3动态密闭式固态发酵设备的特点及应用
　　与静态密闭式固态发酵最根本的区别是，动态密闭式固态发酵过程中培养基处于连续或间歇搅拌状态。由于静态发酵过程产生的代谢热很难被有效移除，现实中，大多数固态发酵大规模生产都是在有搅拌的系统中完成的。这种系统具有高效的冷却系统，解决了代谢热扩散问题，具有较高的生产效率。此外，搅拌也为发酵系统提供了发酵环境的一致性，为大多数重要过程参数(如温度和水分含量)进行充分的控制提供了可能。良好的搅拌肯定会提高过程控制的效果，但搅拌对生产效率的影响却存在争议。

 一些文献报道，由于搅拌导致的传质、传热性能改善所带来的效果要优于搅拌所带来的不良影响，而另有一些研究表明，搅拌会使生产率降低。因此，搅拌对固态发酵体系提出了额外要求。首先，固态基质要能够耐剪切，并且不能存在由于搅拌而结块的倾向；其次，搅拌会损伤菌丝，进而可能影响其生长与代谢。
3.1搅拌式生物反应器
　　搅拌式生物反应器是最简单的动态发酵设备，它和填充床式反应器有许多类似之处，不同的地方就是搅拌式反应器有搅拌浆。通过控制这个搅拌浆，可以连续操作或周期操作。根据搅拌轴的方向，搅拌式反应器可分为水平搅拌式和转鼓式。二者的区别是，水平搅拌式中发酵基质的运动是由搅拌轴的运动来实现的，而在转鼓式中是由罐体的运动来实现的，除此以外，其他方面都很类似。荷兰Wageningen大学成功研制了可较好控制温度和湿度的水平搅拌反应器，可用于不同的生产目的，但因为热只能通过器壁移出，使得该装置在大规模生产时效率较低。Durand等人利用计算机技术为反应器研制了一个行星混合装置，使反应器的灭菌过程、发酵过程得到很好控制，并申请了专利。这种反应器已经用于没食子酸固态发酵的反馈生产以及分生孢子的生产。
3.2转鼓式生物反应器
　　转鼓式生物反应器其主体是一个水平或倾斜的圆柱体，圆柱体绕着它的中轴旋转而使反应器中的发酵底物随之翻动，也可以在反应器中增加搅拌装置以强化底物的搅拌程度。与固定床相比，转鼓式反应器优点在于可以防止菌丝体与反应器粘连，转鼓旋转使筒体内基质达到一定程度的混合，菌体所处环境比较均一，使传质和传热状况得以改善。转鼓式反应器的主要特点是空气从基质的顶部吹过，空气和基质的热量和物质交换是通过反应器的转动来促进的。这种反应器中，热量的传递主要有两种途径：一是直接通过对流和蒸发将热量传递到反应器的顶部空气；二是由反应器的壁传导传递。控制温度的办法主要有：将反应器放置在控温的培养室内；将反应器部分浸在水浴中；或者用水浇在罐体上降温；也可以用干空气增加基质的水分蒸发来降温，因为这样的反应器可以从顶部通过喷水来调节基质的水分含量。Kalogeris等改进的转鼓反应器包括：器壁带水夹套、具穿孔能力的圆柱形鼓、发动机、热交换器、增湿器、冷凝器和蠕动泵等，出口的水蒸汽在增湿器里浓缩、收集、重新循环使用。Alberto等设计的转鼓反应器由一个缓慢旋转的金属网丝制成的圆柱体组成。当圆柱体旋转时，载体和真菌与圆柱体顶部空气接触，保证了适量的氧传递。
3.3气固流化床反应器
　　气固流化床反应器是通过流体的上升运动，使固体颗粒维持在悬浮状态下进行反应的装置。气固流化床的基本特点是：一个高径比很大的圆柱体，流速足够大的空气从床底部的孔板中吹入使基质颗粒悬浮，可能有一个特制的搅拌装置用来协助搅拌基质颗粒。其优点如下：①通气良好，有助于好氧微生物的生长；②代谢热的去除十分完全，不会发生培养温度过高的问题；③气体和挥发性的代谢物可以很快消失，从而减少反馈抑制；④混合效果很好，从而消除了发酵基质中的温度和湿度梯度，有利于过程中工艺参数的控制；⑤某些产物(如单细胞蛋白)可以直接在反应器中进行干燥；⑥相对于传统的固态培养，生产效率大大提高，因此可以减少生产所占用的空间和生产操作费用。因为不是所有的基质都可以很容易地被悬浮起来，所以这种反应器只能用在那些基质有比较好流化行为的工艺中。一般来说，粒径分布越窄的细小颗粒越容易保持流化状态。相反，易聚合成团的颗粒由于撞击、碰撞难以维持流化状态。目前，利用该反应器较多的是日本，主要用来生产单细胞蛋白、酶和生物杀虫剂等。
3.4立式多层固态发酵罐
　　立式多层固态发酵罐具有占地面积小、自动化程度高、生产能力大、易于检测和控制等优点。发酵物料可以在发酵罐内进行蒸煮、灭菌、降温等操作，更重要的是实现了发酵罐内接种、发酵罐内喷淋加湿、自动翻料、温湿度自动检测显示、自动进出料等自动控制操作过程。可以在常温、常压下工作，利用夹套、内蛇管和无菌空气进行加热和冷却。由于发酵物料是在密闭条件下进行发酵，而且进入发酵罐内的空气和水都经过灭菌处理，消除了杂菌污染的可能性，使最终产品的质量有了确切保证。发酵罐的每层物料都装有机械搅拌器，通过轴向搅拌的翻料形式使物料上下翻动均匀。发酵罐外部每层都设有视镜、无菌取样口，发酵罐内的堆料板、搅拌器都可以拆卸，因此维护保养十分方便。立式多层固态发酵罐可以用于菌体蛋白、纤维素酶、淀粉酶、四环素、赤霉素、红曲、醋曲、酱曲的生产，生物制药，饲料和菜籽饼固态发酵产酶等许多领域，并且固态发酵罐可以利用液态发酵难以利用的原料。
3.5旋转圆盘式反应器
　　旋转圆盘式反应器为全封闭式结构，主要构件包括旋转筛盘、抛撒机构、摊刮机构、翻料机构、空气过滤装置、通风设备和控制系统等。其中以广东省农业机械研究所研制的GTF-5为典型代表。该设备密封效果好，杜绝了杂菌污染，能方便的进行自动化测温、控温、控湿，为微生物的培养提供有利条件。料床为圆盘动力旋转式，既可以消除发酵“死角”，又得以投料、铺平、翻料机械化，极大的方便了生产，从而可与前后工序的设备配套，形成自动化程度较高的生产线。该设备在菌体蛋白、多酶活性蛋白粉及脱毒菜籽饼等发酵饲料中已得到应用。
3.6气相双动态固态发酵生物反应器
　　该发酵装置由中科院过程工程研究所研制而成，其主要设备包括卧式固态发酵罐、罐内压力脉动控制系统、罐内空气循环系统、小推车盘架系统和机械输送系统。其工艺过程具有以下特点：①无固体层机械翻动装置，由薄层、气相双动态及循环风机达到传质与传热要求；②由于无固体翻动机械传动，反应器结构简单容易密封，便于工业放大；③反应器为一受压容器，可用于压力蒸汽进行严格的空罐或实罐灭菌，无死角，便于清扫；④采用无菌压缩空气供氧，发酵过程中反应器为正压状态，故能严格达到纯种固态培养的要求；⑤气相双动态可促进微生物代谢、强化细胞内外的传质、减少代谢产物的反馈抑制，从而具有缩短发酵周期、提高转化率的功能；⑥反应器的环形结构与循环鼓风机可使反应器内的温度、湿度均匀一致；⑦反应器内设置冷却排管，加之循环风机配合后，强制罐内气相空气顺次通过物料和冷却排管，降低发酵物料温度，便于反应器内温度与湿度的调控；⑧气相双动态的周期、振幅与波形由进出气阀的适时自动控制系统完成，可以随发酵过程对供氧与发热要求进行计算机在线优化控制。通过微生物农药Bt可湿性粉剂、白僵菌和纤维素酶为示范性产品的试验证实，该发酵装置显示出诸多优于液体深层发酵的技术经济指标；实现了严格意义上的纯种培养；实现了规模化生产；周期刺激使发酵效价提高3到5倍，发酵过程中温度、湿度、pH值可控；真空冷凝干燥与超音速气流粉碎不但不使毒力效价降低，反而有所提高；无三废排放等。目前已有的试验与生产实践结果证明，无论是细菌，还是霉菌、放线菌，均可采用此现代固态发酵技术实现纯种大规模培养，尤其是对后者效果更佳。

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