发酵

发酵是指微生物或酶分解有机基质，并形成酸、醇、气体或香精等代谢产物的生化转化过程。发酵技术被应用于食品、制药和生物技术领域，用于保存和精制产品，或有针对性地生产有效成分和香精。典型的发酵过程包括制作酸奶、酸菜、啤酒、葡萄酒、醋、酶或药物活性成分。

从物质角度来看，微生物通常在厌氧或微需氧条件下转化高能量基质（例如糖）。一个高度简化的发酵反应（乳酸发酵）可以如下图所示：

C₆H₁₂O₆ → 2 · C₃H₆O₃

葡萄糖转化为乳酸，同时以ATP的形式为微生物提供能量。在酒精发酵过程中，常用的总式为：

C₆H₁₂O₆ → 2 · C₂H₅OH + 2 · CO₂

在这里，葡萄糖被转化为乙醇和二氧化碳。

从技术上讲，发酵通常在生物反应器或发酵罐中进行。重要的工艺参数包括温度、pH值、氧气供应（通气或不通气或少量通气）、搅拌强度、营养成分和持续时间。微生物的生长动力学通常用以下简化关系来描述：

μ = (1/X) · (dX/dt)

• μ：特定增长率
• X：生物质浓度
• t：时间时间

产品形成可采用类似的资产负债表方法来考察，例如：

r_P = (dP/dt)

• r_P：产品的生成速率
• P：产品浓度

在混合器和工艺容器中，微生物、基质和添加气体的均匀分布对发酵过程至关重要。有效的搅拌可确保温度和 pH 值保持稳定，营养物质分布均匀，发酵罐各点的反应条件尽可能相似。这有助于实现可重复的产品质量、明确的风味特征和稳定的产量。

根据工艺目标，发酵可采用批量、连续批量或连续工艺进行。在批量发酵中，准备一批原料，并将其发酵至所需的转化程度。在连续批量工艺中，可以在发酵过程中有针对性地控制基质的供应，以避免不良的副反应（例如糖浓度过高）。Amixon® 设备非常适合用于发酵过程。博客文章“amixon 发酵罐中的发酵”对此进行了详细说明。