本文发表在《饲料工业》权威杂志1997年第4期上

1、目前常用的发酵设备与方法

1.1 固态发酵机

    该机设备机械化程度高，控温调温效果好，操作简单，劳动强度小，发酵效果好。缺点是占地极大，投资也巨大，万吨级规模需要该发酵机60台，占地1500平方米以上，投资145万元以上，发酵面积效率仅40公斤/平米·天。故它仅用于来生产小批量的固体母种和高附加值的产品。

1.2 通风发酵池

    采用此法的厂家很多，效果却不佳，料层厚度一般为50厘米以下（太薄了则用此法不合算），吸水后的柔性物料上下挤压，而鼓风机风压仅240-400毫米水柱，池中央几乎为通风死角，相反物料与硬性水泥壁之间风阻较小，大量风由此短路而出，故池中间物料不能及时换气，温度常达到50度以上，产生酒味和烧料现象。通过在池中间物料上戮大量的通风孔可以缓和这一状况。同时带动孔与孔之间物料中空气的扩散换气作用，但死角物料仍然很多，劳动强度也较大，温湿度上下不易控制均匀，占地也较大此。

1.3 浅盘上架发酵法

    料厚一般控制在10~20厘米，发酵室内靠自然对流及排风扇等进行换气控温，物料内部则靠扩散作用换气，但物料板结后，扩散作用明显减弱。该法生产的产品质量还稳定，生物效价也较高，但劳动强度还极大，生产管理复杂，从而质量控制意识容易忽视，占地也较大，料层也厚一些，不利于产品质量稳定。

1.4 蜂窝煤发酵法

    将待发酵物料压成蜂窝煤状，叠放于周转箱内，再堆放于发酵室内保温发酵。占地面积极小，劳动强度也不大，但物料被压紧，同部物料严重缺氧，发酵仅在表面良好，发酵过程中酒味浓郁，产品生物活性较低，质量也不稳定。实不可取。

1.5 另外还有大棚发酵法，地面发酵法，立体发酵器法，空气载体发酵法等

2、固态发酵设备设施的设计原则

    根据我们的经验应遵循以下几点原则：

2.1 保证最大限度地产生生物活性物质及分解基料蛋白；这是发酵的目的，也即要充分地考虑供氧。微生物菌体与酶的合成、物质代谢、主动运输等生理活性均需要能量，能量是由基料氧化而获得的，微生物仅能利用这些能量中的以ATP形式存在的能量，其余大部分则以代谢热释放到环境中，一般而言，每摩尔ATP可供10克菌体物质的合成。细胞在缺氧时，由底物水平的磷酸化产生ATP，效率极低，且产生一些不必要的代谢物如乙醇等；细胞在氧气充足的情况下，则由氧化磷酸化水平上产生ATP，效率要高10~20倍，且作为能源的淀粉类基料可彻底地分解利用，尤其是对于高蛋白基料水平上的固态发酵来讲，能源物质有限，应充分考虑供气的效果，肯定具有极大意义。

2.2 尽量消灭供气死角，有良好的传质性能，保证物料的均质性、疏松性。有防止发酵过程中由于物料变化和物质与能量的反应化而造成的传质不均匀的手段。

2.3 保证利用风载热载湿以达到温湿度调控的目的。

2.4 发酵室应有良好的保温及降温功能。

2.5 便于集中管理，集中控制。

2.6 注意规模放大产生的负效应，如可设计组合成组装式发酵单元，一个单元为一个发酵体，增加单元数量便可达到增加规模的目的。

2.7 另外还须结合基料配方设计来达到良好发酵的目的，如控制基料酸度可达到控制杂菌污染的目的，增加适当的磷源可充分利用基料能量物质等，同时考虑进行后熟、强制自溶等需要来设计发酵设备设施。

3、H250型半动态强制充气发酵器与几种常用发酵方式的比较试验

    H250型发酵器是我公司承担的江西省“八五”重点工业性试验项目的配套设计设备，物料内采用无油空压机控压强制连续充气，同时所有物料死角均布有方向不同的压缩空气喷孔，发酵中每8小时喷气几分钟，以进行翻料及死角换气。物料出入半机械化，每个发酵器每批处理折干物料为80公斤，发酵面积效率为160公斤/平米每天。发酵室内温湿度的控制为本公司干燥工序的脉冲闪蒸干燥机的第一级尾气，再调湿降温而成，风温为36~40度，相对湿度为95%，风量为11800立方米/小时，风压为1000毫米水柱，风机功率为75千瓦，室内装有直接蒸汽管道阀门以备风机停机时保温用。

    物料内的供气系统由无油空压机、后冷却器、缓冲罐、调温调湿器、预过滤器、油水过滤器、精密过滤器、贮气罐、风网系统一和风网系统二组成。H250发酵器由钢网外壳、运送件、压缩空气管、空气触足、挡料棒、死角喷气孔、连接管，等组成。

    本对比试验采用本公司HT-4号配方，主料为预脱毒菜粕、预分解动物蛋白悬液、淀粉原料及其它等，经混合，调湿，灭菌，后接入三株高酶活菌种，五株酵母菌进行发酵，室内用直接蒸汽保温，排风扇降温，培养温度为28~36度，均进行后熟，强制自溶处理。试验组为H250型发酵器，料内强制充气，装湿料130公斤，料厚100厘米。对照组为浅盘发酵，分料厚为5厘米、10厘米、15厘米三种；蜂窝煤发酵，压制12个叠放于塑料箱内；模拟小型厚层通风池，钢网做假底，料厚为50厘米，中央戮孔处理，小型鼓风机通风，每6小时通风30分钟，发酵高峰时注意通风降温。

    HT-4号配方基料蛋白含量为46.45%，接种后含扣囊拟内孢霉（大细胞）0.3亿/克，含其它酵母细胞（小细胞）0.84亿个/克，酵母细胞总数为1.14亿个/克，含高酶活曲种孢子0.52亿个/克。

    考核参数选用（1）典型的酵母细胞总数。（2）扣囊拟内孢霉（大细胞）细胞数。（3）其它酵母细胞数（小细胞）。（4）菌体转化率，即菌体物质占总物料的重量百分比。（5）发酵面积效率kg/m2·d。（6）可溶性蛋白含量，间接地反映了产蛋白酶的能力。（7）发酵气味，反映是否正常。试验结果见表1~4。

    菌体转化率公式如下：

    菌体转化率%=（A/116＋B/650）×1.551×100%

    式中：A------扣囊拟内孢霉细胞数 亿个/克

          B------其它酵母细胞数     亿个/克

          116---每克纯扣囊拟内孢霉细胞数（亿个/克）

          650---每克纯其它酵母细胞数（亿个/克）

          1.551---高酶活曲种的菌丝体生长量相对于酵母菌体产量的系数（g/g）

表一：12小时取样结果   （亿个/克、%、kg/m2·d）

表二：24小时取样结果   （亿个/克、%、kg/m2·d）

表三：36小时取样结果   （亿个/克、%、kg/m2·d）

表四：48小时取样结果   （亿个/克、%、kg/m2·d）

    注：蜂窝煤组不能进入自溶，否则出现异味，污染杂菌等。另由于大量细胞自溶，使基质转化率表观数据下降，故此处无意义。

4、结论

4.1 各指标数据有一定的规律性，与供气效果成正比，排列顺序为（1）H250型发酵器。（2）浅盘5厘米。（3）浅盘10厘米。（4）通风池。（5）浅盘15厘米。（6）蜂窝煤发酵。自溶率也符合这一规律，这与加入的促溶剂需氧作用原理一致。

4.2 发酵效果H250发酵器与浅盘5厘米相近，而通风池与浅盘15厘米相近，但由于通风池用的是小型模拟设备，存在着规模扩大后的负效应，大规模（1500公斤干料/批.池）生产中发酵效果往往远低于浅盘15厘米。而蜂窝煤法则实不可取。

4.3 发酵初始，扣囊拟内孢霉增殖较快，约增殖4代，这与它具备较强的淀粉酶和蛋白酶能力有关。而12~24小时，其它酵母则增殖较快，平均增殖了4代，而大细胞（扣囊拟内孢霉）只增殖了2.5代，这是由于高酶活曲种分泌的大量淀粉酶和蛋白酶的作用，使基料中富含糖分和氨基酸等，使小细胞大量繁殖。

4.4 大细胞的自溶率极低，仅达到5~12%，而小细胞的自溶率则达90%以上，综合强制自溶率为54~69%。正是由于小细胞增殖数量多，自溶率又高，可产生生物素，赖氨酸，和蛋氨酸，B族维生素等，故可利用它们平衡产品营养。

4.5 H250型发酵器发酵面积效率高，同时劳动强度小，供气效果好，重复性好，便于发展自动控制等，这些特点都与保证产品质量及质量稳定性有关，可有效地解决目前固态发酵蛋白饲料生产中产量与质量之间的矛盾。