固態(tài)發(fā)酵原理、設(shè)備與應(yīng)用

前言

　　我國(guó)固態(tài)發(fā)酵技術(shù)，歷史最為悠久，尤其是好氧微生物的固態(tài)發(fā)酵技術(shù)，領(lǐng)先于世界其他國(guó)家數(shù)千年，技術(shù)最為全面，產(chǎn)品最為豐富；西方國(guó)家，歷史上的液態(tài)發(fā)酵技術(shù)（如應(yīng)用于啤酒和葡萄酒行業(yè)）相對(duì)較強(qiáng)，現(xiàn)代以來(lái)，液態(tài)好氧發(fā)酵技術(shù)稱雄于世界，而固態(tài)發(fā)酵起步較晚，技術(shù)所涉及的領(lǐng)域及產(chǎn)品種類較少。本書的編寫過(guò)程中采納了十多年來(lái)，尤其是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外固態(tài)發(fā)酵原理、設(shè)備及應(yīng)用的研究成果，從中發(fā)現(xiàn)一些值得深思的現(xiàn)象。在我國(guó)固態(tài)發(fā)酵技術(shù)文獻(xiàn)資料往往注重于固態(tài)發(fā)酵過(guò)程操作技術(shù)的描述或總結(jié)，基礎(chǔ)理論研究相對(duì)薄弱，研究時(shí)觀察的角度較為單一，方法較為陳舊。比如，對(duì)固態(tài)發(fā)酵微生物的研究，我國(guó)研究者的研究大多根據(jù)微生物學(xué)的常規(guī)知識(shí)，用常規(guī)的培養(yǎng)方法分離微生物，用普通的形態(tài)觀察或生化特性對(duì)菌種進(jìn)行初步鑒定，用平板計(jì)數(shù)法等簡(jiǎn)單的方法研究固態(tài)發(fā)酵過(guò)程中微生物數(shù)量的變化等。而國(guó)外近幾十年來(lái)，對(duì)固態(tài)發(fā)酵技術(shù)的研究開展得如火如荼，比如西方的研究者在研究固態(tài)發(fā)酵的某一技術(shù)問(wèn)題時(shí)，往往是多學(xué)科、多層次，從不同的角度，通過(guò)不同的手段來(lái)研究，并熱衷于探索其規(guī)律性，建立數(shù)學(xué)模型。如對(duì)微生物菌體量的研究方法就包括：采用間接的物理和化學(xué)方法測(cè)定菌體量；用共焦掃描式激光顯微鏡研究霉菌菌絲在培養(yǎng)基的空間分布；用數(shù)學(xué)模型描述菌絲體末端、菌絲體的分枝生長(zhǎng)的定量關(guān)系；用壓差法和成像分析法測(cè)定菌體量；通過(guò)呼吸量測(cè)定菌體生物量等。在固態(tài)發(fā)酵技術(shù)領(lǐng)域，國(guó)際知名雜志上發(fā)表的高水平論文也以外國(guó)研究者居多。國(guó)外對(duì)固態(tài)技術(shù)的研究思路及研究手段，有許多方面值得我們學(xué)習(xí)?！　」虘B(tài)發(fā)酵的生產(chǎn)是一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程，包括原料預(yù)處理、微生物、發(fā)酵工藝、發(fā)酵設(shè)備及下游工程五大系統(tǒng)。全書共分為12章，前6章重點(diǎn)介紹上述5個(gè)系統(tǒng)，并介紹了固態(tài)發(fā)酵的質(zhì)量傳遞和熱量傳遞的最新研究成果。固態(tài)發(fā)酵設(shè)備方面重點(diǎn)介紹了固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器。第7～12章是固態(tài)發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用。除了系統(tǒng)介紹固態(tài)發(fā)酵技術(shù)和設(shè)備外，書中內(nèi)容盡可能較為全面地反映近年來(lái)國(guó)內(nèi)外在固態(tài)發(fā)酵領(lǐng)域的研究成果。但因編者水平及能力的限制，書中難免會(huì)遺漏一些重要的內(nèi)容，歡迎同行批評(píng)指正?！　”緯?章至第9章以及第12章，主要由許贛榮編寫；第6章中有關(guān)醬油的部分內(nèi)容由謝韓編寫；第9章中有關(guān)醋的部分內(nèi)容由吳玨編寫。第10章和第11章主要由胡文鋒、羅文華和何謙等編寫?！　〈藭瓿芍畷r(shí)正是我本科階段的母?！A南理工大學(xué)（原華南工學(xué)院）建校56周年及研究生階段母?！洗髮W(xué)（原無(wú)錫輕工業(yè)學(xué)院、無(wú)錫輕工大學(xué)）建校50周年之際。謹(jǐn)以此書獻(xiàn)給這兩所培育了成千上萬(wàn)發(fā)酵工程專業(yè)人才的學(xué)校。

內(nèi)容概要

　　作為固態(tài)發(fā)酵的系統(tǒng)專著，《固態(tài)發(fā)酵原理、設(shè)備與應(yīng)用》對(duì)于發(fā)酵工程、生物工程，食品工程、農(nóng)產(chǎn)品深加工等領(lǐng)域的研究生和其他研究人員有很強(qiáng)的參考價(jià)值，也可供作為相關(guān)專業(yè)的研究生教材。近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)外對(duì)工業(yè)生物技術(shù)及生物基產(chǎn)品制造技術(shù)的日益重視，固態(tài)發(fā)酵作為一門應(yīng)用于食品領(lǐng)域的傳統(tǒng)技術(shù)，因其節(jié)能、節(jié)水，清潔化生產(chǎn)等優(yōu)勢(shì)受到研究者的廣泛關(guān)注。現(xiàn)有的固態(tài)發(fā)酵的文獻(xiàn)資料，往往注重于固態(tài)發(fā)酵過(guò)程操作技術(shù)的描述或總結(jié)，基礎(chǔ)理論研究相對(duì)薄弱。《固態(tài)發(fā)酵原理、設(shè)備與應(yīng)用》系統(tǒng)闡述了固態(tài)發(fā)酵技術(shù)的原理、設(shè)備及應(yīng)用，在編寫中體現(xiàn)了下列特色：總結(jié)歸納了固態(tài)發(fā)酵過(guò)程基礎(chǔ)理論布面的研究咸果，讓讀者知其所以然；列出了許多工業(yè)化及新型固態(tài)發(fā)酵設(shè)備，便于研究者合理選擇反應(yīng)器；收錄了許多固態(tài)發(fā)酵的應(yīng)用實(shí)例，基本涵蓋了固態(tài)發(fā)酵的所有應(yīng)用領(lǐng)域和方向。

書籍目錄

第1章 緒論1.1 固態(tài)發(fā)酵的定義1.2 固態(tài)發(fā)酵技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)史1.2.1 傳統(tǒng)固態(tài)發(fā)酵技術(shù)1.2.2 近現(xiàn)代固態(tài)發(fā)酵技術(shù)1.3 固態(tài)發(fā)酵基本過(guò)程1.3.1 原料預(yù)處理1.3.2 物料的輸送1.3.3 菌種擴(kuò)培1.3.4 固態(tài)發(fā)酵過(guò)程及控制1.3.5 固態(tài)發(fā)酵產(chǎn)品的后處理1.4 固態(tài)發(fā)酵的特點(diǎn)1.5 固態(tài)發(fā)酵的應(yīng)用1.5.1 在釀酒行業(yè)的應(yīng)用1.5.2 在食品工業(yè)中的應(yīng)用1.5.3 在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用1.5.4 在醫(yī)藥中的應(yīng)用1.5.5 在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用1.5.6 在其他行業(yè)的應(yīng)用1.6 固態(tài)發(fā)酵技術(shù)的展望1.6.1 固態(tài)發(fā)酵過(guò)程基礎(chǔ)理論的研究1.6.2 固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和放大1.6.3 加強(qiáng)固態(tài)發(fā)酵設(shè)備與其他設(shè)備的配套研究1.6.4 固態(tài)發(fā)酵過(guò)程及產(chǎn)品污染的控制參考文獻(xiàn)第2章 固態(tài)發(fā)酵原料預(yù)處理、蒸煮及滅菌技術(shù)2.1 發(fā)酵原料及預(yù)處理2.1.1 固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)基的主要原料2.1.2 固態(tài)物料的物性參數(shù)2.1.3 原料預(yù)處理的方式2.2 原料蒸煮、膨化及焙炒2.2.1 原料的熟化方式2.2.2 蒸煮2.2.3 原料的膨化處理2.2.4 炒麥機(jī)2.2.5 原料的無(wú)蒸煮技術(shù)2.2.6 原料的物理及化學(xué)處理法2.3 固態(tài)物料的輸送2.3.1 固態(tài)物料輸送的特點(diǎn)2.3.2 固態(tài)物料的輸送相關(guān)的設(shè)備及設(shè)施參考文獻(xiàn)第3章 固態(tài)發(fā)酵微生物及其培養(yǎng)技術(shù)3.1 固態(tài)發(fā)酵微生物3.1.1 固態(tài)發(fā)酵優(yōu)勢(shì)微生物和特征微生物3.1.2 傳統(tǒng)固態(tài)發(fā)酵過(guò)程的多菌種混合發(fā)酵3.2 微生物生態(tài)學(xué)及在固態(tài)發(fā)酵中的應(yīng)用3.2.1 傳統(tǒng)的微生物生態(tài)學(xué)3.2.2 微生物分子生態(tài)學(xué)技術(shù)及在固態(tài)發(fā)酵微生物中的應(yīng)用3.2.3 白酒發(fā)酵微生物的代謝3.3 霉菌3.3.1 霉菌簡(jiǎn)述3.3.2 霉菌的生長(zhǎng)繁殖3.3.3 霉菌生長(zhǎng)的影響因素3.3.4 霉菌孢子的培養(yǎng)3.3.5 真菌的分離純化3.3.6 霉菌的育種及保藏3.4 固體種曲擴(kuò)大培養(yǎng)技術(shù)3.4.1 紅曲曲種的培養(yǎng)3.4.2 根霉種曲的表面培養(yǎng)技術(shù)3.4.3 厚層通風(fēng)制種曲3.4.4 活性干酵母固態(tài)培養(yǎng)技術(shù)3.4.5 種曲培養(yǎng)機(jī)純粹培養(yǎng)三級(jí)種3.5 固態(tài)發(fā)酵菌體量的測(cè)定3.5.1 固態(tài)發(fā)酵生物量的特點(diǎn)3.5.2 細(xì)胞生物量直接檢測(cè)法3.5.3 細(xì)胞生物量間接檢測(cè)法參考文獻(xiàn)第4章 固態(tài)發(fā)酵生物反應(yīng)器4.1 固態(tài)發(fā)酵生物反應(yīng)器的構(gòu)造和基本性能要求4.2 固態(tài)發(fā)酵生物反應(yīng)器的分類4.3 傳統(tǒng)固態(tài)發(fā)酵設(shè)施或裝置4.3.1 培養(yǎng)瓶4.3.2 滾動(dòng)瓶4.3.3 半透性塑料袋4.3.4 堆積發(fā)酵4.3.5 地窖發(fā)酵4.3.6 釀缸發(fā)酵4.4 現(xiàn)代固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器4.4.1 淺盤式培養(yǎng)反應(yīng)器4.4.2 填料床型反應(yīng)器4.4.3 轉(zhuǎn)鼓式生物反應(yīng)器4.4.4 連續(xù)翻料強(qiáng)制通風(fēng)型生物反應(yīng)器4.4.5 間歇式攪拌翻料強(qiáng)制通風(fēng)型反應(yīng)器4.4.6 固態(tài)連續(xù)發(fā)酵生物反應(yīng)器4.4.7 氣相雙動(dòng)態(tài)固態(tài)發(fā)酵生物反應(yīng)器4.5 固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器的配套設(shè)備4.5.1 無(wú)菌空氣制備系統(tǒng)4.5.2 固態(tài)發(fā)酵罐的罐內(nèi)接種裝置4.5.3 固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器的自動(dòng)控制4.6 固態(tài)發(fā)酵生物反應(yīng)器性能的分析及選擇4.7 固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器的放大參考文獻(xiàn)第5章 固態(tài)發(fā)酵物質(zhì)和熱量的傳遞及平衡5.1 概述5.2 固態(tài)發(fā)酵物料的特性5.2.1 物料層和頂空層的物料的宏觀分析5.2.2 物料層的微觀分析5.2.3 固態(tài)發(fā)酵物料的非均質(zhì)性5.2.4 固態(tài)發(fā)酵過(guò)程中的物質(zhì)傳遞5.3 固態(tài)發(fā)酵過(guò)程氧的傳遞5.3.1 氣體傳遞的基本原理5.3.2 濕菌體層模型5.3.3 固態(tài)發(fā)酵氧傳遞過(guò)程，5.3.4 固態(tài)發(fā)酵氧傳遞的限速步驟5.3.5 工程變量對(duì)固態(tài)發(fā)酵傳氧的影響5.3.6 攝氧速率5.4 水的傳遞與物料平衡5.4.1 固態(tài)發(fā)酵過(guò)程中水的存在形式5.4.2 水活度和水分含量5.4.3 水分的傳遞5.4.4 水平衡方程5.4.5 水分蒸發(fā)及蒸發(fā)熱的去除5.5 物料質(zhì)量傳遞與物料平衡5.5.1 固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)的濃度梯度及擴(kuò)散5.5.2 發(fā)酵培養(yǎng)物的物料衡算5.5.3 菌體量和培養(yǎng)物干基總量關(guān)系5.5.4 固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)的消耗5.5.5 固態(tài)發(fā)酵產(chǎn)物生成動(dòng)力學(xué)的研究5.5.6 補(bǔ)料發(fā)酵5.6 熱量傳遞和平衡5.6.1 概述5.6.2 熱量傳遞5.6.3 各種固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器熱量平衡參考文獻(xiàn)第6章 固態(tài)發(fā)酵及下游過(guò)程6.1 固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)的4個(gè)階段6.2 固態(tài)發(fā)酵的操作方式6.2.1 固態(tài)分批發(fā)酵過(guò)程6.2.2 固態(tài)分批發(fā)酵微生物的生長(zhǎng)6.3 固態(tài)發(fā)酵工藝條件及控制6.3.1 固態(tài)發(fā)酵溫度控制6.3.2 固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器的通風(fēng)6.3.3 攪拌(翻料)6.3.4 固態(tài)發(fā)酵物料水分的控制策略6.3.5 pH及酸度的控制及測(cè)定6.4 固態(tài)發(fā)酵污染控制技術(shù)6.4.1 固態(tài)發(fā)酵雜菌污染問(wèn)題6.4.2 固態(tài)發(fā)酵常見污染及原因6.4.3 無(wú)菌檢查6.4.4 固態(tài)發(fā)酵污染控制6.5 固態(tài)發(fā)酵產(chǎn)品的滅菌技術(shù)6.5.1 影響滅菌效果的因素6.5.2 固態(tài)發(fā)酵產(chǎn)品的滅菌方法6.5.3 包裝后的固態(tài)發(fā)酵產(chǎn)品的滅菌6.6 固態(tài)發(fā)酵產(chǎn)品的干燥技術(shù)6.6.1 固態(tài)產(chǎn)品的干燥方法6.6.2 含濕多孔介質(zhì)的水分蒸發(fā)機(jī)理及干燥過(guò)程6.6.3 影響干燥速率的因素6.6.4 干燥設(shè)備6.7 其他下游處理技術(shù)——揮發(fā)性物質(zhì)的固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)及回收6.8 發(fā)酵產(chǎn)品的取樣及檢測(cè)參考文獻(xiàn)第7章 酒曲的固態(tài)發(fā)酵及設(shè)備第8章 固態(tài)發(fā)酵酒和醋第9章 固態(tài)發(fā)酵食品1第10章 固態(tài)真菌培養(yǎng)技術(shù)和設(shè)備第11章 固態(tài)發(fā)酵在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用2第12章 固態(tài)發(fā)酵在其他行業(yè)的應(yīng)用及設(shè)備

章節(jié)摘錄

　　第1章　緒論　　1.1　固態(tài)發(fā)酵的定義　　固態(tài)發(fā)酵（solid-state fermentation）過(guò)程可定義為微生物在幾乎沒有游離可流動(dòng)水的培養(yǎng)基質(zhì)上的生長(zhǎng)過(guò)程及生物反應(yīng)過(guò)程。相對(duì)于液態(tài)發(fā)酵而言，固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)基水分含量較低，一般在40％～60％（濕基）。但是物料含水量并不是界定固態(tài)發(fā)酵或液態(tài)發(fā)酵的唯一標(biāo)準(zhǔn)。有的固態(tài)發(fā)酵，即使在物料含水量高的情況下（如濕基含水在70％以上），液態(tài)水也不能作為連續(xù)相存在，物料吸水性非常好，物料仍然呈現(xiàn)較好的固態(tài)特性，這類發(fā)酵仍可稱為固態(tài)發(fā)酵或半固態(tài)發(fā)酵。例如植物原料的青貯發(fā)酵或酸菜的發(fā)酵，物料的含水量都很高，但物料中的水大多是非游離的可流動(dòng)水，其液態(tài)性不明顯?！　」虘B(tài)發(fā)酵物料，或稱為基質(zhì)（substrate），既是微生物生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)源，又是微生物生長(zhǎng)的微環(huán)境，還是發(fā)酵產(chǎn)物的聚集地?；|(zhì)包括各種谷物原料、腐朽的木材，堆積的肥料或青貯飼料，甚至包括土壤。組成培養(yǎng)基的成分大多數(shù)是大分子物質(zhì)，如淀粉、蛋白質(zhì)或纖維素類物質(zhì)。在反應(yīng)器內(nèi)的物料層（fermenting bed），則是微生物菌體、培養(yǎng)基質(zhì)及發(fā)酵產(chǎn)物的混合物。固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器內(nèi)的物料可分為兩相：固態(tài)相（物料層）和氣相。宏觀上固態(tài)發(fā)酵物料層可看成是均一相。但從微觀上看，物料層同時(shí)存在固、液、氣3種物質(zhì)狀態(tài)：固態(tài)基質(zhì)、與固態(tài)基質(zhì)緊密結(jié)合的液態(tài)相（包括少量的游離水）和物料顆粒間隙中的氣相。在某些情況下（如強(qiáng)制通風(fēng)的填料床式固態(tài)發(fā)酵，流化床固態(tài)發(fā)酵），氣流可貫穿物料層，發(fā)酵物料顆粒（不連續(xù)的固相）可視為分布于氣相為連續(xù)相的環(huán)境中。液態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器內(nèi)雖然也包含兩相，即發(fā)酵液和分散在液相中的氣泡。液態(tài)發(fā)酵罐內(nèi)的頂空層，雖是連續(xù)的氣相，但其對(duì)于發(fā)酵的傳質(zhì)傳熱影響很小，一般不考慮其作用。半固態(tài)發(fā)酵，如黃酒發(fā)酵、小曲酒發(fā)酵，由于物料含水量較高，在發(fā)酵過(guò)程中，發(fā)酵基質(zhì)的大分子逐漸被分解成小分子溶質(zhì)，半固態(tài)的物料逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)液相為主的狀態(tài)。

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