固态发酵技术物质和热量课件.ppt

第四章 固态发酵物质和热量的传递及平衡
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概述
固态发酵中液态、固态和气态三类物质共存于一个体系，物及酶之间相对不动，这都造成物质传递困难。
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液态发酵，各种培养基成分均匀地分散（或溶解）在液相中；物质浓度的变化与时间有关，与其所处的空间位置无关。
固态发酵基质的物质浓度不仅与时间有关，也与空间位置有关（径向距离和轴向距离）。即存在浓度梯度。
物料层的不同位置存在浓度梯度，发酵物料颗粒的不同部位也存在浓度梯度，这是固态发酵物料的特征之一。
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物料颗粒及菌体不同部位各种物质的浓度梯度
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固态发酵过程中的物质传递
气体类物质的传递
固态类物质的传递
液态类物质的传递
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气体类物质的传递现象主要包括：
在静止的气相层，氧气和二氧化碳的扩散；
气生菌丝消耗氧并释放出二氧化碳；
在物料颗粒表面氧气和二氧化碳透过液膜传递；
在物料颗粒内氧和二氧化碳的扩散；
浸没在液相环境中的菌丝吸收氧气并释放出二氧化碳；
氧气通过一系列的过程传递到微生物细胞。
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固态类物质的传递现象主要包括：
固体类物质包括：菌体、酶和分子量不等的各种物质（淀粉、蛋白质、氨基酸、葡萄糖等）。
物质的溶解：固态发酵过程中各类大分子物质在水中不断地溶解。
物质的代谢：基质中各种分子物质在微生物酶的作用下，通过复杂的代谢网络和调控机制进行分解代谢和合成代谢，各种物质相互关联和作用，形成复杂的物质传递链。
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菌体的生长及酶的分泌：微生物摄取小分子的营养物质生长；微生物菌丝体以延伸或分支的方式生长；气相菌丝内的细胞器的移位；微生物分泌水解酶；酶在基质中的扩散。
酶对大分子物质的水解作用，产生小分子水解产物。
小分子水解产物在物料颗粒内的扩散。
营养物在基质内的扩散及被微生物吸收利用。
代谢产物的释放及扩散。
固态类物质的传递现象主要包括：
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液态类物质的传递现象包括：
固态发酵过程中的水分发挥着极为特殊的桥梁和介质的作用。
固态物质和气态物质都要溶解于水中才能进行传递。
水分自身不断地产生和被消耗，并在反应器内的固相和气相之间进行传递。
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水分传递的方式：
微生物的生长或维持等代谢活动释放代谢水分；
新细胞吸收利用水；
在物料颗粒内水的扩散；
在颗粒表面水膜上水的蒸发；
在静态气相层中水汽的扩散；
气相中的水汽凝结成液态水（附着于罐壁或固态基质中）。
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固态发酵过程氧的传递
固态发酵反应器通风方式有两种：
强制通风：即空气主体穿过物料层主体（从物料层的下方通入，上方排出，或方向相反）；强制通风时空气应具有一定的压力。
非强制通风：即空气主体与物料主体大致分属于两个不同区域。
如浅盘式发酵，气体通过自然扩散与固相物料接触；而卧式转鼓式反应器，空气从反应器的一端的顶空层进入，当物料层在转鼓内运动（运动方式有多种）时，一部分物料与顶空层的部分气体接触而发生气体物质的交换。
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液态和固态发酵氧传递的区别
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