固體發(fā)酵技術(shù)應(yīng)用的研究進(jìn)展

1、收稿日期 : 2005- 03- 10作者簡介 : 張錦亮 (1979- ) ,男, 河 南省太康縣人 ,西南師范大學(xué)2002級(jí)在讀碩士研究生, 研究方向 : 動(dòng)物微生態(tài)學(xué)。固體發(fā)酵技術(shù)應(yīng)用的研究進(jìn)展張 錦 亮( 西南師范大學(xué) , 重慶 400715)摘要 : 最近十年中 , 固體發(fā)酵技術(shù)在許多方面的應(yīng)用取得 了飛速 的發(fā)展 , 原來 一直認(rèn) 為的技 術(shù)含量 較低的 固體發(fā)酵技術(shù)現(xiàn)在被用來生產(chǎn)許多低成本高附加值的產(chǎn)品, 甚 至在生 物循環(huán) 和生物降 解有毒 物質(zhì)等 方面體 現(xiàn)出了 很大的潛力。生物技術(shù)日新月異, 尤其是在發(fā)酵技術(shù)和酶工業(yè)領(lǐng)域的革新 ,固 體發(fā)酵技術(shù) 應(yīng)用在越 來越多的方 面。綜

2、述固體發(fā)酵中產(chǎn)品和資源的最新進(jìn)展。關(guān)鍵詞 : 固體發(fā)酵 ; 酶; 生物技術(shù)中圖分類號(hào) : q815文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :a文章編號(hào) :1673- 1980(2005)01- 0064- 031固體發(fā)酵技術(shù)簡介固體發(fā)酵技術(shù)發(fā)展已久, 應(yīng)用廣泛。在古代中國就已經(jīng)被應(yīng)用在制曲釀酒、腌制食品、 肥料 堆積等方面。受科技發(fā)展的限制, 在過去的很長一段時(shí)間內(nèi)固體發(fā)酵技術(shù)都停留在一個(gè)比較原始落后的狀態(tài), 甚至在現(xiàn)代的工業(yè)生產(chǎn)上仍然在沿用這樣的發(fā)酵技術(shù)。不過在最近十年間, 關(guān)于固體發(fā)酵技術(shù)的研究和應(yīng)用得到了迅速發(fā)展。在20 世紀(jì)九十年代就有有關(guān)固體發(fā)酵技術(shù)近1 000篇的研究論文和許多著作出版。在21世紀(jì)初 ,固體發(fā)

3、酵技術(shù)的相關(guān)研究論文數(shù)量增加更多。固體發(fā)酵技術(shù)被pandeya分為兩種 : 固體發(fā)酵 ( solidstatefermentation)和固體基質(zhì)發(fā)酵 (solid substratefermentation)。其優(yōu)勢有以下幾點(diǎn) : 首先 , 固體發(fā)酵使用的培養(yǎng)條件相對粗放,而且培養(yǎng)基只需要比較簡單的前期處理; 其次 , 工業(yè)生產(chǎn)的資金投入比較小, 尤其在工業(yè)生產(chǎn)前期投入少, 利于規(guī)?；a(chǎn);另外 , 固體發(fā)酵的產(chǎn)品性能較好、而且工業(yè)生產(chǎn)時(shí)環(huán)境污染比較小, 更有 利于生物循環(huán)。 1本篇文章主要從固體發(fā)酵所利用的資源、目前工業(yè)生產(chǎn)中固體發(fā)酵的主要產(chǎn)品, 發(fā)酵應(yīng)用的領(lǐng)域等幾個(gè)方面綜述關(guān)于固體發(fā)酵技

4、術(shù)在工業(yè)微生物應(yīng)用方面的最新進(jìn)展。2固體發(fā)酵技術(shù)所利用的微生物資源在固體發(fā)酵技術(shù)中應(yīng)用的微生物資源非常廣泛, 從細(xì)菌到真菌的很多個(gè)菌屬都得到了一定的研究和應(yīng)用 , 而且它所利用的微生物資源還在不斷地豐富和增加。在過去的很長一段時(shí)間里, 對固體發(fā)酵技術(shù)的研究很大程度上局限在對絲狀真菌的利用( filamentousfungi) 和酵母 ( yeast)生產(chǎn)產(chǎn)品上。不過在 最 近 的 二 十 年 間, 對 把 細(xì) 菌 菌 株 ( bacterialstrains)作為固體發(fā)酵所利用的微生物資源進(jìn)行了大量的探索和研究, 也取得了很好的研究成果。由于細(xì)菌資源庫本身的豐富, 以及細(xì)菌的代謝產(chǎn)物的豐富,

5、更加擴(kuò)展了固體發(fā)酵技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域。表 1 列舉了在固體發(fā)酵中應(yīng)用的部分微生物資源以及對應(yīng)的發(fā)酵底物 2。3固體發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品如表 1 和表 2 2所介紹 , 固體發(fā)酵技術(shù)不僅對微生物資源的利用存在多樣性, 而且最終的發(fā)酵產(chǎn)品也是多元化的。最終的產(chǎn)品包含很多個(gè)方面, 主要有酶、有機(jī)酸、微生素、生物表面活性劑等等。利用固體發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)酶制劑有巨大的潛能,甚至它的粗發(fā)酵產(chǎn)品可以直接作為酶制劑資源直接利用。現(xiàn)代工業(yè)中所生產(chǎn)的酶制劑主要是使用液體發(fā)酵 (submerged fermentationsmf)進(jìn)行的 , 但與固體發(fā)酵技術(shù)比較 , 液體深 層發(fā)酵 的成本要高很多, 在液體發(fā)酵中很多酶制劑的

6、生產(chǎn)不經(jīng)濟(jì)。固體發(fā)酵被看作可以作為液體發(fā)酵有吸引力的替代技術(shù)。但是隨著人們對酶制劑不斷增長的需求, 蛋白水解酶、纖維素酶、木聚糖酶、 果膠酶、木質(zhì)素酶、 淀64第 7 卷第 1 期重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)( 自然科學(xué)版 )2005年 4 月粉酶等等的需求量在不斷增加, 固體發(fā)酵所能提供的產(chǎn)品限制在糖粉酶、 肌醇六磷酸酶、 鞣酸酶、粗制凝乳酶、乙醇氧化酶、 低聚糖氧化酶等為數(shù)較少的酶制劑。而且很多的技術(shù)還處在實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段,遠(yuǎn)未達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)的需要。當(dāng)前的主要工作應(yīng)該是不斷完善固體發(fā)酵技術(shù)的研發(fā)生產(chǎn)環(huán)節(jié)。表 1固體發(fā)酵微生物資源compoundsourcefunctionaflatoxina. oryz

7、de, a. panasi tusmycotoxinochratoxina. ochraceus, p. viridicatum, a. carbonariusbacterialendotoxinsbacillusthuringiensisinsecticidegibberellic acidgibberellafujikuroi, fusariu m moniliformeplantgrowthhornomezearalenonefusariummoniliformegrowthpromoterergotalkaloidsclavicepspurpurea,c. fusiformi sdis

8、easetreatmentpenicillinpeniclliumchrysogemumantibioticcephalosporincephalosporium armoniumantibioticcephamycincstretomyces clavuligerusantibiotictetracyclinechlorotetracyclines.viridifaciensantibioticoxytetraccyclines.rimosusantibioticiturinbacillussubtilisantibioticactinorhodin,methylenomycins.coel

9、icolorantibioticsurfactinb. subtilisantibioticmonordenhumicola fuscoatraantibioticcyclosporinatolypocladiu m inflantu mimmno suppressive drugustiloxinsustilaginoideavirensantimitotic cyclic peptideantifungal volatilesb. subtilisantifungal compoundsdestrucx ins a andbmetarhiziumanisopliaecyclodepsipe

10、ptidesclavulanicacids.clavulingerusp- lactamaseinhibitor, antibacterialmycophenolicp.brevicompacium表 2固 體發(fā)酵產(chǎn)品productmicro- organisml-glutamicacidbrevibacterium sppigmentsmonascus purfureuscarotenoidpenicillium spxanthangumxanthomonas campestrissuccinoglycanagrobacterium tumefaciensrhizobiumhedysarie

11、thanolsaccharomycescerevisiae,schwanniomyces castellii,zymomonas mobilis, candida utilis, torulautilisaroma compoundsrhizopusoryzae, ceratocystis fimbriatab. subtilisvitamins b12,b6,riboflavin thiamine, nicotinicacid, nicotinamidecitrobacterfreundii. klebsiellapneumoniae,rhizopusoligasporus,r. arrhi

12、zus, r. stolonifergamma- linolenic acidcunninghamella japonica, rhizopussp.biosurfacantsbacillus subtilisbiopesticidesbioherbicideentomopathogenic and mycoparasiticfungi利用固體發(fā)酵技術(shù)對有機(jī)酸的生產(chǎn)由來已久,很多年前就開始了在食品和藥物制劑工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用的檸檬酸的生產(chǎn)。不過對其它種類有機(jī)酸的生產(chǎn) , 比如乳酸、 延胡索酸、 草酸 等, 也就是 從最近十幾年剛剛開始。有害昆蟲和動(dòng)物對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響越來越嚴(yán)重, 而生物殺蟲劑

13、被認(rèn)為是有效防治這種影響的方法。最近 ,利用昆蟲病原微生物和寄生真菌來防治有害昆蟲和動(dòng)物已經(jīng)引起了很多的關(guān)注。尤其是最近所利用蠟樣芽孢桿菌生產(chǎn)生物殺蟲劑, 蠟樣芽孢桿菌在產(chǎn)生芽孢的同時(shí)所生成伴孢晶體對有害昆蟲有選擇毒性, 在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用不斷增65第 7 卷重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)( 自然科學(xué)版 )第 1 期加。最主要的相對普通化學(xué)殺蟲劑這樣的生物處理方法不會(huì)對環(huán)境帶來破壞, 能夠建立起新的生態(tài)平衡 , 有利于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)性發(fā)展。固體發(fā)酵產(chǎn)品還包括生物燃料、 芳香復(fù)合物、色素、 微生素、生物表面活性劑、 免疫抑制劑等。在表 1 中列舉有一些固體發(fā)酵的產(chǎn)品和對應(yīng)的微生物。 34結(jié)論和展望固體發(fā)

14、酵技術(shù)在工業(yè)微生物的應(yīng)用上進(jìn)步尤其明顯 , 本文已經(jīng)就微生物資源的利用和工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)上進(jìn)行了陳述, 還有在發(fā)酵技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域和發(fā)酵設(shè)備的改進(jìn)等一些方面也有了很大的進(jìn)展,將在其它文章中介紹。綜合目前的眾多文獻(xiàn), 固體發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用提供了很有潛在優(yōu)勢的發(fā)酵方式,其在產(chǎn)品生產(chǎn)上技術(shù)含量的增加, 也提高了產(chǎn)品的附加值。而且固體發(fā)酵生產(chǎn)的產(chǎn)品, 如酶、生物 活性復(fù)合物、免疫抑制劑等的價(jià)格也要較液體發(fā)酵產(chǎn)品為高 , 該技術(shù)的應(yīng)用推廣定能夠創(chuàng)造更多社會(huì)價(jià)值4。固體發(fā)酵技術(shù)已經(jīng)取得了不小的進(jìn)步, 但是依然存在許多不足, 發(fā)酵過程條件控制、大型發(fā)酵設(shè)備的設(shè)計(jì)等方面。尤其是該技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過程中的許多應(yīng)用問題,

15、 都有待進(jìn)一步解決。固體發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用推廣還是一個(gè)任重而道遠(yuǎn)的工作, 有待更多的研究工作的開展。參考文獻(xiàn) 1marcelomuller dos santos, alexandresouzada rosa etc.thermaldenaturation:is solid- state fermen tation really agood technology for the production of enzymes? j .bioresource technology . 2004,93: 261- 268.2ashokpandy. new develop ments in solid sta

16、tefermentation: i-bioprocesses and productsj.processbiochemistry. 2000,35: 1153- 1169.3ashokpandy. new develop ments in solid statefermentation: ! . rational approaches to the design, pperationandscale- up of bioreactorsj . processbiochemistry. 2000,35: 1211- 1225. 4zubeydebaysal.solid statefermenta

17、ti onfor productionofa- amylaseby a thermotolerantbacillus subtilisfrom hot-springwater j.processbiochemistry.2003,38: 1665-1668.new development in the application of solid state fermentationzhangjin -liang( southwest chinanormaluniversity, chongqing400715)abstract: the last decadean unprecedentedin

18、creasein solid statefermentation(ssf) and ssfsyste ms havebeenwitnessed.they weretermedasa low- technologysystem,but now theyare usedto makethe productsof lowcostandhighvalue-added. ssfprocesses offer potential advantages in bioremediationand biological detoxificationof hazardousandtoxic compounds.with the developmentof biotechnologicalinnovations, espec