固态发酵原理、设备与应用

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近年来，随着国内外对工业生物技术及生物基产品制造技术的日益重视，固态发酵作为一门应用于食品领域的传统技术，因其节能、节水，清洁化生产等优势受到研究者的广泛关注。现有的固态发酵的文献资料，往往注重于固态发酵过程操作技术的描述或总结，基础理论研究相对薄弱。本书系统阐述了固态发酵技术的原理、设备及应用，在编写中体现了下列特色：
总结归纳了固态发酵过程基础理论布面的研究咸果，让读者知其所以然；
列出了许多工业化及新型固态发酵设备，便于研究者合理选择反应器；
收录了许多固态发酵的应用实例，基本涵盖了固态发酵的所有应用领域和方向。
作为固态发酵的系统专著，本书对于发酵工程、生物工程，食品工程、农产品深加工等领域的研究生和其他研究人员有很强的参考价值，也可供作为相关专业的研究生教材。

　　第1章　绪论
　　1.1　固态发酵的定义
固态发酵（solid-state fermentation）过程可定义为微生物在几乎没有游离可流动水的培养基质上的生长过程及生物反应过程。相对于液态发酵而言，固态发酵培养基水分含量较低，一般在40％～60％（湿基）。但是物料含水量并不是界定固态发酵或液态发酵的唯一标准。有的固态发酵，即使在物料含水量高的情况下（如湿基含水在70％以上），液态水也不能作为连续相存在，物料吸水性非常好，物料仍然呈现较好的固态特性，这类发酵仍可称为固态发酵或半固态发酵。例如植物原料的青贮发酵或酸菜的发酵，物料的含水量都很高，但物料中的水大多是非游离的可流动水，其液态性不明显。
固态发酵物料，或称为基质（substrate），既是微生物生长的营养源，又是微生物生长的微环境，还是发酵产物的聚集地。基质包括各种谷物原料、腐朽的木材，堆积的肥料或青贮饲料，甚至包括土壤。组成培养基的成分大多数是大分子物质，如淀粉、蛋白质或纤维素类物质。在反应器内的物料层（fermenting bed），则是微生物菌体、培养基质及发酵产物的混合物。固态发酵反应器内的物料可分为两相：固态相（物料层）和气相。宏观上固态发酵物料层可看成是均一相。但从微观上看，物料层同时存在固、液、气3种物质状态：固态基质、与固态基质紧密结合的液态相（包括少量的游离水）和物料颗粒间隙中的气相。在某些情况下（如强制通风的填料床式固态发酵，流化床固态发酵），气流可贯穿物料层，发酵物料颗粒（不连续的固相）可视为分布于气相为连续相的环境中。液态发酵反应器内虽然也包含两相，即发酵液和分散在液相中的气泡。液态发酵罐内的顶空层，虽是连续的气相，但其对于发酵的传质传热影响很小，一般不考虑其作用。半固态发酵，如黄酒发酵、小曲酒发酵，由于物料含水量较高，在发酵过程中，发酵基质的大分子逐渐被分解成小分子溶质，半固态的物料逐渐转变为连续液相为主的状态。
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