固態發酵是微生物在接近自然條件狀況下的生長，可產生一些通常在液體培養中不產生的酶及其他代謝產物，而且固態發酵因成本低、能耗小、可利用資源豐富、對環境污染小等特點，在許多方面要優于液態發酵。為提高固態發酵的質量，解決固態發酵本身的弱點(如：發酵條件不易控制、傳質傳熱不均勻、自動化程度低等)，研制改進固態發酵設備成為人們研究的一個重點。本文就現階段主要的固態發酵設備原理、優缺點、應用領域及發展趨勢作一個簡單的分析，以期為固態發酵的研究者和固態發酵產品生產商提供一定的科學參考和數據支持。
1固態發酵反應器的特點
　　生物反應器是發酵過程的中心。理想的固態發酵生物反應器有以下特征：①用于建造的材料堅固、耐腐蝕且對發酵過程的微生物無毒。②防止發酵過程污染物的進入，同時控制發酵過程有機體釋放到環境。前者特別難以控制，這是因為固體的處理不能象深層發酵的液體那樣用泵輸送，因此產生污染物自由封閉體系。

 而后者同樣是一個非常重要的必備條件，因為大多數的固態發酵過程含有真菌孢子，它可能是致病的，會對周圍環境產生危害。③有效的通風調節、混合和熱的移除來控制溫度、水活度、氣體的氧濃度等操作參數。④維持基質床層內部的均勻性。⑤總的固態發酵過程包括培養基的制備、培養基的滅菌、產品回收之前生物量的滅菌、接種體的準備、生物反應器的安裝和拆卸。
2靜態密閉式固態發酵設備的特點及應用
　　靜態密閉式固態發酵，是指發酵過程中的固體基質保持相對靜止狀態，傳統的固態發酵即是此種發酵方式。該類設備中不含有攪拌裝置，與液體發酵相比，靜態密閉式固態發酵最大的弊端是無法提供生產微生物的一致性，不能及時有效地進行發酵過程的控制并進而控制微生物的生理活動。常見的發酵設備是托盤式或填充床式反應器。
2.1托盤式生物反應器
　　托盤式反應器又稱淺盤式反應器，是最簡單的固態發酵反應器。它由一個密閉空間和許多可移動的小托盤組成。其基本特點是：①相對比較薄的發酵基質鋪在一個面積相對比較大的托盤上；②沒有強制的通風，但托盤上可以有孔，空氣可以緩慢的在托盤周圍循環；③發酵基質的溫度隨著反應器周圍環境溫度而變化，因此可以通過控制反應器所在的空間溫度來控制反應器的內部溫度。托盤式固態發酵工藝程序一般為：種子→固態培養基滅菌后接種→培養基排放在托盤中→將托盤放置于密閉的發酵罐或者密閉可以調節溫度和濕度的房間里進行發酵→發酵結束，提純和精制。理論上來說，托盤反應器的放大可以通過增加基質厚度和增加托盤數量來解決。但由于熱量傳遞是托盤式反應器的主要問題，研究者發現，僅僅在發酵基質8cm下面就觀察到了高于外部20℃左右的溫度差，如果將培養基的料層高度由40cm增加到80cm，其單位產量僅為原來的20%。因此，托盤上所添加基質的厚度往往只有幾厘米到十幾厘米。這就意味著托盤反應器的放大就是增加托盤的數量，所以它不適合大規模生產。托盤式工藝有著悠久的歷史，人們很早就用來生產發酵食品，近來又用來生產各種酶制劑。但這種工藝一般都是小到中規模的，而遠非大規模。由于這些托盤的操作很難實現自動化，因而仍由手工來完成，所以這種工藝只有在勞動力比較便宜的地方才具有商業價值。德國的Prophyta公司設計了一類該反應器用來在無菌狀態下生產生物殺蟲劑，該反應器為塔狀結構，由許多穿孔的盤子構成，無菌空氣通過小孔穿過基質，在盤子下方有熱交換器去除發酵過程中產生的多余熱量。
2.2填充床式生物反應器
　　填充床式生物反應器的特點是靜態的發酵基質填充在圓柱中，圓柱的下面是打孔的支撐板，通過孔板強制通風來給發酵過程供氧，調節基質的濕度和溫度。在這個基本特點下可以有各種各樣的設計，比如木箱式、蓋蓋平板式、垂直或傾斜培養室等，典型的設計是一個高而細的圓柱。具有強制通氣功能是填充床式反應器與托盤式反應器最大的區別，一般來說通氣設備都設在填充床的底部，也可以從發酵基質的頂部通氣。通氣一般是從可以調溫的水中通過，既調節了發酵過程的溫度，又可增加發酵基質的氧氣供應和含水量，減小發酵過程中水分的損失。即使如此，由于在空氣進口和出口之間空氣溫度的增加使得空氣的持水性增加，水分出大于進，水分蒸發不可避免。對于體積較小的填充床反應器，可以將填充床放置在恒溫的水浴中以調節溫度；對于比較大的填充床，則可以通過增加夾套來調節反應器內的溫度。填充床反應器的優勢是設計要求簡單，而且可以進行較好的工藝控制。因此相對于托盤式反應器來說，填充床反應器使用更加廣泛。然而，大型的填充床反應器，傳熱冷卻板的安裝常受到條件限制，設計和操作所考慮的主要參數是反應器高度、空氣流量和空氣進口溫度。這樣的反應器中，軸向的溫度梯度可以忽略，而在徑向的溫度梯度卻十分明顯。在反應器底部，溫度很低，因此微生物生長很快，其產生的熱量不能徑向傳導全部帶走，因而就加速了向上的空氣，造成了越往上溫度越高，所以，微生物最高可以承受的溫度就決定了反應器的高度，這個高度稱之為臨界高度，它取決于所用的微生物和操作條件。這樣，就限制了該反應器的擴大，比較適合對剪切力較為敏感的微生物，因為在操作過程中發酵基質保持靜止。靜態密閉式固態發酵由于無法保證微生物生長環境的一致性，而不能及時有效地進行發酵過程的控制并進而控制微生物的生理活動，且在易污染程度上也要高于液態發酵，但是，這不能否定靜態密閉式發酵的存在價值。某些用作食物的發酵產品，如印度尼西亞豆鼓和日本清酒曲的生產，一定要使用靜態床式固態發酵過程進行生產，才能使其具有特殊的風味。可見，通過人們長期的經驗累積，有效的控制發酵程度和效果，靜態密閉式固態發酵可以完成其獨特的發酵成果。

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