首页 > 技术资料 > 生态环保 > 好氧发酵的微生物学发酵过程

好氧发酵的微生物学发酵过程

2017/08/24 中广微生物

好氧发酵的微生物学过程可大致分为三个阶段,每个阶段都有其独特的的微生物类群:

1,产热阶段(中温阶段,升温阶段) 发酵初期(通常在1-3天),肥堆中嗜温性微生物利用可溶性和易降解性有机物作为营养和能量来源,迅速增殖,并释放出热能,使肥堆温度不断上升。此阶段温度在室温至45℃范围内,微生物以中温、需氧型为主,通常是一些无芽胞细菌。微生物类型较多,主要是细菌、真菌和放线菌。其中细菌主要利用水溶性单糖等,放线菌和真菌对于分解纤维素和半纤维素物质具有特殊的功能。

2,高温阶段 当肥堆温度上升到45℃以上时,即进入高温阶段。通常从堆积发酵开始,只须2-3天时间肥堆温度便能迅速地升高到55℃,1周内堆温可达到最高值(最高温可达80℃)。嗜温性微生物受到抑制,嗜热性微生物逐渐取而代之。除前一阶段残留的和新形成的可溶性有机物继续分解转化外,半纤维素、纤维素、蛋白质等复杂有机物也开始强烈分解。在50℃左右进行活动的主要是嗜热性真菌和放线菌;温度上升到60℃时,真菌几乎完全停止活动,仅有嗜热性放线菌和细菌活动;温度上升到70℃以上时,大多数嗜热性微生物已不适宜,微生物大量死亡或进入休眠状态。此时,产生的热量减少,堆温自动下降。当堆温降至70℃以下时,处于休眠状态的嗜热性微生物又重新活动,继续分解难分解的有机物,热量又增加,堆温就处于一个自然调节的、延续较久的高温期。 高温对于发酵的快速腐熟起到重要作用,在此阶段中发酵内开始了腐殖质的形成过程,并开始出现能溶解于弱碱的黑色物质。C/N比明显下降,肥堆高度随之降低。通过高温能有效杀灭有机废弃物中病原物,按我国高温发酵卫生标准(GB7959-87),要求发酵最高温度达50-55℃以上,持续5-7d。

3,腐熟阶段 在高温阶段末期,只剩下部分较难分解的有机物和新形成的腐殖质,此时微生物活性下降,发热量减少,温度下降。此时嗜温性微生物再占优势,对残留较难分解的有机物作进一步分解,腐殖质不断增多且趋于稳定化,此时发酵进入腐熟阶段。    降温后,需氧量大量减少,肥堆空隙增大,氧扩散能力增强,此时只需自然通风。在强制通风发酵中常见的后熟处理,即是将通气堆翻堆一次后,停止通气,让其腐熟。还可起到保氮的作用. 

微生物发酵即是指利用微生物,在适宜的条件下,将原料经过特定的代谢途径转化为人类所需要的产物的过程。 [1] 微生物发酵生产水平主要取决于菌种本身的遗传特性和培养条件。

发酵工程的应用范围医药工业,食品工业,能源工业,化学工业,农业:改造植物基因;生物固氮;工程杀虫菌生物农药;微生物养料。环境保护等方面。

发酵方法

微生物发酵过程根据发酵条件要求分为好氧发酵和厌氧发酵。好氧发酵法有液体表面培养发酵、在多孔或颗粒状固体培养基表面上发酵和通氧深层发酵几种方法。厌氧发酵采用不通氧的深层发酵。因此,无论好氧与厌氧发酵都可以通过深层培养来实现,这种培养均在具有一定径高比的圆柱形发酵罐内完成,就其操作方法可分为以下几种。

分批式操作:底物一次装入罐内,在适宜条件下接种进行反应,经过一定时间后,将全部反应物取出。

半分批式操作:也称流加式操作。是指先将一定量底物装入罐内,在适宜条件下接种使反应开始。反应过程中,将特定的限制性底物送入反应器,以控制罐内限制性底物浓度在一定范围,反应终止将全部反应物取出。

反复分批式操作:分批操作完成后取出部分反应系,剩余部分重新加入底物,再按分批式操作进行。

反复半分批式操作:流加操作完成后,取出部分反应系,剩余部分重新加入一定量底物,再按流加式操作进行。

连续式操作:反应开始后,一方面把底物连续地供给到反应器中,同时又把反应液连续不断地取出,使反应过程处于稳定状态,反应条件不随时间变化。

分批发酵法(batch fermentation)

分批发酵又称分批培养,发酵工业中常见的分批发酵方法是采用单罐深层分批发酵法。每一个分批发酵过程都经历接种、生长繁殖、菌体衰老进而结束发酵,最终提取出产物。这一过程在某些培养液的条件支配下,微生物经历着由生到死的一系列变化阶段,在各个变化的进程中都受到菌体本身特性的制约,也受周围环境的影响。只有正确认识和掌握这一系列变化过程,才有利于控制发酵生产。

分批发酵的特点是:微生物所处的环境是不断变化的,可进行少量多品种的发酵生产,发生杂菌污染能够很容易终止操作,当运转条件发生变化或需要生产新产品时,易改变发酵对策,对原料组成要求较粗放等。

分批培养过程微生物生长可分为:停滞(或调整)期、对数(生长)期、稳定期和衰亡期四个阶段。研究细胞的代谢和遗传宜采用生长最旺盛的对数期细胞。在发酵工业生产中,使用的种子应处于对数期,把它们接种到发酵罐新鲜培养基时,几乎不出现停滞期,这样可在短时间内获得大量生长旺盛的菌体,有利于缩短生产周期。在研究和生产中,常需延长细胞对数生长阶段。

补料分批发酵法(fed-batch fermentation)

补料分批发酵又称半连续发酵或半连续培养,是指在分批发酵过程中,间歇或连续地补加新鲜培养基的培养方法。与传统分批发酵相比,其优点在于使发酵系统中维持很低的基质浓度。低基质浓度的优点为:①可以除去快速利用碳源的阻遏效应,并维持适当的菌体浓度,使不致加剧供氧的矛盾;②避免培养基积累有毒代谢物。

补料分批发酵广泛应用于抗生素、氨基酸、酶制剂、核苷酸、有机酸及高聚物等的生产。

连续发酵法(continuous fermentation)

连续发酵又称连续培养,连续发酵过程是当微生物培养到对数期时,在发酵罐中一方面以一定速度连续不断地流加新鲜液体培养基,另一方面又以同样的速度连续不断地将发酵液排出,使发酵罐中微生物的生长和代谢活动始终保持旺盛的稳定状态,而pH值、温度、营养成分的浓度、溶解氧等都保持一定,并从系统外部予以调整,使菌体维持在恒定生长速度下进行连续生长和发酵,这样就**提高了发酵的生长效率和设备利用率。

开放式连续发酵

在开放式连续发酵系统中,培养系统中的微生物细胞随着发酵液的流出而一起流出,细胞流出速度等于新细胞生成速度。因此在这种情况下,可使细胞浓度处于某种稳定状态。另外,最后流出的发酵液如部分返回(反馈)发酵罐进行重复使用,则该装置叫做循环系统,发酵液不重复使用的装置叫做不循环系统。

封闭式连续发酵

在封闭式连续发酵系统中,运用某种方法使细胞一直保持在生物反应器内,并使其数量不断增加。这种条件下,某些限制因素在生物反应器中发生变化,最后大部分细胞死亡。因此在这种系统中,不可能维持稳定状态。封闭式连续发酵可以用开放式连续发酵设备加以改装,只要使用部分菌体重新循环。另一种方法是采用间隔物或填充物置于设备内,使菌体在上面生长,发酵液流出时不带细胞或所带细胞极少。

透析膜连续发酵是一个新方法,它是采用一种具有微孔的有机膜将发酵设备分隔,这种膜只能通过发酵产物,而不能通过菌体细胞。这样,将培养液连续流加到发酵设备的具有菌体的间隔中,微生物的代谢产物就通过透析膜连续不断地从另一间隔流出。在一些发酵过程中,当发酵液中代谢产物积累到一定程度时就会抑制它的继续积累,而采用透析膜发酵的方法可使代谢产物不断透析出去,发酵液中留下不多,因而可以提高产物得率。

郑州中广环保科技有限公司
【公众号】
郑州中广环保科技有限公司
【移动端】
联系我们
地址:郑州市郑东新区河南牧业经济学院
全国免费热线:0371-65805200
业务咨询 13938592527(微信同号)

版权所有:郑州中广环保科技有限公司 豫ICP备1961629988号-1   技术支持:郑州中广环保科技有限公司