固态发酵技术原料预处理.ppt

1、第2章 固态发酵原料预处理技术,固态物料，水分含量低的后果：流动性差，物质传递及热量传递性能差，,2.1 发酵原料及预处理,2.1.1 固态发酵培养基的主要原料食品类的固态发酵产品，大多以谷物，豆类为原料。谷物类原料：小麦、稻米、小米、玉米、高粱等及其粉制品；蛋白质为主的原料：大豆、豌豆、豆粕、麩皮、,半纤维素或纤维素为主的原料：如谷糠、各种秸杆、稻草、芒杆、木屑。可用于饲料、食用菌或燃料乙醇的生产，也可作为其它发酵物料中的填充物。食品和发酵工业的副产物：啤酒糟、白酒糟、黄酒糟、酱油糟、柠檬酸等副产物。通过固态发酵，提高其营养价值或改善其适口性，主要用作饲料。废弃物：城市餐余废弃物、废旧报纸、

2、造纸厂纤维废渣、禽畜类排泄物、沼气发酵残渣等，含有大量的有机物，对环境造成很大的危害，也可通过固态发酵使之无害化或资源化。,2.1.2 固态物料的物性参数,物料颗粒的形状和大小、水分含量、密度和孔隙率、比热容等。,物料颗粒的形状和大小、,由于物料颗粒内氧的限制及营养物质的扩散的限制，微生物很难利用颗粒内部的营养成分。物料颗粒的大小及形状影响到微生物对其营养成分的利用。从颗粒表面到颗粒中心的距离来看，球形颗粒的距离最长，故对于微生物来说，可用于生长的表面积最小，可以利用的营养物质也最少。偏平的或细长的物料颗粒则比较有利于微生物的生长。,颗粒大小的不均匀性对发酵的影响很显著。因为小颗粒的物料可能会

3、“藏”于大颗粒之间的空隙中。这对于通风及微生物的生长都会产生影响。在固态发酵过程中，物料颗粒体积会发生变化。变化过程一般是由小变大，再变小。由小变大，是因为微生物生长于物料颗粒表面，使其表观体积变大。随着基质的消耗，物料颗粒越来越小。,物料的水分含量,水分含量的基准：干基；湿基。谷物类原料的水分含量在12.5-14.5%之间。而固态发酵培养基的水分一般在50%左右，故原料中的水分是不可忽略不计的。配料前掌握物料本身的含水量对于决定加水量是至关重要的。物料的转化率是以干物质计算的。如果原料水分过高，则降低生产转化率。,密度和孔隙率,固态物料，传统意义上的密度是指物体单位体积内所具有的质量。表示固

4、体密度的指标：颗粒密度、容积密度、孔隙率。这些衡量颗粒状固态物料的重要参数对于各种容器的设备的设计、装料量的确定、通风量或通风速度等的计算都非常有用。比如，确定反应器容积时，应以容积密度为依据。,物料的颗粒密度,物料的颗粒密度（kg/m3）是根据物料的实际体积（包括物料内部空洞的体积，但不包括颗粒间隙的空间体积）和质量求出的密度。,颗粒密度实验测定方法：在一个已知容积的量器内，加入物料颗粒，然后加入水，使水的位置正在与物料颗粒的位置持平。分别测定总的质量、容器的质量和水的质量，量取总的体积（即物料颗粒的体积与水的体积之和）。根据下式计算物料颗粒密度。,物料的容积密度,容积密度是将物料装入已知容

5、积的容器内，测量装入容器内的物料质量，然后根据容器的容积和物质质量求出的密度。固态发酵反应器内的物料层的密度即属于容积密度的概念。物料层密度的计算公式是：,物料都含有一定的水分，而物料与水的密度不同，故容积密度与物料的水分含量有一定的关系。陈坤杰1等得出了大麦颗粒密度随含水率变化的数学模型为：这表明大麦颗粒密度和含水率呈线性变化关系。含水率越大，密度越小。s=-7.296Md+1395.1 Md大麦湿基含水率，%,孔隙率：颗粒间空隙的体积与物料层体积之比，即：,2.1.3 原料预处理的方式,固态发酵的原料大多是农、副产品及其加工制品。原料的形态多种多样，有颗粒状（如谷物类）、块状、粉状。秸杆或

6、稻草等原料更无法直接被微生物利用。在蒸煮或发酵前，原料都需要进行必要的预处理。原料预处理的主要单元操作：筛选除杂、精白、清洗、浸泡、磨粉、制坏、切块、润湿等。,2.2 原料蒸煮、膨化、及焙炒,2.2.1 原料的熟化方式原料熟化处理的目的：（1）使原料在高温下蒸熟或炒熟，使蛋白质变性，淀粉糊化，纤维素软化并破坏其晶体结构；（2）对原料进行杀菌处理（灭菌温度高和时间长，往往不彻底）,在固态发酵行业原料熟化方式：蒸煮法、膨化法、焙炒法。在操作上，分为：间歇式一次、间歇式多次和连续式。根据蒸煮锅的压力的大小，分为：常压蒸煮、高压蒸煮。,传统甑桶,蒸饭机,蒸馏和蒸煮锅,NK式蒸煮锅系统,高温流化装置示意

7、图,高压蒸汽灭菌锅（柜）,连续蒸煮机,2.2.6 原料的物理及化学处理法,纤维素类的物质，如玉米秸秆，其中纤维素和半纤维素被木质素包裹，而且半纤维素部分和木质素结合，纤维素本身具有结晶体结构，生物酶处理十分困难，必须经过预处理，使纤维素、半纤维素和木质素分离。含纤维素原料的处理法：物理预处理法、化学预处理法、氨化汽爆法、生物处理法、蒸汽爆破法。,2.3 固态物料的输送,2.3.1 固态物料输送的特点液态发酵液，几乎都可采用管道用泵输送。固态发酵生产的原料及半成品呈固态，物料的形态多种多样，不同的物料得采用不同的输送方式和输送设备。因此，固态物料的输送比液态物料的输送技术难度更大。,待输送物料的种类：从形态上来分有粉状物料、颗粒状物料、团状和块状物料，还有半固态物料。根据物料的加工状态，分为生料、润水料、熟料、高温状态的物料；在输送过程中，有的物料无需考虑无菌措施，有的则必须考虑其在输送过程中不得染菌或尽可能减少染菌的机会。,2.3.2固态物料的输送相关的设备及设施,人工输送货梯提升人工倒入流槽输送 螺旋机输送 气力输送 周转箱输送 抓斗输送 机械传送带装置输送,