以下是固体发酵罐和液体发酵罐的优缺点对比:
固体发酵罐
- 优点:
- 培养基成本低:固体发酵罐使用的培养基多为谷物、麸皮等农产品,来源广泛,成本低廉.
- 下游处理简单:发酵后的产物与培养基分离相对容易,常整个基质都可被使用,如作为饲料添加物则无需复杂的回收及纯化过程,废弃物处理也较简单.
- 发酵条件易控制:可通过夹套等方式控制温度,实现恒温发酵;通风系统可保证空气的无菌供应和适宜的风量风速;湿度也可通过湿度控制仪和相关装置进行调节.
- 不易污染:因固体培养基本身的低水分活度和相对简单的营养成分,杂菌难以生长繁殖,对无菌要求相对较低,不易发生大面积污染.
- 能产生特殊产物:某些微生物在固体发酵条件下可产生独-特的产物或使产物具有特殊的性质,如红麴在固体发酵时产生的红色色素是液体发酵的十倍,Aspergillus在固体发酵所产生的glucosidase较液体发酵产生的酵素更具耐热性.
- 缺点:
- 传质传热不均匀:固体基质的导热性和透气性较差,导致发酵过程中热量传递和氧气供应不均匀,可能影响微生物的生长和代谢,使发酵效果不稳定,产品质量参差不齐。
- 发酵规模受限:大规模固体发酵时,物料的搅拌、通风和温度控制等难度增加,难以保证发酵条件的一致性,限制了其在大规模工业化生产中的应用,一般较适合中试规模及以下的生产.
- 参数监测困难:难以实现在线实时监测固体培养基内部的微生物生长、代谢等参数,如pH值、溶氧等,通常只能通过间接方法或取样检测来获取相关信息,不利于及时准确地控制发酵过程.
- 自动化程度低:固体发酵罐的结构相对复杂,操作和控制过程较为繁琐,自动化程度较低,需要较多的人工干预,增加了劳动强度和生产成本.
液体发酵罐
- 优点:
- 传质传热良好:液体培养基具有良好的流动性和溶解性,能够使营养物质、氧气等在发酵罐内均匀分布,微生物与底物充分接触,有利于提高发酵效率和产品质量的稳定性.
- 易于大规模生产:液体发酵罐的结构相对简单,易于放大和实现自动化控制,可进行连续化、规模化生产,提高生产效率,降低生产成本,广泛应用于大规模的工业生产中.
- 参数监测和控制精确:可在线实时监测和控制发酵过程中的各种参数,如温度、pH值、溶氧、搅拌速度等,并根据设定值自动调节,保证发酵条件的稳定性和一致性,有利于提高产品的产量和质量.
- 菌种选育方便:液体培养基有利于微生物的分散和生长,能够快速获得大量均一的菌体,便于进行菌种的筛选、诱变和优化等工作,提高菌种的性能和发酵效率。
- 缺点:
- 培养基成本高:液体发酵需要使用纯度较高的化学试剂或营养成分明确的培养基,成本相对较高.
- 下游处理复杂:发酵结束后,需要进行复杂的分离和纯化步骤,如过滤、离心、萃取、层析等,才能获得高纯度的产品,增加了生产成本和工艺复杂性.
- 染菌风险高:液体培养基营养丰富,且发酵过程中需要通入无菌空气和进行搅拌等操作,容易引入杂菌,一旦染菌,可能导致整批发酵失败,造成较大的经济损失.
- 对剪切力敏感的微生物不适用:机械搅拌或气体搅拌等方式可能会产生较大的剪切力,对某些对剪切力敏感的微生物,如丝状菌等,会造成细胞损伤,影响其生长和代谢.