微生物发酵是一个复杂的过程,若想达到预期目标,就需要选择适宜的发酵方式。根据不同的标准,人们通常对微生物发酵的类型进行如下划分:根据在发酵过程中微生物对O2的需求不同,分为好氧发酵和厌氧发酵;根据培养基的物理性质不同,分为固体发酵、半固体发酵和液体发酵;根据发酵过程在培养基的发生位置不同,分为表面发酵和深层发酵;根据发酵工艺流程是否连续进行,分为分批发酵和连续发酵;根据菌种是否被固定在载体上,分为游离发酵和固定化发酵;根据菌种是否单一,分为单一纯种发酵和混合发酵。下面对几种发酵类型进行简介。
1.好氧发酵和厌氧发酵
必修教材中提到的“发酵”指的是微生物的无氧呼吸,这是狭义的发酵概念。在发酵工程中,“发酵”的含义更广,既包括好氧发酵,又包括厌氧发酵。好氧发酵,又称好气发酵或需氧发酵。在好氧发酵过程中,需要不断地为微生物提供空气或O2。在大型工业好氧发酵生产中,常采用装有喷雾装置、搅拌装置和无菌空气供应系统的大型发酵罐,来保证好氧微生物进行有氧呼吸、正常生长。好氧发酵的应用广泛,如氨基酸、抗生素、酶制剂和多数有机酸等的生产都要经历好氧发酵。
厌氧发酵的过程没有O2参与,在工业上,常在密封且无空气的厌氧发酵罐中进行厌氧发酵。
厌氧发酵在乳酸菌类制品、啤酒、葡萄酒等的生产中都有应用。此外,厌氧发酵还被用于处理各类有机废弃物,产生沼气等。
2.固体发酵、半固体发酵和液体发酵
固体发酵是指微生物在几乎没有可流动水的湿固体基质培养基上生长的发酵方式;液体发酵是指微生物在有完全流动性的液体中生长的发酵方式;半固体发酵介于两者之间,其发酵的基质有一定的流动性。
固体发酵工艺历史悠久,做酒曲、堆肥和青贮饲料发酵都属于固体发酵。与液体发酵相比,固体发酵产生的环境污染少、耗能低,但发酵速度慢、工艺参数较难控制。液体发酵适用面广,易于机械化和自动化生产,现代发酵产业大多数都采用液体发酵。固体发酵的相关技术也在飞速发展,在某些微生物杀虫剂和细菌肥料的生产上都有所应用。
3.连续发酵和分批发酵
连续发酵是指以一定的速度一边将新鲜的培养基添加到发酵罐内,一边将含有产物的培养液放出的发酵方式。连续发酵不需要像分批发酵那样多次对发酵罐进行灭菌、清洗,能够缩短发酵周期,提高生产效率。目前,连续发酵已用来大规模生产乙醇、单细胞蛋白、食用酵母等,但连续发酵的工艺涉及变量较多、较难控制,因此连续发酵尚不如分批发酵应用广泛。
在实际生产中,常常多种方式相结合来进行发酵生产。选择的依据包括菌种、产物和原料的特点、技术可行性、设备状况等。现代大规模发酵多数是好氧、液体、深层、分批、游离、单一纯种发酵结合进行。
1.好氧发酵和厌氧发酵
必修教材中提到的“发酵”指的是微生物的无氧呼吸,这是狭义的发酵概念。在发酵工程中,“发酵”的含义更广,既包括好氧发酵,又包括厌氧发酵。好氧发酵,又称好气发酵或需氧发酵。在好氧发酵过程中,需要不断地为微生物提供空气或O2。在大型工业好氧发酵生产中,常采用装有喷雾装置、搅拌装置和无菌空气供应系统的大型发酵罐,来保证好氧微生物进行有氧呼吸、正常生长。好氧发酵的应用广泛,如氨基酸、抗生素、酶制剂和多数有机酸等的生产都要经历好氧发酵。
厌氧发酵的过程没有O2参与,在工业上,常在密封且无空气的厌氧发酵罐中进行厌氧发酵。
厌氧发酵在乳酸菌类制品、啤酒、葡萄酒等的生产中都有应用。此外,厌氧发酵还被用于处理各类有机废弃物,产生沼气等。
2.固体发酵、半固体发酵和液体发酵
固体发酵是指微生物在几乎没有可流动水的湿固体基质培养基上生长的发酵方式;液体发酵是指微生物在有完全流动性的液体中生长的发酵方式;半固体发酵介于两者之间,其发酵的基质有一定的流动性。
固体发酵工艺历史悠久,做酒曲、堆肥和青贮饲料发酵都属于固体发酵。与液体发酵相比,固体发酵产生的环境污染少、耗能低,但发酵速度慢、工艺参数较难控制。液体发酵适用面广,易于机械化和自动化生产,现代发酵产业大多数都采用液体发酵。固体发酵的相关技术也在飞速发展,在某些微生物杀虫剂和细菌肥料的生产上都有所应用。
3.连续发酵和分批发酵
连续发酵是指以一定的速度一边将新鲜的培养基添加到发酵罐内,一边将含有产物的培养液放出的发酵方式。连续发酵不需要像分批发酵那样多次对发酵罐进行灭菌、清洗,能够缩短发酵周期,提高生产效率。目前,连续发酵已用来大规模生产乙醇、单细胞蛋白、食用酵母等,但连续发酵的工艺涉及变量较多、较难控制,因此连续发酵尚不如分批发酵应用广泛。
在实际生产中,常常多种方式相结合来进行发酵生产。选择的依据包括菌种、产物和原料的特点、技术可行性、设备状况等。现代大规模发酵多数是好氧、液体、深层、分批、游离、单一纯种发酵结合进行。