托盘式生物反应器

托盘式生物反应器托盘式生物反应器2托盘式生物反应器是最简单的固态发酵反应器，这种生物反应器的基本特点是：3①相对比较薄的发酵基质铺在一个面积相对比较大的托盘上；②没有强制的通风，但在托盘上可以有孔，空气可以缓慢地在托盘的周围循环；③发酵基质的温度随着反应器周围环境的温度而变化。因此可以通过控制反应器所在的空间温度来控制反应器的内部温度。4虽然这种反应器已经在各种规模得到应用．但是它在大规很少产上却存在一定的问题：操作难以实现机械化．屑“劳动密集型”反应器；由于发酵基质是静态的。因此传质、传热困难，这就使托盘上所添加的基质的厚度让让只有几厘米到十几厘米。由此可见，这种反应器在放大后就需要更大的面积5一个托盘式生物反应器由一个小空间组成，它可能是一个小的培养器．也可以是一个大的房间，在这个空间内放置着一系列可能是各种材质做成的托盘。这个环境的控制一般是通过抑制通入这个空间的空气的湿度和湿度来完成的6托盘式工艺有着悠久的历史．人们很早就用来生产发酵食品，近来又用来生产各种酶制剂。但是，这种工艺一般都是小到中等规模的，而远非大规模。由于这些托盘的操作很难实现自动化，因而仍由手工来完成，所以这种工艺只有在劳动力比较便宜的地方才只有商业价值。7实验和数学模型研究均证明热量传递是托盘式反应器的主要问题，仅仅在发酵基质的8cm下面就观察到了高于外部20℃左右的温度差。这种现象的发生是由于热量的传导受到了显著的限制。培养基中温度梯度的存在会导致自然对流的产生，这就不仅要影响到热量的传递，而且使氧气、二氧化碳的传递与转移以及水分的蒸发受到影响。8发酵基质的高温大大影响到发酵过程的生产能力。有研究考做过试验．如果将培养基的料层高度由40cm加别80cm．其单位产量仅为原来的20％。通过模型研究证明。托盘式的科层高度，对于生长迅速的微生物来说，只能是几厘米，在这种工艺过程中，最容易操作的参数为料层的高度和外界环境的温度。9虽然可以通过降低空气的湿度来增加基质中水分的燕发，从而降低基质温度。但实践证明它将很快使基质的表面干燥，大大降低这些区域的微生物生长和生产能力。效学模型显示，在托盘式反应器中温度梯度对于微生物生长的影响大于氧气梯度的影响。10总而言之，托盘式反应器的前景有限。虽然根据时间、位置和托盘特性的不同氧气也会成为微生物生长的限定因素，但是最大的问题仍然是传热问题。除了减少基质的厚度以外，几乎没有别的办法解决这一问题。这就意味着托盘式反应器的放大就是增加托盘的数量。所以它只能是用于小规模的生产，并且应选择劳动力廉价的地区。11托盘式固态发酵工艺的一般程序为：用摇瓶或种子培养罐制备种子→固态培养基经蒸汽灭菌后接种→接种后的培养基统一地排放在经过灭菌的托盘里→将托盘被放置在密闭的发酵罐或者密闭的可以调节温度和湿度的房间里→发酵结束，将培养基收集到提取罐内，提取胞外产物→进一步提纯和精制。12这里以固态发酵生产红曲霉素过程为例说明利用托盘式生物反应器进行固态发酵的一般过程。①将以碳源为主要原料的发酵物料，经过浸泡、滤干加入氮源和无机盐，在120℃下灭菌60min；②将上述发酵物料均匀地堆放在密闭发酵罐的一层或多层水平放置的托盘上，接入10％红曲霉菌种。13每层托盘的一侧均留有气体流动口，每相隔两层托盘的气体流动口在同一侧，气体在密闭反应器中沿着托盘呈折流流动，流速小于5m／s。密闭容器内压力小于10kgf／cm²。密闭容器内部或外部安装一台或多台雾化装置自动地间歇或连续地给密闭容器内地发酵原科补充水分和养分，养分包括碳源、有机氯源、无机氯源、无机盐或生长素。14密闭容器内湿度保持在