固态发酵技术与设备是固态物料工业化发酵的发展方向.doc

固态发酵技术与设备是固态物料工业化发酵的发展方向自从发明液体深层发酵技术以后，人们忽视了固态物料发酵技术和设备的研究，因此，固态物料发酵技术和设备仍以手工操作为主，难以实现规模化、工业化生产的要求。因此，到目前为止，液体深层发酵仍是生物制品的主要生产手段。随着生物技术的不断发展，生产规模的不断扩大，人们逐渐发现，液体深层发酵存在着许多弊端，主要反映在：1、 液体深层发酵设备大都用不锈钢制造，系统复杂，投资规模大。2、 液体发酵系统的能源消耗大，能耗主要消耗在物料的灭菌、空压机和机械搅拌系统上。在液体发酵的产品成本中，能耗往往占到产品成本的30%以上。3、 液体发酵过程中，有大量有机污水排放，若不处理，将产生严重的环境污染，若要处理，环保设备投资很大。4、 液体发酵产品的后处理工艺复杂。（如果咱们收集菌体，一般采用过滤后干燥，过滤速度非常慢，干燥设备昂贵）由于上述原因，液体发酵生产的生物制品成本较高，对大多数农用生物制品而言，难以大量推广应用。为了克服液体深层发酵的弊端，人们普遍看好固态物料发酵技术。近年来，随着人们对绿色食品的渴望，农用生物制品的开发进程加快，固态发酵技术和固态发酵设备的研究与应用，越来越受到世界各国的重视，许多先进国家成立专门机构进行研究，把发展固态发酵设备的大型化、机械化、自动化、连续化作为主要研究方向。在许多生物制品生产领域，特别是农用生物制品生产领域，固态物料发酵较液体深层发酵具有更多的优越性。主要表现在：1、 固态物料培养基中的水的活度较低，对霉菌、放线菌等生长有利。2、 固态物料发酵所得的大都是复合酶，酶产量高；液体发酵所得的酶比较单一，酶产量低。3、 固态物料的原料大都是农副产品的下脚料，资源丰富，价格便宜，有利于资源的综合利用。4、 固态发酵的能耗小，设备投资小，没有污水排放。5、 固态发酵的产品后处理简单，有些产品只要简单处理就可使用。6、 固态发酵产品的成本低，有利于农用生物制品的推广应用。由于固态物料发酵比液体深层发酵有许多突出的优点，因此，固态物料发酵设备的研制引起了普遍的关注。我公司研制的箱式多层固态物料生物反应器克服了现有固态物料生物反应器的缺点，把物料的灭菌、冷却系统匹配，可形成自动化的固态物料发酵生产线，满足大规模、连续化、工业化生产的要求。我们在箱式多层固态物料反应器上，采用液体制种固态发酵技术路线，选定了啤酒糟作为发酵蛋白饲料试验对象。酒糟（包括白酒糟、啤酒糟、酒精糟、黄酒糟）是酿酒厂的主要副产品。对于酒糟的综合利用长期以来一直困扰着酿酒厂家，至今这一课题实际上仍未得到真正的解决。90年代初国内啤酒行业曾从法国引进八条干啤酒糟生产线，每条生产线设备价格均在1000万法郎左右，但是这一类型的湿糟处理生产线，也无非是对湿糟烘干、粉碎而已。因为湿糟的含水量比较高（80-83%），为了能将酒糟烘干，必须对酒糟进行预脱水，使其含水量度降到60%左右，这势必增加污水的排放量，且简单地将酒糟干燥，作为饲料。由于干糟中部分氨基酸含量较低，（特别是蛋氨酸和胱氨酸分别只有0.25%和微量），粗纤维素含量较高（约15-18%），不宜作为禽类的饲料，使它的使用受到很大的限制，在市场上受质量的限制，价位较低（仅600-900元/吨），加之干糟生产中能耗高，生产成本亦高，经济效益低，甚至亏损。据走访调查引进的八条生产线中，仅三条生产线在生产，企业只能从维护厂区环境出发，湿糟不计价，能耗均计入啤酒成本，作为环保投入维持生产。因而目前极大部分酿酒厂家仍以牺牲对环境的保护为代价向农户出售湿糟。去年我国啤酒产量已达到2500万吨，约排放湿糟（含水量80%）1100万吨左右，如果不对它进行处理和综合利用，则是一个巨大的污染源，如能综合利用，则是一个很大的资源。利用这一资源可生产蛋白饲料200余万吨/年，用于饲养业，至少可替代200余万吨饲料粮，相当于节约耕地500余万亩。我国在今后的25年内人均畜产品需求量将比目前高出1倍多，国内粮食需求量到2005年将达到6亿吨，饲料粮的需求量将从现在的1.12亿吨/年，增长到达2020年的2.23亿吨/年，饲料粮占粮食需求总量的比重从现在的26.5%增长到40.3%，2001年度我国配合饲料的产量为7500万吨，据国家预测：到2005年我国配合饲料总的需求量为9000万吨，浓缩料350万吨，添加剂预混料175万吨。而要达到这一目标，需要高蛋白饲料1000万吨以上。为了缓解我国饲料业对高蛋白原料的紧缺，去年我国进口豆粕375万吨，估计2002年度进口豆粕430万吨、鱼粉95万吨。如果将酒糟通过微生物发酵制成高蛋白饲料替代一部分豆粕和鱼粉，这无疑将有利于减少进口，节约外汇。饲料短缺是世界性的问题，据预测：2003年世界精饲料需求总量为20亿吨，而实际供应量只能达到17亿吨，尚缺3亿吨，占15%，为了解决饲料缺口，世界各国正在采取各种办法，提高现有饲料的饲用价值和利用率以及开辟新的饲料资源方面开展积极的研究。为了推动工业废渣、废水的综合利用，国家和政府部门给予了很多优惠政策，给予支持和扶持，促进资源的利用和环境保护。对酿酒行业来讲，如若酒糟能得到综合利用，不但解决了环境保护的问题，而且还可增加一笔可观的收入，是一个新的经济增长点，提高企业的经济效益。因此，对尚未充分综合利用的酒糟利用生化发酵的方法化害为利，提高价值，开辟一条再利用的新途径，这将产生较大的社会和经济效益，意义重大。但是，常用的固态物料发酵技术有浅盘发酵、大池发酵、多层转盘发酵、翻板式发酵、转筒式发酵等多种形式。尽管它们各具特色，但普遍存在的问题是：生产工艺过程的各环节不连续，用工量大，劳动生产率低，环境难以控制，杂菌污染严重，产品质量难以保证，满足不了大规模工业化生产的要求。箱式多层固态物料反应器可以克服现有固态发酵的缺点，与物料的灭菌、冷却系统匹配，可形成自动化程度很高的固态物料发酵生产线，满足大规模工业化生产的要求。我们以啤酒糟固态发酵蛋白饲料为对象，研究箱式多层固态物料生物反应器的工作原理，主要部件的可行性和可靠性。研究的主要内容如下： 箱式多层固态物料生物反应器的自动铺料系统，保证固态物料能自动、均匀地铺到发酵床上，使固态物料的发酵过程置于定量、可控的条件下进行，保证发酵产品的质量满足工业化生产的要求。 发酵床的传动系统，保证各层料带的运动速度一致，上下料带的运动方向相反。 固态物料发酵温度、湿度的自动控制系统。 固态物料的自动进料、自动出料系统，保证发酵生产过程能连续、自动。为验证箱式多层固态物料生物反应器的原理，本公司建立了一套中试系统，上下三层料带，铺料面积为7.5m2，进带速度无级可调，有自动铺料系统，铺料厚度可调，有通风、控湿系统，中试系统于2001年5月安装完毕。我们用箱式多层固态物料反应器，采用液体制种固态发酵的技术路线，把啤酒糟发酵蛋白饲料为试验对象，进行了多次试验，取得了较好的效果。工艺流程图试管种新鲜啤酒糟摇床压榨液体发酵罐液体干糟加副料混合液体菌种固态发酵干燥粉碎成品新鲜啤酒糟不需灭菌，选用三只菌，分别发酵生产液体菌种，然后混合接到啤酒糟上，进行固体发酵，试验结果如下：原料粗蛋白含量%发酵时间h发酵后粗蛋白含量%新鲜啤酒糟29.22441.8试验结果表明箱式多层固态物料生物反应器，可以实现自动铺料、通气、控温、自动出料、连续发酵的要求，为建立自动化程度高、连续发酵的固态物料发酵生产线创造了条件。去年，我们在浙江钱啤集团用“箱式多层固态物料生物反应器”进行了啤酒糟（液）制取发酵蛋白饲料的生产性试验，经多次试验、改进，取得了成功。试验过程中，床内温度分布均匀，起发后温度容易控制，发酵床初见菌丝期为接种后12小时，24小时后料层表面呈棉白状，48小时菌丝穿透料层，结块、开裂。镜检结果菌体的生长量达14108个/克平均。化验检测粗蛋白含量为41.6%，净增11%；粗纤维含量8.1%，下降了2.3%。发酵后啤酒糟经北京市营养源研究所检测，粗蛋白含量最高达50.2%，最低也达42.32%。通过中试，证明了通过箱式多层固态物料生物反应器的生化发酵是解决啤酒糟升值和防止污染、保护环境的有效途径。中试产品基本达到要求。自动、连续固态物料发酵生产线在许多生物制品生产领域，固态物料发酵较液体深层发酵有许多突出的优点。如何提高固态物料发酵过程的自动化、连续化程度，是世界各国都在研究的课题。固态物