一、固态发酵技术

固态发酵：微生物在没有或基本没有游离水的固态基质上的发酵方式，固态基质中气、液、固三相并存，即多孔性的固态基质中含有水和水不溶性物质，一般含水量为12%~80%。

二、固态发酵优点及与液态发酵的对比分析？

2.1固态发酵技术特征

特征一：三项系统且无自由水。固态发酵是指在几乎无自由水存在或有一定湿度的水不溶性固态基质中，由一种或多种微生物发酵的生物反应过程。这种固态基质既为微生物生长代谢提供所需的碳源，能源和其他营养物质，又是微生物生长的微环境，从生物反应过程的本质考虑，固态发酵是以气相为连续相、以膜及其覆盖的固相为固定相的三相系统。

特征二：基质大多为不溶于水的物料。一方面，当物料的水分含量低于12%时，微生物的生长就会受到抑制：另一方面，对大多数固态发酵物料来说，当含水量高于80%时，就会出现游离水。因此，固态发酵的含水量通常控制在12%~80%之间。大多含水量在60%左右（典型的液态发酵方式中，发酵液中的含水量在95%以上），但需要指出的是，基质含水量与自由流动水的含量没有必然联系。对于某些持水力较强的固相基质（如植物原料、甜菜等），即使发酵基质的含水量在80%以上，固相之间的自由流动水也仍然较少，因此，含水量并不是界定固态发酵的唯一标准。

特征三：混菌发酵可开发发酵。固态发酵一般采用开放式发酵系统，以多菌种的混合发酵为主，我国许多发酵产品都是多菌种发酵，随着微生物发酵过程的不断进行，华体会体育最新地址 的微生态环境发生变化，微生物的种群也随之按一定的规律发生演替，从另一个角度来看，传统固态发酵易污染杂菌，

特征四：廉价的天然华体会体育最新地址 。对许多固态发酵来说，只需在选定的谷物原料中加适量的水，就能制成微生物生长发酵的华体会体育最新地址 ，没有液态发酵的华体会体育最新地址 那样复杂，此外，固态物料的水分含量较低，水活度值较低，杂菌不易生存、即使染菌，对于固态发酵的影响也相对较小，有的固态发酵产品无需提纯就可以直接用于生产或使用；与液态发酵相比，传统固态发酵技术能耗和生产成本低，但操作繁复，劳动强度大。

2.2 固态发酵与液态发酵技术对比分析:

为了更好的理解固态发酵工艺，我们从以下17个维度比较固态发酵与液态发酵的技术差别：

三、发酵型饲料产品包括发酵饲料与发酵型添加剂

3.1 发酵型饲料

粗饲料经过微生物发酵而制成的饲料为发酵饲料，粗饲料中富含纤维素，半纤维素，果胶物质，木质素等粗纤维和蛋白质，直接饲用增加动物肠道负担，引起相关肠道疾病，发酵型饲料产品不但可以弥补常规饲料中容易缺乏的氨基酸，而且能使其它粗饲料原料营养成份迅速转化，达到增强消化吸收利用效果。最终的营养成分包括：微生物菌体蛋白、生物活性小肽类氨基酸、微生物活性益生菌、复合酶制剂。

可被发酵的物料包括：青储饲料；稻谷粉、玉米粉、麦麸、米糠等料粉；甚至含有未被消化蛋白质的粪便像猪粪、鸡粪亦可被发酵成饲料。

发酵饲料的意义在于营养强化，增强吸收；改善饲料品质、增加产品适口性。

3.2 微生物饲料添加剂

微生物饲料添加剂是通过在饲料产品中添加一定比例的益生菌组合，以达到平衡动物肠道生态系统微生物菌群的效果。具体包括三方面：益生菌促进饲料产品的分解代谢及吸收利用，竞争抑制或通过代谢物抑制动物肠道致病菌爆发。常用的微生物添加剂包括：芽孢杆菌、乳酸菌、酵母菌，光合细菌等多种有益菌。

由于抗生素产品的滥用导致人类社会产生了严重的抗生素，饲料行业抗生素已全面禁用，目前对于促生长类抗生素的最佳替代方案即是通过添加微生物类饲料添加剂，以期提高料肉比，提升饲料转化率。

下表11种促生长类抗生素产品已全面禁用：

序号	名称	作用	适用动物
1	土霉素钙预混剂	促生长、预防疾病、增强抵抗力	仔猪、幼禽
2	杆菌肽锌预混剂	促生长、抗菌	猪、鸡
3	阿维拉霉素预混剂	促生长、预防肉鸡坏死性肠炎、控制仔猪腹泻	猪、鸡
4	恩拉霉素预混剂	促生长、预防猪、鸡革兰氏阳性菌感染	清鸡
5	哇烯酮预混剂	促生长、抗菌	清
6	黄霉素预混剂	促生长、抗菌	猪、鸡、牛
7	维吉尼亚霉素预混剂	促生长、抗菌	陈鸡
8	那西肽预混剂	促生长、抗菌	清鸡
9	吉他霉素预混剂	促生长、抗菌	猪、鸡
10	金霉素预混剂	促生长、抗菌、治疗猪喘气病、仔猪腹泻	票药宝
11	亚甲基水杨酸杆菌肽预混剂	促生长、抗菌	猪、鸡、鸭

信源：中华人民共和国农业农村部公告 第194号

http://www.moa.gov.cn/gk/tzgg_1/gg/201907/t20190710_6320678.htm

四、11种固态发酵设备（方式）说明

发酵饲料在国外工业化生产时间比较早、技术成熟，主要以液态发酵或酶解技术为主。日本、美国等国家的饲料企业为降低设备成本竟相对固态发酵工艺及其关键设备进行研究。迄今已研制多种类型的固态发酵反应器，根据物料基质的运动情况可以分为静态固态发酵反应器和动态固态发酵反应器。静态反应器内发酵基质在发酵过程中基本处于静止状态， 工艺环境稳定。动态固态发酵反应器的基质在发酵过程中处于间断或连续的运动状态， 强化了传质传热。

固态发酵主要用于发酵饲料，饲料添加剂主要以液态发酵为主，本篇主要介绍固态发酵在饲料添加剂行业的应用。

国内外固态发酵反应器包括有托盘式发酵器、转鼓式发酵器、搅拌式发酵反应器、旋转圆盘式发酵机、压力脉冲固态发酵反应器、滚筒式固体发酵机以及卧式固态物料发酵罐等。

1. 托盘式反应器

托盘式反应器又称浅盘式反应器，是最简单的固态发酵反应器，应用规模化生产可通过增加或减少托盘数量来调节物料的多少。它由一个密闭空间和许多可移动的小托盘组成。

其基本特点是：①相对比较薄的发酵基质铺在一个面积相对比较大的托盘上；②没有强制的通风，但托盘上可以有孔，空气可以缓慢的在托盘周围循环；③发酵基质的温度随着反应器周围环境温度而变化，因此可以通过控制反应器所在的空间温度来控制反应器的内部温度。

托盘式发酵中存在占用面积大、散热效果不理想、耗费劳动力大等问题。华体会体育最新地址 经灭菌冷却装入浅盘，通过空气增湿器调节空间的温湿度，可通入经过滤的无菌空气，满足菌体生长对氧的需求。浅盘发酵中由于存在对流空气，散热效果不理想，发酵物料的厚度有一定限制；另外，浅盘发酵中还涉及到氧气消耗问题，因而对此类生物反应器进行设计时应考虑强制通风，避免这类问题的产生。虽然浅盘反应器操作简便，产率较高，产品均匀，但因体积过大，耗费劳动力大，无法进行机械化操作，不适宜在工业生产中应用。

 

2. 转鼓式反应器

转鼓式反应器一般包括基质床层、气相流动空间和转鼓壁等组成的多相反应系统。与传统的固态发酵反应器不同的是转鼓式反应器基质床层并不是铺成平面，而是由处于滚动状态的固体华体会体育最新地址 颗粒构成。转鼓式反应器适合固态发酵的特点，可满足充足的通风和温度控制，因而对它的研究也较多。

转鼓式反应器核心原理及特点如下：

• 传氧：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。
• 传质：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。
• 传热：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。
• 优点：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。
• 缺点：这一类反应器在生产和应用过程中，有时会出现结块现象，而且转动速率偏大时还存在剪切力对微生物菌丝体生长的影响。

3. 搅拌式反应器

搅拌式反应器利用机械搅拌器的作用，使空气和发酵基质充分混合，促进氧的溶解，以保证供给微生物生长繁殖和代谢所需的溶解氧，是一种封闭式的发酵模式。搅拌式发酵反应器和液态反应器类似，一般有立式和卧式之分。卧式反应器根据搅拌方式又可分为转轴式和转筒式。但由于固态基质的搅拌特性，对搅拌浆的设计有特殊要求。由于固态发酵基质特有的性质，因此对于搅拌器的要求较高，有设计是通过冷却液在箱体上流动，通过薄壁吸收发酵箱内的热量，同时搅拌器的不断搅拌和内部通风让固态物混合均匀散热均匀，并且通过空气来控制发酵箱内部的湿度等参数。

 

4. 旋转圆盘式发酵机

旋转圆盘式发酵机是目前国内较为先进的新型固态发酵设备。特点是密封效果好，不仅杜绝了杂菌污染，更能有效地保持温、湿度，并能方便地进行自动化测温、控温、控湿，为微生物生长繁殖提供了有利条件。料床为圆盘动力旋转式，既可以消除发酵死角，又得以与入料、翻料、摊平、出料等机构有机地配合，实现出入料、摊平、翻料机械化，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，该机适用于发酵周期短的产品生产。

5. 压力脉动固态发酵反应器

压力脉动固态发酵反应器设计主要是以流体静力学理论为基础（固相华体会体育最新地址 静态），以法向作用力为动力源（气相动态周期作用力），强调生物反应器是一个非线性活细胞代谢与周围环境进行质量、热量、能量、信息交换的生态系统，是由生命系统和环境系统组成的特定空间，而不是单一的装置。用无菌空气对密闭低压容器的气相压力施以周期性脉动。峰压时间与谷压时间由人为设定控制，并随发酵时间而变化，一般在对数增长期变化频率高，延迟期与稳定期频率小。周期一般随需要而定。

压力脉动对固体华体会体育最新地址 是静态，但对气相则是动态。其发酵设备的成果处于国际领先水平。目前，压力脉动固态发酵反应器已成功地从实验室的2L、50L、800 L放大到 25 m³、50 m³、70 m³的工业级生产规模。并对装料方式等进行了改进。应用范围涉及到抗生素、酶制剂、有机酸、食品添加剂、生物农药和生物肥料等。

6. 滚筒式固体式发酵机 

一种多功能固态发酵设备，可应用于制曲、酶制剂固态发酵工程、生物农药固态发酵工程、生物色素固态发酵工程、工农业废渣固态发酵饲料蛋白工程等场合；集配料、混合、灭菌、冷却、接种、发酵于一身，可实现强制通风，无菌发酵操作，温度自控；整机低速旋转使发酵物得到均匀混合，从而有很好的传热、传质性能，由于剪切力较低，不会对菌丝的正常生长造成伤害。     

7. 卧式固态物料发酵罐 

一种新型可适用丝状真菌的固态物料发酵罐。物料在同一设备里完成混合、灭菌、接种、培养、出料等整个过程；性价比要高，有推广应用价值。本固态物料发酵罐为固定卧式罐体，两端封头用法兰与罐体联接，接有温、湿度监测仪及排气孔，罐体上接有蒸汽及灭菌空气进口，搅拌叶片呈一定角度排列装于搅拌轴上，罐体上装有进料口和出料口，罐体外有夹套，夹套外有保温层。该固态物料发酵罐与现有设备相比，有以下优点: ①物料直接在罐内灭菌、冷却，从而避免了物料的二次污染；②在灭菌和发酵的过程中，物料通过叶片的正、反转，保证物料的疏松、均匀，提高了发酵的均匀性，缩短了发酵周期，提高了生产率；③由于通入无菌空气，大大降低了杂菌污染率，提高了产品的得率和质量；④可适用于丝状菌体的工业化生产。

8. 半透性塑料袋

半透性塑料袋是采用一种半透性塑料膜制成的容器。空气可自由进出，但水汽不能透过塑料袋。在药用或食用菌的培养中常用，类似于三角瓶或塑料瓶发酵。

9. 堆积发酵

传统的堆肥和青储饲料，采用这种堆积方法。只需要选择一块平整而结实的地面，地面铺上干草，将物料堆积其上，物料外面用泥土或塑料布盖严实即可。这种方式简单实用，费用低。这种发酵方式的缺点主要是无法控制温度。随着条件的改善，已开发了专门用于青储饲料或堆肥的设备。

10. 地窖发酵

地窖可用于青储饲料的生产，但地窖广泛应用于传统白酒的发酵，故地窖也称为酒窖或泥窖。掘地为窖，将发酵容器建在地面下，此法创于何时何地，历史文献中少有记载。四川省宜宾有窖龄达五六百年的老窖，地窖的挖筑、采用在明代之初。

11. 酿缸发酵

酿缸发酵容器，主要有陶瓷、混凝土池和金属罐。大多数用于半固态发酵。发酵初物料常呈固态，但发酵时物料被液化，故呈半固态。

上述各种固态反应器中，目前常用的是盘式、转鼓式及搅拌式反应器。固态发酵有许多液态发酵所不具备的优势，发酵设备的改进和完善对提高固态发酵生产效率有一定的积极作用。但是，由于微生物种类繁多，菌种之间的特性不同，一种发酵设备不可能适合各种微生物的培养要求。在研制新型固态发酵反应器时，通风、温控、物料状态、机械化程度、操作清洗等仍然是需要考虑的关键方面。而且，考虑到市场需求、产品特性及生产成本，并不是越高级、越昂贵的设备越好，相反很多价值不菲的产品只有通过比较原始的发酵设备生产出来，才能保持其特有的品性。所以，在选择发酵设备的时候，必须全面掌握该菌种的生理、生产特性和所选设备的缺点、生产成本，因菌而异，才能科学合理的利用固态发酵技术。

 

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