现代固态发酵技术工艺、设备及应用研究进展（二）
1.4 O2和CO2浓度
固态发酵系统的气态环境直接影响到生物量的大小和酶合成的程度，需要控制空气流动来调整气态环境。好氧微生物的理论呼吸熵(RQ)为1.0，低于1.0将影响氧气传输，微生物生长受到阻碍，通过测定O2吸收速率和CO2合成速率(发酵尾气分析仪进行在线实时测定)，可以判断微生物的生长程度(反应生物量的变化)，通过改变O2和CO2的分压大小，可以控制微生物的生长和代谢，进而调节固态发酵过程。
1.5 温度和pH值
由于微生物的生长、蛋白质合成、酶和细胞活性及代谢产物合成对温度的敏感性，对温度的控制很重要。大多数真菌的生长温度范围在20 ~ 55 ℃ [5]，致死温度在50 ~ 60 ℃。在发酵过程中，微生物代谢产生大量的热，造成品温上升很快(有时高达2/h)，如果产生的热不能及时散去，就会影响孢子发芽、生长和产物产率。又固态发酵不同料层的物料温度不同(在微生物生长对数期可超过3/cm)，造成发酵不均一。因此，在固态发酵反应器设计方面，主要集中在如何传热，到目前为止，最好的解决办法是通风。
固态发酵过程中由于代谢活动，pH值会发生一定变化，最常见的是有机酸的生成，造成pH值下降。不同微生物的最适生长pH值是不同的，真菌生长pH值范围在2.0~9.0，最适范围在3.8~6.0；酵母最适范围在4.0 ~ 5.0。低pH值可以有效地抑制污染菌的繁殖。对pH值很难采用合适的技术进行在线测定和控制，可在发酵原料中加入具有缓冲能力的物质(对反应过程无影响)来缓冲pH值的变化。
1.6 通风和搅拌
好氧发酵过程中对氧的需求及系统中传质、传热的需要，通风和搅拌操作有重要的影响。空气速率增加可提供微生物生长所需氧气，又可以移除CO2、挥发性代谢物和反应热，但很多因素影响O2的传输，如空气压力、通气率、基质空隙、料层厚度、培养基水分、反应器几何特征及机械搅拌装置的转速等。气流强度可作为评判通风强弱的标准，通气质量也很重要(特别是气体湿度，可改变水活度)。合适的通风强度和质量可提高对温度的控制。
由于基质的不均匀性，通风过程容易造成细胞代谢发生变化，需要通过搅拌来提高物料发酵、水分、温度和气态环境均一性。在选择基质时，应考虑基质特性，避免在搅拌过程中出现结块现象，但过分的翻动可能损伤菌丝体，抑制菌体生长。间歇搅拌较连续搅拌有较好效果，对菌丝体的生长及其在基质上附着更有利。
1.7 固态发酵反应器
固态发酵反应器是目前限制固态发酵用于现代生物反应工程的一个重要因素。设计反应器需要考虑几个方面的问题:灭菌、接种、传质传热、取样、供气、参数的测量和控制等。迄今为止已有许多类型的固态发酵反应器问世(包括实验室、中试和工业生产)，部分用于食用菌、酶制剂、动物饲料和土壤修复等。
1.7.1 浅盘发酵反应器
浅盘发酵反应器是所有反应器类型中最简单的发酵设备，结构见图，是传统发酵食品的酒曲生产采用的反应装置，但是，散热主要通过托盘传导，即使通电冷却也不足以去除代谢热。此外还有传质传热速率低造成的高污染风险和托盘利用率低等缺点。
1.7.2 流化床反应器
该反应器主要是在金属网或多孔板上铺置粉粒状基质，从底部往上吹空气形成流化层状态，两种不同形式的流化床结构见图。反应器的主要参数是粒径大小和颗粒分布，粒径分布越狭窄，颗粒越容易保持流化状态。反应器采用封闭系统可较好保持无菌状态，发酵完成可提高空气温度直接将产品进行干燥回收。这类反应器容积率低。
1.7.3 转鼓式反应器
其基本形式是将一个圆柱形容器支架在一个转动系统上，转动系统主要起支撑及提供动力作用，结构示意见图。转鼓式发酵器转动速率一般为1~16r/min，有的可达到更高转速，真菌菌丝体的破坏程度对转速较敏感。这类反应器重点要解决好物料结块和粘壁的问题，其次是反应器容积率低。增加破碎板(网)可以解决结块问题。
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综述
