物发酵生长过程中，培养基被分解了，底物容易结块，孔隙率也降低，结果底物的外形和物 理特性都发生了变化，降低了发酵过程中的传质和传热。例如，麦片在发酵过程中由于淀粉 的降解和水的挥发，会导致固体底物变形结块，结果使传质和传热受到影响。而具有稳定结 构的固态载体充当固态发酵的固相可以克服这一缺点，从而更有利于微生物的生长和产物产 量的增加。例如，采用聚氨酯泡沫体为载体吸附固态发酵核酸酶 P1 时，产量和活力分别比 采用麸皮固态发酵提高 9 倍和 4 倍。 另外，惰性载体吸附固态发酵与固体底物基质固态发酵相比，还具有产物提取简便的优 点。可以很容易地从惰性载体中提取到胞外产物，而且所得到的产物含有较少的杂质，载体 还可以重复使用。例如，利用聚苯乙烯作为载体，以肋生弧茵产生 L-谷氨酰胺酶时，产物 比采用麦麸粉固态发酵时得到的产物黏性要低。另外，前者的产物不含蛋白质污染物，而后 者含有多余的淀粉酶和纤维素酶等。 与固体底物基质固态发酵相比，惰性载体吸附固态发酵还具有其他很多优点，如：能 够对培养基营养成分进行合适的调节；容易了解产物中的各成分并进行分析，从而有利于发 酵过程的控制以及动力学研究与模型建立等。 第三节 固态发酵反应器 生物反应器提供生物生长的环境，可以阻止外物进人和内部物质的外溢，必须无毒、耐 振动、不易腐蚀，有良好的搅拌、通气、散热、冷却系统，能够进行无菌操作。固态发酵不 同于深层液态发酵，反应基质以固态形式存在，反应体系内的传递过程极其复杂，包括气— 固、气—液、液—固等形式，气相是其最主要的流动介质，因此固态发酵生物反应器与液体 发酵反应器有着显著的区别，而目的限制固态发酵反应用于现代生物反应工程的一个重要因 素就是适用的固态发酵反应器。 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、工业生产规模)。 B.Lonsane 曾经归纳出了九种不同形式的工业规模的固态发酵反应器；转鼓式，木盒式；加 盖盘式；垂直培养盒式，倾斜接种盒式，浅盘式，传送带式；圆柱式；混合式等。K.E.Aidou 也提出了十种不同形式的固态发酵反应器，但以基质的运动情况则可以分为两类：①静态固 态发酵反应器，包括浅盘式和塔柱式反应器；②动态固态发酵反应器，包括机械搅拌的筒柱 式、转鼓式反应器等。第一类反应器内发酵基质在发酵过程中基本处于静止状态。其优点是 结构简单，操作方便，放大问题小；其明显的缺点是：由于发酵基质的相对静止，热量、氧 气和其他营养物质的传递困难，从而导致基质内部温度、湿度、酸碱度和菌体生长状态的严 重不均匀。第二类反应器中的基质处于间断或连续的运动状态．而强化了传热和传质，设备 结构紧凑，自动化程度相对较高，但由于机械部件多，结构复杂，灭菌消毒比较围难，固态 基质的搅拌能耗过大，发酵物料的持续运动有可能会破坏菌丝体，从而影响菌体的生长与代 谢。对于实验室规模的发酵过程，搅拌所起的作用(如促进物质传递，使发酵基质内部参数 均匀)不一定十分显著，因而这种设备的放大是一个突出的问题。无论何种形式的固态发酵 反应器，都必须考虑以下几个方面的问题：①接种技术；②灭菌方式；③发酵基质的特性； ④供气手段；⑤参数的测量和控制；⑥取样分析技术；⑦结构简单，操作方便。 固态发酵由于其基质以固态存在，所以不能像液体发酵那样可以用摇瓶进行大量的基础 研究，而只能依靠设计合理、控制手段完备的固态发酵反应器。固态发酵反应器主要由两部 分组成，即反应器主体和供气、控温、保温系统，后者的主要目的是保持发酵系统的需氧状 态和调节发酵基质的温度和湿度。 一、静态固态发酵反应器与动态固态发酵反应器