以下是固體發酵罐和液體發酵罐的優缺點對比:
固體發酵罐
- 優點:
- 培養基成本低:固體發酵罐使用的培養基多為谷物、麩皮等農產品,來源廣泛,成本低廉.
- 下游處理簡單:發酵后的產物與培養基分離相對容易,常整個基質都可被使用,如作為飼料添加物則無需復雜的回收及純化過程,廢棄物處理也較簡單.
- 發酵條件易控制:可通過夾套等方式控制溫度,實現恒溫發酵;通風系統可保證空氣的無菌供應和適宜的風量風速;濕度也可通過濕度控制儀和相關裝置進行調節.
- 不易污染:因固體培養基本身的低水分活度和相對簡單的營養成分,雜菌難以生長繁殖,對無菌要求相對較低,不易發生大面積污染.
- 能產生特殊產物:某些微生物在固體發酵條件下可產生獨-特的產物或使產物具有特殊的性質,如紅麴在固體發酵時產生的紅色色素是液體發酵的十倍,Aspergillus在固體發酵所產生的glucosidase較液體發酵產生的酵素更具耐熱性.
- 缺點:
- 傳質傳熱不均勻:固體基質的導熱性和透氣性較差,導致發酵過程中熱量傳遞和氧氣供應不均勻,可能影響微生物的生長和代謝,使發酵效果不穩定,產品質量參差不齊。
- 發酵規模受限:大規模固體發酵時,物料的攪拌、通風和溫度控制等難度增加,難以保證發酵條件的一致性,限制了其在大規模工業化生產中的應用,一般較適合中試規模及以下的生產.
- 參數監測困難:難以實現在線實時監測固體培養基內部的微生物生長、代謝等參數,如pH值、溶氧等,通常只能通過間接方法或取樣檢測來獲取相關信息,不利于及時準確地控制發酵過程.
- 自動化程度低:固體發酵罐的結構相對復雜,操作和控制過程較為繁瑣,自動化程度較低,需要較多的人工干預,增加了勞動強度和生產成本.
液體發酵罐
- 優點:
- 傳質傳熱良好:液體培養基具有良好的流動性和溶解性,能夠使營養物質、氧氣等在發酵罐內均勻分布,微生物與底物充分接觸,有利于提高發酵效率和產品質量的穩定性.
- 易于大規模生產:液體發酵罐的結構相對簡單,易于放大和實現自動化控制,可進行連續化、規模化生產,提高生產效率,降低生產成本,廣泛應用于大規模的工業生產中.
- 參數監測和控制精確:可在線實時監測和控制發酵過程中的各種參數,如溫度、pH值、溶氧、攪拌速度等,并根據設定值自動調節,保證發酵條件的穩定性和一致性,有利于提高產品的產量和質量.
- 菌種選育方便:液體培養基有利于微生物的分散和生長,能夠快速獲得大量均一的菌體,便于進行菌種的篩選、誘變和優化等工作,提高菌種的性能和發酵效率。
- 缺點:
- 培養基成本高:液體發酵需要使用純度較高的化學試劑或營養成分明確的培養基,成本相對較高.
- 下游處理復雜:發酵結束后,需要進行復雜的分離和純化步驟,如過濾、離心、萃取、層析等,才能獲得高純度的產品,增加了生產成本和工藝復雜性.
- 染菌風險高:液體培養基營養豐富,且發酵過程中需要通入無菌空氣和進行攪拌等操作,容易引入雜菌,一旦染菌,可能導致整批發酵失敗,造成較大的經濟損失.
- 對剪切力敏感的微生物不適用:機械攪拌或氣體攪拌等方式可能會產生較大的剪切力,對某些對剪切力敏感的微生物,如絲狀菌等,會造成細胞損傷,影響其生長和代謝.