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1、专业文献综述题目:姓名:学院:专业:学号: 指导教师:固态发酵技术争论进展年月日固态发酵技术争论进展摘要：固态发酵是孕育几千年中华文明的一种发酵技术，从酒的酿造开头，固态发酵不断给人类带来各种财宝。液态发酵等技术的进展使古老的固态发酵技术渐渐冷落，但近年来由于资源环境问题人们又开头重关注起固态发酵技术。人们在传统固态发酵技术的根底上，改进了固态发酵的各种条件，制造固态发酵设备，并创地应用到各种领域。本文就近年来固态发酵技术的争论进展，对固态发酵技术改进后的工艺参数条件、发酵设备和应用进展综述。关键词：固态发酵；发酵条件；发酵设备；应用方向Research Progress in Solid S
2、tate Fermentation TechnologyAbstract: Solid state fermentationSSFis a kind of fermentation technology which derived by thousands of years of Chinese civilization. From the beginning of wine brewing, solid state fermentation had been constantly bringing various wealth to mankind. As liquid fermentati
3、on technology developments, the antiquated solid fermentation technology was gradually left out in the cold. But in recent years, due to theproblemsofresourcesandenvironment,peoplebegantofocusonsolid fermentationtechnology. Peopleimproveavarietyofsolidstatefermentation conditions, make new solid sta
4、te fermentation equipment and creatively apply to various fields in the base of traditional solid-state fermentation technology. This paper will give a review on the recent progress in researches on the technology of solid state fermentation, including the process parameters, fermentation equipment
5、and new application after improvement of the technology of solid state fermentation.Keywords: solid state fermentation; fermentation conditions; fermentation equipment; application fields固态发酵( Solid State Fermentation，SSF) 是一种传统发酵工艺手段，同其他发酵技术一样，固态发酵培育基含水格外丰富，但培育基根本呈固态，流淌水含量极少或几乎为零。固态发酵培育基承受不溶于水的有机聚合
6、物并添加碳源、氮源、水、生长因子、无机盐等微生物生长必需物质制成。传统固态发酵操作简便， 无需进展废水处理，设备简洁，培育根本钱低，发酵过程粗放，不要求严格的无菌环境。但同时，固态发酵传质传热差，发酵过程中产生气体、液体使培育基不均匀，极易混入大量杂菌，而且通量较低，因而被液体发酵等发酵技术取代。液体发酵改善了固态发酵技术的缺点，然而对原料消耗大，废料排出多，不符合资源环境节约的时代要求(Aggelopoulos et al., 2023)。固态发酵因此再次被人们重视并得到改善与进展。1 固态发酵的工艺条件固态发酵由于过程与自然发酵格外相近(S. Li et al., 2023) ，资源消耗较
7、少且较为环保而重受关注。正是由于这些特性，固态发酵的发酵条件难以准确化掌握， 因此建立准确的数学模型较为困难，目前工业生产争论仍旧停留在阅历主导水平上(黄达明, 2023)。1.1 培育基成分及形态的改善和一般培育基一样，固态发酵培育基也是由支持物与养分素和水组成的。固态发酵培育基的填充支持物不承受琼脂这类物质，而是选用花生壳、玉米皮、稻壳等通风性能良好的物质(李浪, 杨旭, & 薛永亮, 2023)，这样可以改善发酵过程中的传质传热性能同季节约本钱。养分素包括麸皮、豆粕、玉米粉等碳、氮源以及无机盐等必需因子。碳/氮比需要依据实际菌种和生产需要来试验调整，一般维持在 1:10100。(李林辉
8、& 徐春, 2023)碳/氮比过高，发酵缓慢，过低则不利于代谢产物的积存。培育基各成分的形态也与发酵过程有关。供给养分的原料颗粒越小，单位反响外表积越大，相应的发酵效率越高。但是由于培育基颗粒的减小，传质传热性能就会减弱，此时填充料的作用就得以表达，同时对于养分素颗粒的孔隙率也有相应要求。1.2 基质含水量与水活度水是生物固态发酵微生物生长的必需因素，含水量的多少会直接影响固态发酵的产率。水活度Water Activity，aw是指培育基基质中自由水含量，它与基质含水量的多少、基质的持水性等因素有关。不同的菌种有不同的相对应所需要的水活度，例如细菌的 aw 在 0.900.99，多数酵母 aw
9、 在 0.800.90，少数酵母和真菌 aw 为 0.600.70。固态发酵一般初始含水量掌握在 3075%的范围内(徐桂转, 马俊军, & 张百良, 2023)，在发酵过程中由于发酵的消耗利用和通气蒸发要准时补充水分。含水量过低则会由于基质吸水少膨胀少而削减反响外表积从而降低产率，同时也会由于蒸发量的提升而不能满足菌种生长需求水活度而阻碍发酵的进展。含水量过高会使得培育及基质间隙被水填充而导致通气量削减，传质传热性能受到影响，导致细菌等杂菌滋生污染发酵产物。因此在选择固态发酵初始含水量时，尽量掌握在菌种 aw 和细菌等杂菌 aw 之间，从而保证菌体的正常生长。1.3 基质 pH 和发酵温度微
10、生物在发酵过程中会对基质的养分素进展分解同时释放自身代谢产物，分解产物及微生物代谢产物常常是有机酸等酸性物质，这些物质转变了培育基基质的 pH 值，使得酸碱度偏离菌种最适 pH 值。在液态发酵过程中可以通过实时监测补加碱来维持 pH 的平衡，但固态发酵难以实时监测并调整基质 pH 的稳定。目前一般生产中在开头发酵前添加少量对发酵无其他影响的缓冲物质，然后将基质 pH 调至最适 pH，这样可以在固态发酵过程中根本维持 pH 的稳定。固态发酵所用菌种一般发酵温度温顺，代谢产物也没有很好的耐热性，因而对固态发酵的基质温度需要实时掌握。在固态发酵过程中，由于培育基固态基质传热性能不是特别优越，品温上升
11、最大可达 2/h 左右(刘建峰, 葛向阳, & 梁运祥, 2023)。承受通风降温顺喷淋冷无菌水是常见的冷却方法，在发酵反响器的设计上也都将温度掌握作为关键因素来考虑。1.4 发酵过程通气量及 O2/CO2 浓度对于固态发酵特别是耗氧的固态发酵而言，通风是发酵过程中必需的环节。通风的好处不仅在于可以将空气中的 O2 输送入固态基质并且带走基质中产生的CO2，调整培育基基质中的 O2/CO2 比例，还能加强并改善固态发酵的传质和传热性能并防止结块(刘晓艳, 于纯淼, 国立东, 杨国力, & 杨庆余, 2023)。过去曾使用搅拌和翻动的方法来换气和散热，但由于机械运动过于剧烈易导致菌丝体受损而降低
12、发酵产量，而渐渐被通风取代。在通风过程中会加速水分的蒸发，因此需要实时补给无菌水。好氧微生物的理论呼吸熵RQ为 1.0，低于 1.0 将影响氧气传输，微生物生长受到阻碍(葛龙, 赵艳, & 章亭洲, 2023)。在发酵排气口测定 O2 和 CO2 的分压，并准时调整通气量的大小进展调整能够很好地提高发酵过程的效率。此外在固态发酵过程中，还有菌种选择、发酵时间等很多方面都有了的改进和突破，近年来还在不断争论中。2 固态发酵的发酵设备在固态发酵重回人们视野的这些年来，传统固态发酵设备由于其传质、传热性能较差，发酵过程中极易混入杂菌而渐渐被淘汰，一批经改进或设计的固态发酵设备开头研发并投入生产。固态
13、发酵设备中需要解决与改进的局部主要集中在传质、传热等性能上，著名的巴西科学家 Mitchell 依据搅拌混料方式和通风方式将固态发酵反响器分为以下 4 种类型(A & N, 2023)。2.1 不通风不混料固态发酵设备浅盘式固态发酵罐构造示意图(李建华 & 余蜀宜, 2023)1-温度计；2-减压阀；3-罐盖；4-接种管；5-夹套；6-托盘；7-支耳；8-红外加热管排气口；9-水槽；10-红外加热管；11-进排水口；12-红外线加热管进气口；13-进气管；14-托盘架；15-液压装置；16-压力表；17-排气管传统浅盘发酵反响器即属于这种发酵设备。浅盘发酵装料量少，传热效率差， 通量小，不适用
14、于工厂化大量生产。改进后的浅盘发酵在发酵过程中首先将灭菌后的培育基基质装入浅盘，调整好基质含水量以及温度和湿度，在反响器内通入肯定量的灭菌空气然后进展发酵。为了避开温度过高的问题，现代浅盘式发酵反响器通常在发酵过程中强制通风以实现控温。封闭式的罐体构造也能实现在罐体内部进展接种等操作。改进后的浅盘发酵反响器虽然能够使得发酵产率较高且操作极为简便，但由于基质及物料难以翻拌同时体积过大机械化程度不高而不利于大规模工厂生产。2.2 通风而不混料固态发酵设备在固态发酵过程中，搅拌能够很好地改善反响器的传质、传热性能，然而对于基质物料脆弱易破损或菌体、菌丝体生长环境温顺易遭机械破坏的固态发酵体系而言，通
15、风而不混料的发酵设备是一种适宜的选择。这类发酵设备的代表是填充床式固态发酵反响器。填充床反响器(董吉林, 杜冰, & 申瑞玲, 2023)填充床固态发酵反响器床层示意图(张宿义 et al., 2023)填充床固态发酵反响器在静态培育基基质上强制通风，从而掌握温度和帮助传热。这种方法会加速床面水分的蒸发而导致基质物料含水量不均匀从而导致局部发酵效率低，解决方法是在设备入口处通入饱和空气削减水分的蒸发。而在空气进口和出口之间空气温度的增加使得空气的持水性增加(Sen,Nath, Bhattacharjee, Chowdhury, & Bhattacharya, 2023) ，因此水分的蒸发问题仍
16、旧不行避开。此外，静态基质物料在微生物发酵过程中难以传热，造成培育基内部产生温度梯度，微生物发酵不均匀。填充床式固态发酵反响器虽然有着以上两种缺点， 但是近年来这种反响器的开发很好地解决了一些特别菌体固态发酵困难的问题， 因此在生产中使用也较为广泛。2.3 混料而不强制通风固态发酵设备对于培育基基质颗粒状不易碎裂且菌体不易被机械运动破坏的固态发酵体系而言，搅拌翻转能够在发酵过程中很好地改善反响器的传质和传热性能。而对于 O2 需求量不高的反响，主要承受的就是混料而不强制通风型的设备。这类反应器主要包括转鼓式反响器、圆盘式反响器、搅拌式反响器等。转鼓式反响器(Xia, Ding, & Li, 2
17、023)圆盘式反响器(程绍杰, 2023)转鼓式反响器主要有基质床层、气相流淌空间和转鼓壁等局部组成(Feng et al., 2023)。圆筒形的反响器罐体支架在转轴上，转轴起到支撑和供给转动动力的作用(Y. G. Li, Ye, Wang, & Fan, 2023)。在固态发酵反响过程中，培育基基质不是平铺在床层上，而是呈颗粒状随着转鼓式罐体一起低速转动，这样的翻拌能够使得反响器具有良好的传质、传热功能。需要留意的是转速需要掌握，防治转速过快破坏菌丝体的完整。当鼓的转动速率增大时剪切力的作用会影响菌丝体的生长 (林克龙, 林琳, & 黄达明, 2023)。转鼓式反响器中菌丝体与基质颗粒易形
18、成结块阻碍发酵过程的高效进展，在反响罐内添加诸如液态发酵罐内的裂开板能够很好地防止物料结块过大阻碍发酵进展。转鼓式反响器所存在的问题在于通量较小， 不能进展大量物料的反响，同时发酵过程能耗过大不利于资源节约。在很多状况下转鼓式反响器与其他反响设备结合使用，提高发酵效率、产量。圆盘式反响器在基质物料的下方通风已到达换气和传热效果，上方有数个螺旋搅拌器分别进展水平和自身旋转运动以对物料起到搅拌作用。搅拌器上设有无菌水喷头，可用于降温顺补充基质水含量等。旋转圆盘式反响器通量相对较大， 但难以保证无菌环境，密封型的圆盘式反响器可以进展单菌株发酵，但需要在罐内进展无菌接种，可用于发酵周期较短的产品发酵(
19、温文, 2023)。搅拌式反响器(张晞, 许学书, & 谢静莉, 2023)1-空气入口；2-测温的传感器；3-水浴保温夹套；4-搅拌桨；5-空气出口；6-搅拌电机；7-反响器；8-固态培育物；9-搅拌轴搅拌式反响器在日本食品工业大量应用(徐自明, 2023)，类似于液态搅拌发酵罐，搅拌式反响器的拌料、灭菌、接种等过程均在反响器内完成，很好地避开了杂菌污染，发酵效率较高且便捷。2.4 混料且通风固态发酵设备在固态发酵过程中同时进展搅拌操作及通风可以最大程度地改善固态发酵反响器的传质、传热性能，同时还能避开物料结块，增大反响效率。流化床反响器作用示意图(周继良, 王臣, 徐辉, 邹宗树, & 余
20、艾冰, 2023)压力脉动固态发酵反响器构造示意图(付小果, 陈洪章, 李宏强, & 马润宇, 2023)流化床反响器在金属网或多孔板上铺置粉状培育基，空气上吹形成流化层状态，传质和传热效果很好(周继良 et al., 2023)。流化床反响器承受密封罐体，全部操作均在罐体内部进展，很好地削减了杂菌污染的时机。在反响完毕后略微上升温度枯燥后可以直接收集枯燥发酵产品粉末。近年来，陈洪章等人(付小果 et al., 2023)开发的压力脉动固态发酵反响器又被称作“气相双动态固态反响器”，处于固态发酵国际领先水平。反响器以流体静力学为根底，承受静态培育基，在其法向承受无菌空气周期性的进展动态刺激，
21、模拟自然生态环境，进展物质、信息等交换，很好地解决了固态发酵中存在的诸多问题。近年来，该试验室已研发出工厂级的这种固态发酵反响器。3 固态发酵技术的应用在中国古代，人们就已娴熟把握固态发酵技术进展米酒和食醋的酿造，在科技进展潮流的推动下，固态发酵技术在食品领域的应用越来越成熟，并改进和开发了多种型的食品固态发酵技术。近年来，固态发酵技术的应用已不局限于食品加工制造行业，更在饲料、环保等诸多领域有了独特的应用开发，并具有更加广泛的应用前景。3.1 固态发酵技术在食品工业的应用3.1.1 食用菌生产开发食用菌产业是在食品领域进展极为快速的农业产业。由于原始真菌菌种的生长条件苛刻，菌种各项指标均不优
22、秀，研发人员在改进菌种时承受固态发酵带来很多便捷，将灭菌技术、无菌接种技术等技术应用到固态发酵上来，开发出优良菌种，为食用菌带来更多食、药用功能。食用菌产业将传统栽培技术与固态发酵技术相结合，生产、加工、销售以及深加工为一体构建基地，形成了产业化生产的进展阶段(胡玉琪, 2023)。3.1.2 食品级酶制剂的开发随着生物技术在国内的快速进展，酶制剂的开发技术在不断改善，大多数酶的生产通常承受液体深层发酵Submerged fermentation，SmF技术(张昆, 王春维, 余岳, & 彭凯, 2023)，而液体发酵本钱较高，从而使得酶制剂的价格普遍较高，经济性较低。而承受固态发酵技术进展酶
23、制剂的生产，由于基质原料价格低， 利用率高，操作便捷本钱低，能够大大加强酶制剂的经济价值。目前承受固态发酵生产的酶制剂有-淀粉酶、脂肪酶、蛋白酶、果胶酶等。利用固态发酵进展酶制剂的生产，不仅能够提高收益，还在很多方面改善了酶制剂的性质。例如，固态发酵技术生产的-淀粉酶产量和酶活力相比液态发酵要高很多。缘由在于培育基基质成分有着不行替代的差异，固态发酵物料中麸皮有着比液态发酵碳源浓度高很多的优势，同时由于固态发酵中传质阻力较大， 物料中养分成分被细胞吸取的速率相比液态发酵要慢很多，在肯定程度上降低了-淀粉酶合成过程中消灭的分解代谢阻遏，从而大大加强了-淀粉酶的产量和酶活力(吴大治, 2023)。
24、3.1.3 白酒、食醋、酱油等传统酿造食品的技术改善中国传统固态发酵技术制造酒、醋、酱的过程较为粗放，大多在自然环境下进展制曲和发酵过程，这样简洁造成杂菌生长从而引起腐败最终导致发酵失败。现代发酵工艺的进展和应用通常承受型固态发酵反响器进展传统食品的酿造。在封闭的反响器内进展灭菌、接种和培育，实时掌握各种理化指标的变化，从而使得产品的产量、纯度、品质有了质的提升。例如著名中外的镇江香醋，是以优质糯米、麸皮等为主要原料，经“固态分层”发酵工艺酿造制得(朱其瀚, 2023)， 它是典型的多菌种混合发酵工艺，曾获“国家非物质文化遗产”称号(许伟, 2023)。3.2 固态发酵技术在饲料加工中的应用固
25、态发酵在饲料工业的应用主要表达在饲料发酵以及饲料添加剂等方面。固态发酵在饲料加工中的应用，提高了饲料养分利用价值，降低了饲料加工本钱， 为家畜水产的养殖带来了很大的经济收益。饲料有米糠、麦麸、豆粕等很多植物原料，由于它们不易消化，且其中的养分素难以被动物吸取，承受微生物对其进展发酵后再进展喂食能够很好地提高饲料的利用率。通常承受酵母等微生物对饲料原料进展固态发酵，在发酵过后使得饲料纤维素得到性状的转变，养分素含量也得到增加(刘汉文, 姜官鑫, 封功能, & 王爱民, 2023)。此外在饲料中添加一些由固态发酵而来的酶制剂蛋白酶、 果胶酶、植酸酶等、维生素如泛酸钙维生素(李日强, 张峰, & 张
26、伟峰, 2023) 等能够使得动物对食物的养分吸取最大化。3.3 固态发酵技术在环境保护中的应用为了符合国家提出的建设“环境友好型、资源节约型”社会的要求，各行各业都在进展深入改革。燃料的使用常常被认为是违反这个要求的一大方面。石油燃料的短缺，燃料燃烧尾气排放对环境的污染格外严峻。开发型能源是相关科研单位的重点，而乙醇就是型燃料的一大代表。乙醇的生产可以通过固态发酵进展，利用固态发酵技术有很多优点：可消退糖的萃取过程，节约本钱；由于发酵过程削减用水量，而降低发酵罐体积，无废水；降低能耗等(于鑫, 2023)。国外已有争论承受酿酒酵母对纤维素等廉价原料进展固态发酵生产燃料乙醇(袁文杰 & 陈丽杰
27、, 2023)，既符合环保要求，又在最大限度上降低了本钱。固态发酵技术的进展在很多领域都起到降低本钱提高品质的作用，除了以上一些方面，在着色剂生产、医药领域、纺织工业等方面都有着广泛的应用。4 总结固态发酵技术是人们在传统发酵技术的根底上总结进展起来的“技术”，分散着古老的才智结晶，有无可比较的优点可循。但在各种其他发酵技术崛起的今日，我们能够清楚生疏到固态发酵的很多缺点成为进展中的难题。要使固态发酵技术在更广泛的领域应用，还需要对固态发酵技术的工艺手段、发酵设备等进展深入争论开发，在把握固态发酵核心技术的同时融入其他发酵技术的优点，不断改善。参考文献：A, M. D., & N, K. (2
28、023). Solid-State Fementation Bioreactors.Aggelopoulos, T., Katsieris, K., Bekatorou, A., Pandey, A., Banat, I. M., & Koutinas, A. A. (2023).Solid state fermentation of food waste mixtures for single cell protein, aroma volatiles and fat production. Food Chemistry.Feng, B., Yang, X., Li, S., Sun, Y.
29、, Tu, J., Jiang, S., & Burgazzi, L. (2023). Study on Thermal-Hydraulic Behavior of an Integral Type Reactor under Heaving Condition. Science and Technology of Nuclear Installations.Li, S., Li, G., Zhang, L., Zhou, Z., Han, B., Hou, W., . . . Li, T. (2023). A demonstration study of ethanol production
30、 from sweet sorghum stems with advanced solid state fermentation technology. Applied Energy.Li, Y. G., Ye, Q., Wang, G. P., & Fan, F. (2023). The Analyze of Shear Force Calculation Model of Drum Type Linear Blade Flying Shear. Advanced Materials Research(503).Sen, P., Nath, A., Bhattacharjee, C., Ch
31、owdhury, R., & Bhattacharya, P. (2023). Process engineering studies of free and micro-encapsulated -galactosidase in batch and packed bed bioreactors for production of galactooligosaccharides. Biochemical Engineering Journal.Xia, J. Y., Ding, W. H., & Li, Z. Y. (2023). Calculation of Cutting Force f
32、or Drum Type Arc Flying Shear. Advanced Materials Research(145).程绍杰. (2023). 搅拌式生物反响器的模拟、优化设计与放大研.究董吉林, 杜冰, & 申瑞玲. (2023). 填充床固态发酵生物反响器模拟争论进展. 食品与机械(03).付小果, 陈洪章, 李宏强, & 马润宇. (2023). 压力脉动固态发酵微生物蛋白质及机理的争论. 北京化工大学学报(自然科学版)(03).葛龙, 赵艳, & 章亭洲. (2023). 固态发酵技术的特点与应用. 饲料与畜牧(08).胡玉琪. (2023). 树干毕赤酵母固态发酵条件优化及
33、木聚糖酶性质研.究黄达明, 吴., 陆建明,管国强. (2023). 固态发酵技术及其设备的争论进展. 食品与发酵工业(06).李建华, & 余蜀宜. (2023). 立式静态固态发酵罐的研制. 中国酿造(09).李浪, 杨旭, & 薛永亮. (2023). 现代固态发酵技术工艺、设备及应用争论进展. 河南工业大学学报(自然科学版)(01).李林辉, & 徐春. (2023). 固态发酵技术在提升工农业副产品价值中的应用. 生物技术通报(05).李日强, 张峰, & 张伟峰. (2023). 氨化和固态发酵玉米秸秆生产饲料蛋白的争论. 农业环境科学学报(06).林克龙, 林琳, & 黄达明.
34、(2023). 转轴式与转鼓式反响器发酵醋糟的比较. 粮食与饲料工业(01).刘汉文, 姜官鑫, 封功能, & 王爱民. (2023). 玉米芯固态发酵生产蛋白饲料的工艺争论. 粮食与饲料工业(05).刘建峰, 葛向阳, & 梁运祥. (2023). 响应面法优化豆粕固态发酵工艺的争论. 中国生物工程杂志(06).刘晓艳, 于纯淼, 国立东, 杨国力, & 杨庆余. (2023). 固态发酵高温豆粕制备多肽饲料的最优发酵工艺条件争论. 大豆科学(02).温文. (2023). 搅拌釜式反响器计算流体力学模拟.吴大治, 张., 徐柔,章克昌. (2023). 固态发酵生产细菌-淀粉酶. 无锡轻工
35、大学学报(01).徐桂转, 马俊军, & 张百良. (2023). 固态发酵技术在酶生产中的应用争论进展. 河南农业科学(12).徐自明. (2023). 型转筒式固态发酵反响器宏观混合特性争论. 科技经济市场(12).许伟. (2023). 镇江香醋醋酸发酵过程微生物群落及其功能分.析于鑫. (2023). 发酵法产生物丁醇的争论.袁文杰, & 陈丽杰. (2023). 燃料乙醇生产争论进展. 生物过程(02).张昆, 王春维, 余岳, & 彭凯. (2023). 复合杂粕多菌种发酵工艺争论. 粮食与饲料工业(05). 张晞, 许学书, & 谢静莉. (2023). 酱油种曲制备的固态发酵反响器的争论. 中国酿造(09). 张宿义, 易彬, 周军, 李云辉, 杨平, & 刘世龙. (2023).周继良, 王臣, 徐辉, 邹宗树, & 余艾冰. (2023). 流化床反响器的流淌模型. 中国冶金(09).朱其瀚. (2023). 镇江香醋发酵过程中微生物分别及其产酸特性.