固態(tài)發(fā)酵技術(shù)研究分析及應(yīng)用

山東省輕工業(yè)設(shè)計(jì)院 山東濟(jì)南 250014

固態(tài)發(fā)酵是指在固態(tài)基質(zhì)原料上進(jìn)行的微生物發(fā)酵過(guò)程，在發(fā)酵基質(zhì)中幾乎沒(méi)有可以自由流動(dòng)的水。培養(yǎng)基底物以固態(tài)形式存在，不溶于水，為微生物的生長(zhǎng)提供了生長(zhǎng)環(huán)境和所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。由固體發(fā)酵的培養(yǎng)方式?jīng)Q定其有一些區(qū)別于液態(tài)發(fā)酵的特點(diǎn)：首先，微生物的生長(zhǎng)過(guò)程中，具有各部溫差較大、發(fā)酵原料不可溶的特點(diǎn)；其次，微生物細(xì)胞的菌體生長(zhǎng)過(guò)程中大多數(shù)疊加在一起生長(zhǎng)，直接與載體接觸的菌體同在它上面的菌體生長(zhǎng)的環(huán)境有所區(qū)別，提供氧氣方面，外層要好于內(nèi)層；提供營(yíng)養(yǎng)方面，內(nèi)層微生物要好于外層微生物，通過(guò)菌體之間的間隙來(lái)獲取。因此，可以認(rèn)為每個(gè)微生物菌體之間的生長(zhǎng)環(huán)境是不同的。同液態(tài)發(fā)酵相比，固體發(fā)酵具有以下優(yōu)勢(shì)：在固態(tài)發(fā)酵中微生物能保持原始的自然生長(zhǎng)狀態(tài)，利于發(fā)酵的代謝產(chǎn)物的積累與多樣性。因而，目前在食品釀造行業(yè)還采用傳統(tǒng)的固體方式發(fā)酵；發(fā)酵培養(yǎng)基中的含水量低，不需要進(jìn)行像液態(tài)發(fā)酵那樣的廢水處理，環(huán)境友好，降低了生產(chǎn)成本[1]。

1 現(xiàn)代固態(tài)發(fā)酵技術(shù)的定義和特點(diǎn)分析

固態(tài)發(fā)酵技術(shù)在提出以及具體應(yīng)用時(shí)，其主要是指在基本上沒(méi)有任何自由水存在的環(huán)境、或者具有一定濕度水但不會(huì)溶于固態(tài)基質(zhì)當(dāng)中的一種、多種微生物發(fā)酵過(guò)程，整個(gè)過(guò)程會(huì)以生物反應(yīng)為主。這種固態(tài)基質(zhì)在某種程度上可以將其看作是微生物在整個(gè)生長(zhǎng)中，其生長(zhǎng)代謝時(shí)需要的碳素營(yíng)養(yǎng)、能量、營(yíng)養(yǎng)來(lái)源，同時(shí)又可以被看作是微生物在生長(zhǎng)中必不可少的重要依存環(huán)境。固態(tài)發(fā)酵技術(shù)中，由于現(xiàn)有的基質(zhì)大多數(shù)情況下都具有不溶于水的特征，一般物料水分的整個(gè)含量如果不足12%，那么此時(shí)微生物的整個(gè)生長(zhǎng)狀態(tài)就會(huì)受到嚴(yán)重的阻礙影響。由此可以看出，在應(yīng)用固態(tài)發(fā)酵技術(shù)時(shí)，必須要對(duì)物料的最低含水量展開(kāi)有針對(duì)性的控制。除此之外，如果固態(tài)發(fā)酵物料的含水量超過(guò)80%，那么勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的游離水。對(duì)這些條件進(jìn)行綜合分析后，得出的結(jié)論就是現(xiàn)階段的固態(tài)發(fā)酵含水量一般都會(huì)控制在60%左右，避免過(guò)高、過(guò)低引起不同的問(wèn)題。

2 固態(tài)發(fā)酵技術(shù)研究分析及應(yīng)用

2.1 應(yīng)用于生物制藥

隨著現(xiàn)在固態(tài)發(fā)酵技術(shù)的不斷改進(jìn)和完善，固態(tài)發(fā)酵逐漸被應(yīng)用于生物制藥的過(guò)程中，并且生產(chǎn)規(guī)模也逐漸增大，投入的成本也日益增多，其中只需要控制好工藝技術(shù)，再利用固態(tài)發(fā)酵的特點(diǎn)，以及利用高溫殺菌等殺菌操作可防止雜菌的污染，使其在各方面達(dá)到最優(yōu)，即可獲得高質(zhì)量和高產(chǎn)量的藥品[2]。

2.2 在食品工業(yè)中的應(yīng)用發(fā)展

醬油是以大豆、麩皮等為原料，經(jīng)微生物固態(tài)發(fā)酵制成的液體調(diào)味品。醬油在我國(guó)食品行業(yè)中占有重要的地位。近年來(lái)，醬油的發(fā)酵生產(chǎn)工藝也在不斷創(chuàng)新，對(duì)不同生產(chǎn)階段的微生物種類(lèi)及對(duì)醬油風(fēng)味形成的研究逐漸受到人們的關(guān)注，這些方面的研究對(duì)醬油行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。豆豉是傳統(tǒng)的調(diào)味食品，多采用黑豆或黃豆為原料，經(jīng)發(fā)酵制成?，F(xiàn)在人們更關(guān)注豆豉發(fā)酵中產(chǎn)生的物質(zhì)在營(yíng)養(yǎng)功能性方面的作用，原料發(fā)酵后消除了營(yíng)養(yǎng)抑制因子，加入的食鹽、乙醇和香辛料等提高了產(chǎn)品的儲(chǔ)藏性，經(jīng)發(fā)酵后，產(chǎn)品中的氨基酸和異黃酮等成分增加，具有控制糖尿病、抗氧化和降血壓等諸多功能。腐乳是在我國(guó)傳統(tǒng)食品豆腐的基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)微生物進(jìn)一步發(fā)酵而制成的風(fēng)味獨(dú)特的調(diào)味品。根據(jù)使用的微生物不同分為細(xì)菌型、根霉型和毛霉型3 種，其中毛霉型腐乳生產(chǎn)量最多。由于傳統(tǒng)腐乳制作簡(jiǎn)單粗放，影響因素較多，產(chǎn)品品質(zhì)和風(fēng)味不穩(wěn)定，目前工作對(duì)現(xiàn)有腐乳生產(chǎn)工藝進(jìn)行了改進(jìn)，提高了產(chǎn)品的穩(wěn)定性。

2.3 應(yīng)用于資源環(huán)境

隨著人類(lèi)文明和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，如今也越來(lái)越提倡綠色生產(chǎn)的觀念，盡量降低資源的消耗，不對(duì)環(huán)境產(chǎn)生危害或?qū)⑽：档偷阶钚?。但是在人?lèi)物質(zhì)生活越來(lái)越高時(shí)，資源環(huán)境遭受的破壞也越來(lái)越嚴(yán)重。因此，微生物的存在給人們帶來(lái)了巨大的好處，也為環(huán)境的保護(hù)做出了巨大的貢獻(xiàn)。微生物可以將人類(lèi)產(chǎn)生的污水得到凈化，以及農(nóng)業(yè)殘?jiān)霓D(zhuǎn)化、廢棄物處理等方面。固態(tài)發(fā)酵也是解決能源短缺以及環(huán)境污染的重要方式之一，微生物的存在可以使廢棄物變成有價(jià)值的資源，減少環(huán)境污染的幾率，在資源環(huán)境取得了巨大的進(jìn)展，特別是生物燃料、生物農(nóng)藥、生物轉(zhuǎn)化、生物解讀以及生物修復(fù)方面尤為突出。利用固態(tài)發(fā)酵工程技術(shù)，不僅推動(dòng)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，也提高了某些無(wú)用物質(zhì)的利用價(jià)值[3]。

3 結(jié)語(yǔ)

近幾年，固態(tài)發(fā)酵越來(lái)越多的受到關(guān)注，其理論研究也隨之深入，開(kāi)辟了固態(tài)發(fā)酵領(lǐng)域新的篇章。在未來(lái)的固態(tài)發(fā)酵領(lǐng)域，優(yōu)化反應(yīng)器內(nèi)部基質(zhì)的傳質(zhì)過(guò)程仍然是提升發(fā)酵品質(zhì)的關(guān)鍵，設(shè)計(jì)出合理高效的反應(yīng)器也會(huì)是固態(tài)發(fā)酵研究的主要方向。但是，隨著數(shù)學(xué)模型的不斷建立與完善，固態(tài)發(fā)酵的研究將會(huì)更為便利。所以，需要廣大的科研人員與技術(shù)人員不斷探索，不斷努力，將固態(tài)發(fā)酵技術(shù)應(yīng)用到更廣泛的生活中，造福人類(lèi)社會(huì)。