3動態密閉式固態發酵設備的特點及應用
　　與靜態密閉式固態發酵最根本的區別是，動態密閉式固態發酵過程中培養基處于連續或間歇攪拌狀態。由于靜態發酵過程產生的代謝熱很難被有效移除，現實中，大多數固態發酵大規模生產都是在有攪拌的系統中完成的。這種系統具有高效的冷卻系統，解決了代謝熱擴散問題，具有較高的生產效率。此外，攪拌也為發酵系統提供了發酵環境的一致性，為大多數重要過程參數(如溫度和水分含量)進行充分的控制提供了可能。良好的攪拌肯定會提高過程控制的效果，但攪拌對生產效率的影響卻存在爭議。

 一些文獻報道，由于攪拌導致的傳質、傳熱性能改善所帶來的效果要優于攪拌所帶來的不良影響，而另有一些研究表明，攪拌會使生產率降低。因此，攪拌對固態發酵體系提出了額外要求。首先，固態基質要能夠耐剪切，并且不能存在由于攪拌而結塊的傾向；其次，攪拌會損傷菌絲，進而可能影響其生長與代謝。
3.1攪拌式生物反應器
　　攪拌式生物反應器是最簡單的動態發酵設備，它和填充床式反應器有許多類似之處，不同的地方就是攪拌式反應器有攪拌漿。通過控制這個攪拌漿，可以連續操作或周期操作。根據攪拌軸的方向，攪拌式反應器可分為水平攪拌式和轉鼓式。二者的區別是，水平攪拌式中發酵基質的運動是由攪拌軸的運動來實現的，而在轉鼓式中是由罐體的運動來實現的，除此以外，其他方面都很類似。荷蘭Wageningen大學成功研制了可較好控制溫度和濕度的水平攪拌反應器，可用于不同的生產目的，但因為熱只能通過器壁移出，使得該裝置在大規模生產時效率較低。Durand等人利用計算機技術為反應器研制了一個行星混合裝置，使反應器的滅菌過程、發酵過程得到很好控制，并申請了專利。這種反應器已經用于沒食子酸固態發酵的反饋生產以及分生孢子的生產。
3.2轉鼓式生物反應器
　　轉鼓式生物反應器其主體是一個水平或傾斜的圓柱體，圓柱體繞著它的中軸旋轉而使反應器中的發酵底物隨之翻動，也可以在反應器中增加攪拌裝置以強化底物的攪拌程度。與固定床相比，轉鼓式反應器優點在于可以防止菌絲體與反應器粘連，轉鼓旋轉使筒體內基質達到一定程度的混合，菌體所處環境比較均一，使傳質和傳熱狀況得以改善。轉鼓式反應器的主要特點是空氣從基質的頂部吹過，空氣和基質的熱量和物質交換是通過反應器的轉動來促進的。這種反應器中，熱量的傳遞主要有兩種途徑：一是直接通過對流和蒸發將熱量傳遞到反應器的頂部空氣；二是由反應器的壁傳導傳遞。控制溫度的辦法主要有：將反應器放置在控溫的培養室內；將反應器部分浸在水浴中；或者用水澆在罐體上降溫；也可以用干空氣增加基質的水分蒸發來降溫，因為這樣的反應器可以從頂部通過噴水來調節基質的水分含量。Kalogeris等改進的轉鼓反應器包括：器壁帶水夾套、具穿孔能力的圓柱形鼓、發動機、熱交換器、增濕器、冷凝器和蠕動泵等，出口的水蒸汽在增濕器里濃縮、收集、重新循環使用。Alberto等設計的轉鼓反應器由一個緩慢旋轉的金屬網絲制成的圓柱體組成。當圓柱體旋轉時，載體和真菌與圓柱體頂部空氣接觸，保證了適量的氧傳遞。
3.3氣固流化床反應器
　　氣固流化床反應器是通過流體的上升運動，使固體顆粒維持在懸浮狀態下進行反應的裝置。氣固流化床的基本特點是：一個高徑比很大的圓柱體，流速足夠大的空氣從床底部的孔板中吹入使基質顆粒懸浮，可能有一個特制的攪拌裝置用來協助攪拌基質顆粒。其優點如下：①通氣良好，有助于好氧微生物的生長；②代謝熱的去除十分完全，不會發生培養溫度過高的問題；③氣體和揮發性的代謝物可以很快消失，從而減少反饋抑制；④混合效果很好，從而消除了發酵基質中的溫度和濕度梯度，有利于過程中工藝參數的控制；⑤某些產物(如單細胞蛋白)可以直接在反應器中進行干燥；⑥相對于傳統的固態培養，生產效率大大提高，因此可以減少生產所占用的空間和生產操作費用。因為不是所有的基質都可以很容易地被懸浮起來，所以這種反應器只能用在那些基質有比較好流化行為的工藝中。一般來說，粒徑分布越窄的細小顆粒越容易保持流化狀態。相反，易聚合成團的顆粒由于撞擊、碰撞難以維持流化狀態。目前，利用該反應器較多的是日本，主要用來生產單細胞蛋白、酶和生物殺蟲劑等。
3.4立式多層固態發酵罐
　　立式多層固態發酵罐具有占地面積小、自動化程度高、生產能力大、易于檢測和控制等優點。發酵物料可以在發酵罐內進行蒸煮、滅菌、降溫等操作，更重要的是實現了發酵罐內接種、發酵罐內噴淋加濕、自動翻料、溫濕度自動檢測顯示、自動進出料等自動控制操作過程。可以在常溫、常壓下工作，利用夾套、內蛇管和無菌空氣進行加熱和冷卻。由于發酵物料是在密閉條件下進行發酵，而且進入發酵罐內的空氣和水都經過滅菌處理，消除了雜菌污染的可能性，使最終產品的質量有了確切保證。發酵罐的每層物料都裝有機械攪拌器，通過軸向攪拌的翻料形式使物料上下翻動均勻。發酵罐外部每層都設有視鏡、無菌取樣口，發酵罐內的堆料板、攪拌器都可以拆卸，因此維護保養十分方便。立式多層固態發酵罐可以用于菌體蛋白、纖維素酶、淀粉酶、四環素、赤霉素、紅曲、醋曲、醬曲的生產，生物制藥，飼料和菜籽餅固態發酵產酶等許多領域，并且固態發酵罐可以利用液態發酵難以利用的原料。
3.5旋轉圓盤式反應器
　　旋轉圓盤式反應器為全封閉式結構，主要構件包括旋轉篩盤、拋撒機構、攤刮機構、翻料機構、空氣過濾裝置、通風設備和控制系統等。其中以廣東省農業機械研究所研制的GTF-5為典型代表。該設備密封效果好，杜絕了雜菌污染，能方便的進行自動化測溫、控溫、控濕，為微生物的培養提供有利條件。料床為圓盤動力旋轉式，既可以消除發酵“死角”，又得以投料、鋪平、翻料機械化，極大的方便了生產，從而可與前后工序的設備配套，形成自動化程度較高的生產線。該設備在菌體蛋白、多酶活性蛋白粉及脫毒菜籽餅等發酵飼料中已得到應用。
3.6氣相雙動態固態發酵生物反應器
　　該發酵裝置由中科院過程工程研究所研制而成，其主要設備包括臥式固態發酵罐、罐內壓力脈動控制系統、罐內空氣循環系統、小推車盤架系統和機械輸送系統。其工藝過程具有以下特點：①無固體層機械翻動裝置，由薄層、氣相雙動態及循環風機達到傳質與傳熱要求；②由于無固體翻動機械傳動，反應器結構簡單容易密封，便于工業放大；③反應器為一受壓容器，可用于壓力蒸汽進行嚴格的空罐或實罐滅菌，無死角，便于清掃；④采用無菌壓縮空氣供氧，發酵過程中反應器為正壓狀態，故能嚴格達到純種固態培養的要求；⑤氣相雙動態可促進微生物代謝、強化細胞內外的傳質、減少代謝產物的反饋抑制，從而具有縮短發酵周期、提高轉化率的功能；⑥反應器的環形結構與循環鼓風機可使反應器內的溫度、濕度均勻一致；⑦反應器內設置冷卻排管，加之循環風機配合后，強制罐內氣相空氣順次通過物料和冷卻排管，降低發酵物料溫度，便于反應器內溫度與濕度的調控；⑧氣相雙動態的周期、振幅與波形由進出氣閥的適時自動控制系統完成，可以隨發酵過程對供氧與發熱要求進行計算機在線優化控制。通過微生物農藥Bt可濕性粉劑、白僵菌和纖維素酶為示范性產品的試驗證實，該發酵裝置顯示出諸多優于液體深層發酵的技術經濟指標；實現了嚴格意義上的純種培養；實現了規模化生產；周期刺激使發酵效價提高3到5倍，發酵過程中溫度、濕度、pH值可控；真空冷凝干燥與超音速氣流粉碎不但不使毒力效價降低，反而有所提高；無三廢排放等。目前已有的試驗與生產實踐結果證明，無論是細菌，還是霉菌、放線菌，均可采用此現代固態發酵技術實現純種大規模培養，尤其是對后者效果更佳。

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