。
通风道的两旁有10cm左右的边,以便安装用竹帘或有孔塑料板、不锈钢等制成的假底,假底上堆放固态培养基。该类反应设备的缺点有:①进出料主要靠手工操作,工作效率低,劳动条件差;②湿热空气使生产车间长期处于暖湿环境,对生产卫生及发酵工艺的控制有不利影响。
固态发酵又称固体发酵,是指微生物在湿的固体培养基上生长、繁殖、代谢的发酵过程。固态的湿培养基般含水量在50%左右,但也有的固态发酵的培养基含水量为30%或70%等。此培养基通常是“手捏成团,落地即散,所以又称为半固体发酵。我农村的堆肥、青贮饲料和酒曲生产就是典型的固态发酵。
固态发酵是古老的生物技术中的员,在20世纪30年代深层通气发酵技术出现之前,固态发酵是发酵工业的主体。而固态发酵技术由于在传质问题上存在固有缺陷,故常被忽视。但是,由于深层液体发酵产生的大量发酵废水、通气与机械搅拌的高能耗,成为液体深层发酵进步发展的障碍,迫使其向高浓度、高黏度方向发展,理论上的高浓度、高黏度限就是固态发酵。
固态发酵也有天然的些优点,如不产生废水,通气更简单等。可见,现代发酵工业中液体深层发酵技术统天下的局面不是科学发展的应有结果,固态发酵也应该并且已经成为部分生物工业生产的选择中的员。