固态发酵技术研究分析及应用

山东省轻工业设计院 山东济南 250014

固态发酵是指在固态基质原料上进行的微生物发酵过程，在发酵基质中几乎没有可以自由流动的水。培养基底物以固态形式存在，不溶于水，为微生物的生长提供了生长环境和所需的营养物质。由固体发酵的培养方式决定其有一些区别于液态发酵的特点：首先，微生物的生长过程中，具有各部温差较大、发酵原料不可溶的特点；其次，微生物细胞的菌体生长过程中大多数叠加在一起生长，直接与载体接触的菌体同在它上面的菌体生长的环境有所区别，提供氧气方面，外层要好于内层；提供营养方面，内层微生物要好于外层微生物，通过菌体之间的间隙来获取。因此，可以认为每个微生物菌体之间的生长环境是不同的。同液态发酵相比，固体发酵具有以下优势：在固态发酵中微生物能保持原始的自然生长状态，利于发酵的代谢产物的积累与多样性。因而，目前在食品酿造行业还采用传统的固体方式发酵；发酵培养基中的含水量低，不需要进行像液态发酵那样的废水处理，环境友好，降低了生产成本[1]。

1 现代固态发酵技术的定义和特点分析

固态发酵技术在提出以及具体应用时，其主要是指在基本上没有任何自由水存在的环境、或者具有一定湿度水但不会溶于固态基质当中的一种、多种微生物发酵过程，整个过程会以生物反应为主。这种固态基质在某种程度上可以将其看作是微生物在整个生长中，其生长代谢时需要的碳素营养、能量、营养来源，同时又可以被看作是微生物在生长中必不可少的重要依存环境。固态发酵技术中，由于现有的基质大多数情况下都具有不溶于水的特征，一般物料水分的整个含量如果不足12%，那么此时微生物的整个生长状态就会受到严重的阻碍影响。由此可以看出，在应用固态发酵技术时，必须要对物料的最低含水量展开有针对性的控制。除此之外，如果固态发酵物料的含水量超过80%，那么势必会出现严重的游离水。对这些条件进行综合分析后，得出的结论就是现阶段的固态发酵含水量一般都会控制在60%左右，避免过高、过低引起不同的问题。

2 固态发酵技术研究分析及应用

2.1 应用于生物制药

随着现在固态发酵技术的不断改进和完善，固态发酵逐渐被应用于生物制药的过程中，并且生产规模也逐渐增大，投入的成本也日益增多，其中只需要控制好工艺技术，再利用固态发酵的特点，以及利用高温杀菌等杀菌操作可防止杂菌的污染，使其在各方面达到最优，即可获得高质量和高产量的药品[2]。

2.2 在食品工业中的应用发展

酱油是以大豆、麸皮等为原料，经微生物固态发酵制成的液体调味品。酱油在我国食品行业中占有重要的地位。近年来，酱油的发酵生产工艺也在不断创新，对不同生产阶段的微生物种类及对酱油风味形成的研究逐渐受到人们的关注，这些方面的研究对酱油行业的发展具有重要意义。豆豉是传统的调味食品，多采用黑豆或黄豆为原料，经发酵制成。现在人们更关注豆豉发酵中产生的物质在营养功能性方面的作用，原料发酵后消除了营养抑制因子，加入的食盐、乙醇和香辛料等提高了产品的储藏性，经发酵后，产品中的氨基酸和异黄酮等成分增加，具有控制糖尿病、抗氧化和降血压等诸多功能。腐乳是在我国传统食品豆腐的基础上经过微生物进一步发酵而制成的风味独特的调味品。根据使用的微生物不同分为细菌型、根霉型和毛霉型3 种，其中毛霉型腐乳生产量最多。由于传统腐乳制作简单粗放，影响因素较多，产品品质和风味不稳定，目前工作对现有腐乳生产工艺进行了改进，提高了产品的稳定性。

2.3 应用于资源环境

随着人类文明和经济的发展，如今也越来越提倡绿色生产的观念，尽量降低资源的消耗，不对环境产生危害或将危害降低到最小。但是在人类物质生活越来越高时，资源环境遭受的破坏也越来越严重。因此，微生物的存在给人们带来了巨大的好处，也为环境的保护做出了巨大的贡献。微生物可以将人类产生的污水得到净化，以及农业残渣的转化、废弃物处理等方面。固态发酵也是解决能源短缺以及环境污染的重要方式之一，微生物的存在可以使废弃物变成有价值的资源，减少环境污染的几率，在资源环境取得了巨大的进展，特别是生物燃料、生物农药、生物转化、生物解读以及生物修复方面尤为突出。利用固态发酵工程技术，不仅推动了相关产业的发展，也提高了某些无用物质的利用价值[3]。

3 结语

近几年，固态发酵越来越多的受到关注，其理论研究也随之深入，开辟了固态发酵领域新的篇章。在未来的固态发酵领域，优化反应器内部基质的传质过程仍然是提升发酵品质的关键，设计出合理高效的反应器也会是固态发酵研究的主要方向。但是，随着数学模型的不断建立与完善，固态发酵的研究将会更为便利。所以，需要广大的科研人员与技术人员不断探索，不断努力，将固态发酵技术应用到更广泛的生活中，造福人类社会。