固體發(fā)酵，固體發(fā)酵的原理什么

固體發(fā)酵就是讓微生物在不溶于水的顆粒狀固體培養(yǎng)基上生長。通過微生物的代謝活動(dòng)獲得代謝產(chǎn)物或菌體。 固體發(fā)酵分為兩種類型：厭養(yǎng)型固體發(fā)酵，好氧型固體發(fā)酵。 厭氧型固體發(fā)酵一般用于發(fā)酵酒精等，就是生產(chǎn)傳統(tǒng)白酒。也可用于飼料青貯等。就是將固體的有機(jī)物如稻草、甘蔗渣、高粱等放在一個(gè)大坑里，讓其自然發(fā)酵，也可加入菌鐘。 好氧型固體發(fā)酵，一般用于生產(chǎn)傳統(tǒng)調(diào)味料如醬油等，就是將培養(yǎng)的有機(jī)物如煮熟的黃豆等攤在一個(gè)大盤子里，讓其充分接觸空氣。工業(yè)上一般用機(jī)械強(qiáng)制通風(fēng)。食用菌生產(chǎn)也是好氧型固體發(fā)酵的一種。

固體發(fā)酵定義： 廣義：微生物生長於不溶於水的基質(zhì)，且基質(zhì)上含有不同量的自由水(free water)。 狹義：微生物生長在潮濕不溶於水的基質(zhì)進(jìn)行發(fā)酵，在固體發(fā)酵過程中不含任何自由水，隨著自由水的增加，固體發(fā)酵范圍延伸至黏稠發(fā)酵(slurry fermentation)以及固體顆粒懸浮發(fā)酵。 固體發(fā)酵的優(yōu)點(diǎn)： 1. 培養(yǎng)基單純，例如谷物類、小麥麩、小麥草、大宗谷物或農(nóng)產(chǎn)品等均可被使用，發(fā)酵原料成本較經(jīng)濟(jì)。 2. 基質(zhì)前處理較液體發(fā)酵少，例如簡(jiǎn)單加水使基質(zhì)潮濕，或簡(jiǎn)單磨破基質(zhì)增加接觸面積即可，不需特殊機(jī)具，一般家庭即可進(jìn)行步驟。 3. 因獲得水分可減少雜菌污染，此種低滅菌步驟即可施行的發(fā)酵，適合低技術(shù)地區(qū)使用。 4. 能產(chǎn)生特殊產(chǎn)物，如紅麴產(chǎn)生的紅色色素是液體發(fā)酵的十倍，又Aspergillus在固體發(fā)酵所產(chǎn)生的glucosidase較液體發(fā)酵產(chǎn)生的酵素更具耐熱性。 5. 固體發(fā)酵相當(dāng)於使用相當(dāng)高的培養(yǎng)基，且能用較小的反應(yīng)器進(jìn)行發(fā)酵，單位體積的產(chǎn)量較液體為高。 6. 下游的回收純化過程及廢棄物處理通常較簡(jiǎn)化或單純，常是整個(gè)基質(zhì)都被使用，如做為飼料添加物則不需要回收及純化，無廢棄物的問題。 7. 固體發(fā)酵可食品產(chǎn)生特殊風(fēng)味，并提高營養(yǎng)價(jià)值，如天培可作為肉類的代用品，其胺基酸及脂肪酸易被人體消化吸收。 固體發(fā)酵的缺點(diǎn)： 1. 限於低濕狀態(tài)下生長的微生物，故可能的流程及產(chǎn)物較受限，一般較適合於真菌。 2. 在較致密的環(huán)境下發(fā)酵，其代謝熱的移除常造成問題，尤其是大量生產(chǎn)時(shí)，常限制其大規(guī)模的產(chǎn)能。 3. 固態(tài)下各項(xiàng)參數(shù)不易偵測(cè)，尤其是液體發(fā)酵的各種探針不適用於固體發(fā)酵，pH值、濕度、基質(zhì)濃度不易調(diào)控，Biomass不易量測(cè)，每批次發(fā)酵條件不易一致，再現(xiàn)性差。 4. 不易以攪拌方式進(jìn)行質(zhì)量傳遞(masss transfer)，因此發(fā)酵期間，物質(zhì)的添加無法達(dá)到均勻。 5. 由於不易偵測(cè)，從發(fā)酵工程的觀點(diǎn)來看，許多工作都只是在定性或觀察性質(zhì)，故不易設(shè)計(jì)反應(yīng)器，難以量化生產(chǎn)或設(shè)計(jì)合理化的發(fā)酵流程。 6. 固體發(fā)酵的培養(yǎng)時(shí)間較長，其產(chǎn)量及產(chǎn)能常低於液體發(fā)酵。 7. 萃取的產(chǎn)物常因黏度高不易大量濃縮。 真菌進(jìn)行固體發(fā)酵的優(yōu)勢(shì) 1. 能在較低含水分下生長(適水活性在0.7-0.93-0.98)，而細(xì)菌興酵母菌的適水活性則大於0.99。 2. 細(xì)菌一般在低pH下就不易生長，而一般真菌能在低pH下也能生長良好。而固態(tài)培養(yǎng)基的pH很難調(diào)控，故真菌的此項(xiàng)特點(diǎn)有利於固體發(fā)酵。 3. 固態(tài)基質(zhì)常為大分子化合物，如淀粉、纖維素、半纖維素、果膠、木質(zhì)素、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)等，真菌常能分泌這類的胞外分解酵素而利用其周圍的培養(yǎng)基質(zhì)作為碳源及氮源。 4. 真菌若具有產(chǎn)孢特性，則易於存放及接種，人員不需要太多訓(xùn)練即能進(jìn)行孢子接種工作。 5. 菌絲的生長模式優(yōu)於單細(xì)胞的生長方式，菌絲頂端延伸并分枝產(chǎn)生新的菌絲端，能迅速覆蓋固體基質(zhì)表面而有效利用基質(zhì)。 6. 菌絲有分隔者，能透過孔洞(septal pore)傳送物質(zhì)，遇危險(xiǎn)則孔洞自動(dòng)封住，以避免細(xì)胞質(zhì)流失；若為無分隔者，其細(xì)胞質(zhì)內(nèi)物質(zhì)的傳送迅速而使菌落快速繁衍。 7. 菌絲的生長滲透到固體培養(yǎng)基的力量強(qiáng)，形成很高的機(jī)械壓力，配合尖端分泌的水解酵素，使穿入固體基質(zhì)容易。