淺析工業化固態發酵設備研究問題

張向國 任向陽 郭端陽

摘 要：結合當前的固態發酵反應器發展的情況，探討了固態發酵反應器的設計與放大過程中需要注意的問題，并結合實際情況比較和分析了工業化固態發酵反應器功能和特點，希望對于今后的工業化固態發酵設備研發有所幫助。

關鍵詞：固態發酵設備；發酵工業；工業化；設備生產

1 引言

我國在農業廢棄物方面具有最大的產出量，其中，相應的蔬菜廢棄物、農作物秸稈、畜禽糞便等廢棄物已經超過50億噸。當前，隨著農業科學技術的不斷發展，農業廢棄物利用技術的發展正在朝著材料化、飼料化、基質化以及能源化的發展。在此過程中，固態發酵技術往往在實踐生產中體現出產品附加值比較高、處理效果好、適用范圍廣等特點，在眾多企業中得到應用。

對于 固態發酵技術來說，簡稱SSF，主要是利用低含水量液體、高含量的固體以及配置相應濃度的氣體成為三相混合物，在這樣的環境中，充分利用好微生物的特性，保證其能夠實現正常化的生長以及繁殖，充分利用周圍以及固體基質的營養，實現固體基質特性的改善，從而進一步體現出其利用價值。我國在古代的時候，就能充分發揮相關固態發酵技術的優勢，實現酒、醋等產品的釀造。當前，人們對于SSF技術的不斷深入研究，以及生物質資源的不斷鉆研，SSF在諸多領域有著不同程度的發展，特別是在相應的環境、視頻、制藥、生物能源等方面[1]。

在機械化程度不斷提升的過程中，人們對于SSF技術理論認識得越來越深刻，人們開發了很多類型的新型的工業化固態發酵反應器，并結合其自身的特點來投入使用。這里結合自身的情況，探討了固態發酵反應器工業放大的相關問題，并介紹了相應的固態發酵反應器及其配套的生產設備情況。

2 固態發酵反應器的設計與放大

在整個SSF系統中，其主要核心內容則是反應器，反應器相關設計中應該保證產品的最大化要求。一般來說，在具體的設計中，應該考慮以下幾個方面的問題[2]：一是，杜絕微生物進入到內部反應器中，同時，內部的微生物也不會擴散至外面；二是，具有較強的抗腐蝕性，同時，應有效降低其對于微生物的毒害性；三是，對于相應的溫度、攪拌以及曝氣進行控制；四是，結合系統要求，利用特殊方式實現相應的熱質均勻的要求；五是，具有相應的接種、底物滅菌以及產品回收等功能。所以，在此過程中，應該重點考慮到相應的pH、水分、溫度、通氣氧傳遞以及攪拌等參數。在不同的情況下，相關微生物則有著不同的需氧要求，而厭氧微生物不需要，如果不能實現有效控制，則可能會造成需氧微生物在固體基質表面生長并使基質變鉆的問題，這樣則不會有利于實現微生物的生長要求。一般來說，為了實現氧傳遞的增加則是通過通氣與攪拌的方式，同時這樣會使得熱交換效率的提升。在不同的攪拌方式下，微生物具有不同的剪切力，其相應的剪切力承受力也有所不同。對于微生物的生長過程來說，還應該重視溫度和PH值的影響。水含量直接影響到到基質的氣體交換以及膨松程度等，則是微生物生存環境中不可或缺的重要因素。對于發酵后期來說，基質水分受到微生物呼吸、通風以及溫度等方面影響。

在進行放大過程中，最為困難的問題則是有效構建微生物的發酵環境。在進行反應器控制發酵中，微生物的多樣性以及固態原料則會造成難度增加，這就要求進行反應器設計則應該考慮相關的動力學以及化學計量學的內容。另外，還應遵從微生物的習性要求，選擇符合要求的曝氣、攪拌等功能。正是由于上述的復雜性因素，容易出現再現性差、過程標準化困難等工業實踐中的難題，這些也是進行工業放大限制因素。

3工業化固態發酵反應器功能和特點比較

對于當前的固態發酵技術來說，其在工業化的生物制品加工方面具有明顯的應用優勢，通過比較當前工業化固態發酵反應器相關情況，其中，攪拌式固態反應器則是通過淀粉質材料的原料情況，而其他大部分的原料都是采用農業廢棄物，包括相關的固體垃圾、有機廢棄物以及秸稈等。經過技術進步，大部分發酵反應設備能夠用于生產沼氣、乙醇等范圍，體現出新型化的生物能源的特點。反應器能夠較大規模地處理農業廢棄物，因而具有比較高的生產附加值。

由于當前國內的能源、農業以及環境方面的具體發展，以及對于發酵產品市場需求的影響下，相應的國內固態發酵設備技術進步非?？臁．斍?，國內使用的固態發酵設備絕大部分都能實現自動化、機械化的特點，完全智能化而脫離人工操作則是需要前進的方向。在研究固態發酵發展的過程中，主要方向則是進行農業廢棄物的處理。結合固態發酵設備具體應用實踐來看，則是能有效對于生物質材料發酵有所利用，能夠實現丁醇、乙醇等產品的生產，能有效保證生物質材料的營養價值的進一步提升，能充分實現相關的利用廢棄物來服務于生產沼氣等。在具體的實踐中，功能性產品往往具有比較廣闊的市場，且具有較大的需求量，但對于產品的品質方面的要求比較高。在進行固態發酵設備的設計過程中，主要問題則是涉及到提高產品質量、優化發酵過程控制以及擴大處理量等方面。在當前的反應器設計中，結合多種情況來有效實現結合降低質、熱不均的問題，這些都是后續設計的良好基礎工作。但在固態發酵設備研制中，應該更加關注如何有效解決其中的傳質傳熱問題。

4 結語

綜上所述，隨著人們生活水平和質量的不斷提升，造成社會上的廢棄物數量直線上升。在進行廢棄物的處理過程中，固態發酵技術具有高效性特點，應該結合實際應用來有效擴大應用規模，應該重視增加固態發酵企業，不斷拓展其應用領域，加強相應的固態發酵設備的生產能力，這就要不斷加大研發力度，重視開發和研制更大型固態發酵設備以及配套的控制系統。

當前，我國的固態發酵工業化設備的開發工作呈現出如火如荼的發展態勢，在實踐生產中已經應用了多種的大型化、機械化、自動化的發酵設備，能不斷提升我國的生物發酵技術水平。在實踐的應用過程中，有效解決傳質和傳熱的問題則是設計和制造研發固態發酵的反應器產品中應該重視的問題，只有這樣才能實現產品的質量過硬，性能符合使用要求，解決當前的工業化發展的需要。當前，在我國制造業技術不斷發展的背景下，隨著固態發酵理論的不斷深入，通過廣大科研工作者的努力，大批的先進的固態發酵工業化設備將會出現在社會生產中，這樣才能進一步有效提升我國的發酵工業的發展速度。

參考文獻：

[1] 徐自明. 現代固態發酵設備研究進展[J]. 內江科技， 2007，（1）.

[2] 黃達明， 吳其飛， 陸建明，等. 固態發酵技術及其設備的研究進展[J]. 食品與發酵工業， 2003，（6）.