發(fā)酵技術(shù)進(jìn)展

1、專(zhuān)業(yè)文獻(xiàn)綜述題 目: 固態(tài)發(fā)酵技術(shù)研究進(jìn)展 姓 名: 學(xué) 院: 專(zhuān) 業(yè): 學(xué) 號(hào): 指導(dǎo)教師: 年 月 日固態(tài)發(fā)酵技術(shù)研究進(jìn)展摘要：固態(tài)發(fā)酵是孕育幾千年中華文明的一種發(fā)酵技術(shù)，從酒的釀造開(kāi)始，固態(tài)發(fā)酵不斷給人類(lèi)帶來(lái)各種財(cái)富。液態(tài)發(fā)酵等技術(shù)的發(fā)展使古老的固態(tài)發(fā)酵技術(shù)逐漸冷落，但近年來(lái)由于資源環(huán)境問(wèn)題人們又開(kāi)始重新關(guān)注起固態(tài)發(fā)酵技術(shù)。人們?cè)趥鹘y(tǒng)固態(tài)發(fā)酵技術(shù)的基礎(chǔ)上，改進(jìn)了固態(tài)發(fā)酵的各種條件，制造新固態(tài)發(fā)酵設(shè)備，并創(chuàng)新地應(yīng)用到各種領(lǐng)域。本文就近年來(lái)固態(tài)發(fā)酵技術(shù)的研究進(jìn)展，對(duì)固態(tài)發(fā)酵技術(shù)改進(jìn)后的工藝參數(shù)條件、發(fā)酵設(shè)備和新應(yīng)用進(jìn)行綜述。關(guān)鍵詞：固態(tài)發(fā)酵；發(fā)酵條件；發(fā)酵設(shè)備；應(yīng)用方向Research Pr

2、ogress in Solid State Fermentation TechnologyAbstract: Solid state fermentation（SSF）is a kind of fermentation technology which derived by thousands of years of Chinese civilization. From the beginning of wine brewing, solid state fermentation had been constantly bringing various wealth to mankind. A

3、s liquid fermentation technology developments, the antiquated solid fermentation technology was gradually left out in the cold. But in recent years, due to the problems of resources and environment, people began to focus on solid fermentation technology. People improve a variety of solid state ferme

4、ntation conditions, make new solid state fermentation equipment and creatively apply to various fields in the base of traditional solid-state fermentation technology. This paper will give a review on the recent progress in researches on the technology of solid state fermentation, including the proce

5、ss parameters, fermentation equipment and new application after improvement of the technology of solid state fermentation.Keywords: solid state fermentation; fermentation conditions; fermentation equipment; application fields固態(tài)發(fā)酵( Solid State Fermentation，SSF) 是一種傳統(tǒng)發(fā)酵工藝手段，同其他發(fā)酵技術(shù)一樣，固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)基含水十分豐富，但培養(yǎng)

6、基基本呈固態(tài)，流動(dòng)水含量極少或幾乎為零。固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)基采用不溶于水的有機(jī)聚合物并添加碳源、氮源、水、生長(zhǎng)因子、無(wú)機(jī)鹽等微生物生長(zhǎng)必需物質(zhì)制成。傳統(tǒng)固態(tài)發(fā)酵操作簡(jiǎn)便，無(wú)需進(jìn)行廢水處理，設(shè)備簡(jiǎn)單，培養(yǎng)基成本低，發(fā)酵過(guò)程粗放，不要求嚴(yán)格的無(wú)菌環(huán)境。但同時(shí)，固態(tài)發(fā)酵傳質(zhì)傳熱差，發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生氣體、液體使培養(yǎng)基不均勻，極易混入大量雜菌，而且通量較低，因而被液體發(fā)酵等新發(fā)酵技術(shù)取代。液體發(fā)酵改善了固態(tài)發(fā)酵技術(shù)的缺點(diǎn)，然而對(duì)原料消耗大，廢料排出多，不符合資源環(huán)境節(jié)約的新時(shí)代要求(Aggelopoulos et al., 2014)。固態(tài)發(fā)酵因此再次被人們重視并得到改善與發(fā)展。1 固態(tài)發(fā)酵的工藝條件固態(tài)發(fā)酵由

7、于過(guò)程與自然發(fā)酵十分相近(S. Li et al., 2013)，資源消耗較少且較為環(huán)保而重受關(guān)注。正是由于這些特性，固態(tài)發(fā)酵的發(fā)酵條件難以精確化控制，因此建立準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型較為困難，目前工業(yè)生產(chǎn)研究仍然停留在經(jīng)驗(yàn)主導(dǎo)水平上(黃達(dá)明, 2003)。1.1 培養(yǎng)基成分及形態(tài)的改善和普通培養(yǎng)基一樣，固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)基也是由支持物與營(yíng)養(yǎng)素和水組成的。固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)基的填充支持物不采用瓊脂這類(lèi)物質(zhì)，而是選用花生殼、玉米皮、稻殼等通風(fēng)性能良好的物質(zhì)(李浪, 楊旭, & 薛永亮, 2011)，這樣可以改善發(fā)酵過(guò)程中的傳質(zhì)傳熱性能同時(shí)節(jié)約成本。營(yíng)養(yǎng)素包括麩皮、豆粕、玉米粉等碳、氮源以及無(wú)機(jī)鹽等必須因子。碳

8、/氮比需要根據(jù)實(shí)際菌種和生產(chǎn)需要來(lái)試驗(yàn)調(diào)整，一般維持在1:10100。(李林輝 & 徐春, 2006)碳/氮比過(guò)高，發(fā)酵緩慢，過(guò)低則不利于代謝產(chǎn)物的積累。培養(yǎng)基各成分的形態(tài)也與發(fā)酵過(guò)程有關(guān)。提供營(yíng)養(yǎng)的原料顆粒越小，單位反應(yīng)表面積越大，相應(yīng)的發(fā)酵效率越高。但是由于培養(yǎng)基顆粒的減小，傳質(zhì)傳熱性能就會(huì)減弱，此時(shí)填充料的作用就得以體現(xiàn)，同時(shí)對(duì)于營(yíng)養(yǎng)素顆粒的孔隙率也有相應(yīng)要求。1.2 基質(zhì)含水量與水活度水是生物固態(tài)發(fā)酵微生物生長(zhǎng)的必須因素，含水量的多少會(huì)直接影響固態(tài)發(fā)酵的產(chǎn)率。水活度（Water Activity，aw）是指培養(yǎng)基基質(zhì)中自由水含量，它與基質(zhì)含水量的多少、基質(zhì)的持水性等因素有關(guān)。不

9、同的菌種有不同的相對(duì)應(yīng)所需要的水活度，例如細(xì)菌的aw在0.900.99，多數(shù)酵母aw在0.800.90，少數(shù)酵母和真菌aw為0.600.70。固態(tài)發(fā)酵一般初始含水量控制在3075%的范圍內(nèi)(徐桂轉(zhuǎn), 馬俊軍, & 張百良, 2007)，在發(fā)酵過(guò)程中由于發(fā)酵的消耗利用和通氣蒸發(fā)要及時(shí)補(bǔ)充水分。含水量過(guò)低則會(huì)由于基質(zhì)吸水少膨脹少而減少反應(yīng)表面積從而降低產(chǎn)率，同時(shí)也會(huì)因?yàn)檎舭l(fā)量的提升而不能滿足菌種生長(zhǎng)需求水活度而阻礙發(fā)酵的進(jìn)行。含水量過(guò)高會(huì)使得培養(yǎng)及基質(zhì)間隙被水填充而導(dǎo)致通氣量減少，傳質(zhì)傳熱性能受到影響，導(dǎo)致細(xì)菌等雜菌滋生污染發(fā)酵產(chǎn)物。因此在選擇固態(tài)發(fā)酵初始含水量時(shí)，盡量控制在菌種aw和細(xì)菌

10、等雜菌aw之間，從而保證菌體的正常生長(zhǎng)。1.3 基質(zhì)pH和發(fā)酵溫度微生物在發(fā)酵過(guò)程中會(huì)對(duì)基質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)素進(jìn)行分解同時(shí)釋放自身代謝產(chǎn)物，分解產(chǎn)物及微生物代謝產(chǎn)物常常是有機(jī)酸等酸性物質(zhì)，這些物質(zhì)改變了培養(yǎng)基基質(zhì)的pH值，使得酸堿度偏離菌種最適pH值。在液態(tài)發(fā)酵過(guò)程中可以通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)補(bǔ)加堿來(lái)維持pH的平衡，但固態(tài)發(fā)酵難以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并調(diào)整基質(zhì)pH的穩(wěn)定。目前一般生產(chǎn)中在開(kāi)始發(fā)酵前添加少量對(duì)發(fā)酵無(wú)其他影響的緩沖物質(zhì)，然后將基質(zhì)pH調(diào)至最適pH，這樣可以在固態(tài)發(fā)酵過(guò)程中基本維持pH的穩(wěn)定。固態(tài)發(fā)酵所用菌種一般發(fā)酵溫度溫和，代謝產(chǎn)物也沒(méi)有很好的耐熱性，因而對(duì)固態(tài)發(fā)酵的基質(zhì)溫度需要實(shí)時(shí)控制。在固態(tài)發(fā)酵過(guò)程中，由于培

11、養(yǎng)基固態(tài)基質(zhì)傳熱性能不是特別優(yōu)越，品溫上升最大可達(dá)2/h左右(劉建峰, 葛向陽(yáng), & 梁運(yùn)祥, 2007)。采用通風(fēng)降溫和噴淋冷無(wú)菌水是常見(jiàn)的冷卻方法，在發(fā)酵反應(yīng)器的設(shè)計(jì)上也都將溫度控制作為關(guān)鍵因素來(lái)考慮。1.4 發(fā)酵過(guò)程通氣量及O2/CO2濃度對(duì)于固態(tài)發(fā)酵特別是耗氧的固態(tài)發(fā)酵而言，通風(fēng)是發(fā)酵過(guò)程中必需的環(huán)節(jié)。通風(fēng)的好處不僅在于可以將空氣中的O2輸送入固態(tài)基質(zhì)并且?guī)ё呋|(zhì)中產(chǎn)生的CO2，調(diào)節(jié)培養(yǎng)基基質(zhì)中的O2/CO2比例，還能加強(qiáng)并改善固態(tài)發(fā)酵的傳質(zhì)和傳熱性能并防止結(jié)塊(劉曉艷, 于純淼, 國(guó)立東, 楊國(guó)力, & 楊慶余, 2011)。過(guò)去曾使用攪拌和翻動(dòng)的方法來(lái)?yè)Q氣和散熱，但

12、由于機(jī)械運(yùn)動(dòng)過(guò)于激烈易導(dǎo)致菌絲體受損而降低發(fā)酵產(chǎn)量，而逐漸被通風(fēng)取代。在通風(fēng)過(guò)程中會(huì)加速水分的蒸發(fā)，因此需要實(shí)時(shí)補(bǔ)給無(wú)菌水。好氧微生物的理論呼吸熵（RQ）為1.0，低于1.0將影響氧氣傳輸，微生物生長(zhǎng)受到阻礙(葛龍, 趙艷, & 章亭洲, 2010)。在發(fā)酵排氣口測(cè)定O2和CO2的分壓，并及時(shí)調(diào)整通氣量的大小進(jìn)行調(diào)整能夠很好地提高發(fā)酵過(guò)程的效率。此外在固態(tài)發(fā)酵過(guò)程中，還有菌種選擇、發(fā)酵時(shí)間等許多方面都有了新的改進(jìn)和突破，近年來(lái)還在不斷研究中。2 固態(tài)發(fā)酵的發(fā)酵設(shè)備在固態(tài)發(fā)酵重回人們視野的這些年來(lái)，傳統(tǒng)固態(tài)發(fā)酵設(shè)備由于其傳質(zhì)、傳熱性能較差，發(fā)酵過(guò)程中極易混入雜菌而逐漸被淘汰，一批經(jīng)改進(jìn)或

13、新設(shè)計(jì)的固態(tài)發(fā)酵設(shè)備開(kāi)始研發(fā)并投入生產(chǎn)。固態(tài)發(fā)酵設(shè)備中需要解決與改進(jìn)的部分主要集中在傳質(zhì)、傳熱等性能上，著名的巴西科學(xué)家Mitchell根據(jù)攪拌混料方式和通風(fēng)方式將固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器分為以下4種類(lèi)型(A & N, 2006)。2.1 不通風(fēng)不混料固態(tài)發(fā)酵設(shè)備淺盤(pán)式固態(tài)發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)示意圖(李建華 & 余蜀宜, 2006)1-溫度計(jì)；2-減壓閥；3-罐蓋；4-接種管；5-夾套；6-托盤(pán)；7-支耳；8-紅外加熱管排氣口；9-水槽；10-紅外加熱管；11-進(jìn)排水口；12-紅外線加熱管進(jìn)氣口；13-進(jìn)氣管；14-托盤(pán)架；15-液壓裝置；16-壓力表；17-排氣管傳統(tǒng)淺盤(pán)發(fā)酵反應(yīng)器即屬于這種發(fā)酵

14、設(shè)備。淺盤(pán)發(fā)酵裝料量少，傳熱效率差，通量小，不適用于工廠化大量生產(chǎn)。改進(jìn)后的淺盤(pán)發(fā)酵在發(fā)酵過(guò)程中首先將滅菌后的培養(yǎng)基基質(zhì)裝入淺盤(pán)，調(diào)節(jié)好基質(zhì)含水量以及溫度和濕度，在反應(yīng)器內(nèi)通入一定量的滅菌空氣然后進(jìn)行發(fā)酵。為了避免溫度過(guò)高的問(wèn)題，現(xiàn)代淺盤(pán)式發(fā)酵反應(yīng)器通常在發(fā)酵過(guò)程中強(qiáng)制通風(fēng)以實(shí)現(xiàn)控溫。封閉式的罐體結(jié)構(gòu)也能實(shí)現(xiàn)在罐體內(nèi)部進(jìn)行接種等操作。改進(jìn)后的淺盤(pán)發(fā)酵反應(yīng)器雖然能夠使得發(fā)酵產(chǎn)率較高且操作極為簡(jiǎn)便，但由于基質(zhì)及物料難以翻拌同時(shí)體積過(guò)大機(jī)械化程度不高而不利于大規(guī)模工廠生產(chǎn)。2.2 通風(fēng)而不混料固態(tài)發(fā)酵設(shè)備在固態(tài)發(fā)酵過(guò)程中，攪拌能夠很好地改善反應(yīng)器的傳質(zhì)、傳熱性能，然而對(duì)于基質(zhì)物料脆弱易破損或菌體、菌

15、絲體生長(zhǎng)環(huán)境溫和易遭機(jī)械破壞的固態(tài)發(fā)酵體系而言，通風(fēng)而不混料的發(fā)酵設(shè)備是一種合適的選擇。這類(lèi)發(fā)酵設(shè)備的代表是填充床式固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器。 填充床反應(yīng)器(董吉林, 杜冰, & 申瑞玲, 2012) 填充床固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器床層示意圖(張宿義 et al., 2014)填充床固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器在靜態(tài)培養(yǎng)基基質(zhì)上強(qiáng)制通風(fēng)，從而控制溫度和幫助傳熱。這種方法會(huì)加速床面水分的蒸發(fā)而導(dǎo)致基質(zhì)物料含水量不均勻從而導(dǎo)致局部發(fā)酵效率低，解決辦法是在設(shè)備入口處通入飽和空氣減少水分的蒸發(fā)。而在空氣進(jìn)口和出口之間空氣溫度的增加使得空氣的持水性增加(Sen, Nath, Bhattacharjee, Chowdhury, &

16、amp; Bhattacharya, 2014)，因此水分的蒸發(fā)問(wèn)題仍然不可避免。此外，靜態(tài)基質(zhì)物料在微生物發(fā)酵過(guò)程中難以傳熱，造成培養(yǎng)基內(nèi)部產(chǎn)生溫度梯度，微生物發(fā)酵不均勻。填充床式固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器雖然有著以上兩種缺點(diǎn)，但是近年來(lái)這種反應(yīng)器的開(kāi)發(fā)很好地解決了一些特殊菌體固態(tài)發(fā)酵困難的問(wèn)題，因此在生產(chǎn)中使用也較為廣泛。2.3 混料而不強(qiáng)制通風(fēng)固態(tài)發(fā)酵設(shè)備對(duì)于培養(yǎng)基基質(zhì)顆粒狀不易碎裂且菌體不易被機(jī)械運(yùn)動(dòng)破壞的固態(tài)發(fā)酵體系而言，攪拌翻轉(zhuǎn)能夠在發(fā)酵過(guò)程中很好地改善反應(yīng)器的傳質(zhì)和傳熱性能。而對(duì)于O2需求量不高的反應(yīng)，主要采用的就是混料而不強(qiáng)制通風(fēng)型的設(shè)備。這類(lèi)反應(yīng)器主要包括轉(zhuǎn)鼓式反應(yīng)器、圓盤(pán)式反應(yīng)器、攪拌

17、式反應(yīng)器等。 轉(zhuǎn)鼓式反應(yīng)器(Xia, Ding, & Li, 2011) 圓盤(pán)式反應(yīng)器(程紹杰, 2009)轉(zhuǎn)鼓式反應(yīng)器主要有基質(zhì)床層、氣相流動(dòng)空間和轉(zhuǎn)鼓壁等部分組成(Feng et al., 2014)。圓筒形的反應(yīng)器罐體支架在轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸起到支撐和提供轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力的作用(Y. G. Li, Ye, Wang, & Fan, 2012)。在固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)過(guò)程中，培養(yǎng)基基質(zhì)不是平鋪在床層上，而是呈顆粒狀隨著轉(zhuǎn)鼓式罐體一起低速轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣的翻拌能夠使得反應(yīng)器具有良好的傳質(zhì)、傳熱功能。需要注意的是轉(zhuǎn)速需要控制，防治轉(zhuǎn)速過(guò)快破壞菌絲體的完整。當(dāng)鼓的轉(zhuǎn)動(dòng)速率增大時(shí)剪切力的作用會(huì)影響菌絲體的生長(zhǎng)

18、(林克龍, 林琳, & 黃達(dá)明, 2006)。轉(zhuǎn)鼓式反應(yīng)器中菌絲體與基質(zhì)顆粒易形成結(jié)塊阻礙發(fā)酵過(guò)程的高效進(jìn)行，在反應(yīng)罐內(nèi)添加諸如液態(tài)發(fā)酵罐內(nèi)的破碎板能夠很好地防止物料結(jié)塊過(guò)大阻礙發(fā)酵進(jìn)行。轉(zhuǎn)鼓式反應(yīng)器所存在的問(wèn)題在于通量較小，不能進(jìn)行大量物料的反應(yīng)，同時(shí)發(fā)酵過(guò)程能耗過(guò)大不利于資源節(jié)約。在很多情況下轉(zhuǎn)鼓式反應(yīng)器與其他反應(yīng)設(shè)備結(jié)合使用，提高發(fā)酵效率、產(chǎn)量。圓盤(pán)式反應(yīng)器在基質(zhì)物料的下方通風(fēng)已達(dá)到換氣和傳熱效果，上方有數(shù)個(gè)螺旋攪拌器分別進(jìn)行水平和自身旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以對(duì)物料起到攪拌作用。攪拌器上設(shè)有無(wú)菌水噴頭，可用于降溫和補(bǔ)充基質(zhì)水含量等。旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)式反應(yīng)器通量相對(duì)較大，但難以保證無(wú)菌環(huán)境，密封型的圓盤(pán)

19、式反應(yīng)器可以進(jìn)行單菌株發(fā)酵，但需要在罐內(nèi)進(jìn)行無(wú)菌接種，可用于發(fā)酵周期較短的產(chǎn)品發(fā)酵(溫文, 2008)。攪拌式反應(yīng)器(張晞, 許學(xué)書(shū), & 謝靜莉, 2009) 1-空氣入口；2-測(cè)溫的傳感器；3-水浴保溫夾套；4-攪拌槳；5-空氣出口；6-攪拌電機(jī)；7-反應(yīng)器；8-固態(tài)培養(yǎng)物；9-攪拌軸攪拌式反應(yīng)器在日本食品工業(yè)大量應(yīng)用(徐自明, 2009)，類(lèi)似于液態(tài)攪拌發(fā)酵罐，攪拌式反應(yīng)器的拌料、滅菌、接種等過(guò)程均在反應(yīng)器內(nèi)完成，很好地避免了雜菌污染，發(fā)酵效率較高且便捷。2.4 混料且通風(fēng)固態(tài)發(fā)酵設(shè)備在固態(tài)發(fā)酵過(guò)程中同時(shí)進(jìn)行攪拌操作及通風(fēng)可以最大程度地改善固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器的傳質(zhì)、傳熱性能，同時(shí)還能

20、避免物料結(jié)塊，增大反應(yīng)效率。流化床反應(yīng)器作用示意圖(周繼良, 王臣, 徐輝, 鄒宗樹(shù), & 余艾冰, 2007)壓力脈動(dòng)固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖(付小果, 陳洪章, 李宏強(qiáng), & 馬潤(rùn)宇, 2006)流化床反應(yīng)器在金屬網(wǎng)或多孔板上鋪置粉狀培養(yǎng)基，空氣上吹形成流化層狀態(tài)，傳質(zhì)和傳熱效果很好(周繼良 et al., 2007)。流化床反應(yīng)器采用密封罐體，所有操作均在罐體內(nèi)部進(jìn)行，很好地減少了雜菌污染的機(jī)會(huì)。在反應(yīng)結(jié)束后略微升高溫度干燥后可以直接收集干燥發(fā)酵產(chǎn)品粉末。近年來(lái)，陳洪章等人(付小果 et al., 2006)開(kāi)發(fā)的壓力脈動(dòng)固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器又被稱作“氣相雙動(dòng)態(tài)固態(tài)反應(yīng)器”，處

21、于固態(tài)發(fā)酵國(guó)際領(lǐng)先水平。反應(yīng)器以流體靜力學(xué)為基礎(chǔ)，采用靜態(tài)培養(yǎng)基，在其法向采用無(wú)菌空氣周期性的進(jìn)行動(dòng)態(tài)刺激，模擬自然生態(tài)環(huán)境，進(jìn)行物質(zhì)、信息等交換，很好地解決了固態(tài)發(fā)酵中存在的諸多問(wèn)題。近年來(lái)，該實(shí)驗(yàn)室已研發(fā)出工廠級(jí)的這種固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器。3 固態(tài)發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用在中國(guó)古代，人們就已熟練掌握固態(tài)發(fā)酵技術(shù)進(jìn)行米酒和食醋的釀造，在科技發(fā)展潮流的推動(dòng)下，固態(tài)發(fā)酵技術(shù)在食品領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越成熟，并改進(jìn)和開(kāi)發(fā)了多種新型的食品固態(tài)發(fā)酵技術(shù)。近年來(lái)，固態(tài)發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用已不局限于食品加工制造行業(yè)，更在飼料、環(huán)保等諸多領(lǐng)域有了獨(dú)特的應(yīng)用開(kāi)發(fā)，并具有更加廣泛的應(yīng)用前景。3.1 固態(tài)發(fā)酵技術(shù)在食品工業(yè)的應(yīng)用3.1.1

22、食用菌生產(chǎn)開(kāi)發(fā)食用菌產(chǎn)業(yè)是在食品領(lǐng)域發(fā)展極為迅速的新農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)。由于原始真菌菌種的生長(zhǎng)條件苛刻，菌種各項(xiàng)指標(biāo)均不優(yōu)秀，研發(fā)人員在改良菌種時(shí)采用固態(tài)發(fā)酵帶來(lái)很多便捷，將新滅菌技術(shù)、無(wú)菌接種技術(shù)等技術(shù)應(yīng)用到固態(tài)發(fā)酵上來(lái)，開(kāi)發(fā)出優(yōu)良菌種，為食用菌帶來(lái)更多食、藥用功能。食用菌產(chǎn)業(yè)將傳統(tǒng)栽培技術(shù)與固態(tài)發(fā)酵技術(shù)相結(jié)合，生產(chǎn)、加工、銷(xiāo)售以及深加工為一體構(gòu)建基地，形成了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的新發(fā)展階段(胡玉琪, 2013)。3.1.2 食品級(jí)酶制劑的開(kāi)發(fā)隨著生物技術(shù)在國(guó)內(nèi)的迅速發(fā)展，酶制劑的開(kāi)發(fā)技術(shù)在不斷改善，大多數(shù)酶的生產(chǎn)通常采用液體深層發(fā)酵（Submerged fermentation，SmF）技術(shù)(張昆, 王春維,

23、 余岳, & 彭凱, 2012)，而液體發(fā)酵成本較高，從而使得酶制劑的價(jià)格普遍較高，經(jīng)濟(jì)性較低。而采用固態(tài)發(fā)酵技術(shù)進(jìn)行酶制劑的生產(chǎn)，由于基質(zhì)原料價(jià)格低，利用率高，操作便捷成本低，能夠大大加強(qiáng)酶制劑的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。目前采用固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)的酶制劑有-淀粉酶、脂肪酶、蛋白酶、果膠酶等。利用固態(tài)發(fā)酵進(jìn)行酶制劑的生產(chǎn)，不僅能夠提高收益，還在很多方面改善了酶制劑的性質(zhì)。例如，固態(tài)發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)的-淀粉酶產(chǎn)量和酶活力相比液態(tài)發(fā)酵要高很多。原因在于培養(yǎng)基基質(zhì)成分有著不可替代的差別，固態(tài)發(fā)酵物料中麩皮有著比液態(tài)發(fā)酵碳源濃度高很多的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)由于固態(tài)發(fā)酵中傳質(zhì)阻力較大，物料中營(yíng)養(yǎng)成分被細(xì)胞吸收的速率相比液態(tài)發(fā)酵要

24、慢很多，在一定程度上降低了-淀粉酶合成過(guò)程中出現(xiàn)的分解代謝阻遏，從而大大加強(qiáng)了-淀粉酶的產(chǎn)量和酶活力(吳大治, 2000)。3.1.3 白酒、食醋、醬油等傳統(tǒng)釀造食品的技術(shù)改善中國(guó)傳統(tǒng)固態(tài)發(fā)酵技術(shù)制造酒、醋、醬的過(guò)程較為粗放，大多在自然環(huán)境下進(jìn)行制曲和發(fā)酵過(guò)程，這樣容易造成雜菌生長(zhǎng)從而引起腐敗最終導(dǎo)致發(fā)酵失敗?，F(xiàn)代發(fā)酵工藝的發(fā)展和應(yīng)用通常采用新型固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器進(jìn)行傳統(tǒng)食品的釀造。在封閉的反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行滅菌、接種和培養(yǎng)，實(shí)時(shí)控制各種理化指標(biāo)的變化，從而使得產(chǎn)品的產(chǎn)量、純度、品質(zhì)有了質(zhì)的提升。例如聞名中外的鎮(zhèn)江香醋，是以優(yōu)質(zhì)糯米、麩皮等為主要原料，經(jīng)“固態(tài)分層”發(fā)酵工藝釀造制得(朱其瀚, 2008)

25、，它是典型的多菌種混合發(fā)酵工藝，曾獲“國(guó)家非物質(zhì)文化遺產(chǎn)”稱號(hào)(許偉, 2011)。3.2 固態(tài)發(fā)酵技術(shù)在飼料加工中的應(yīng)用固態(tài)發(fā)酵在飼料工業(yè)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在飼料發(fā)酵以及飼料添加劑等方面。固態(tài)發(fā)酵在飼料加工中的應(yīng)用，提高了飼料營(yíng)養(yǎng)利用價(jià)值，降低了飼料加工成本，為家畜水產(chǎn)的養(yǎng)殖帶來(lái)了很大的經(jīng)濟(jì)收益。飼料有米糠、麥麩、豆粕等許多植物原料，由于它們不易消化，且其中的營(yíng)養(yǎng)素難以被動(dòng)物吸收，采用微生物對(duì)其進(jìn)行發(fā)酵后再進(jìn)行喂食能夠很好地提高飼料的利用率。通常采用酵母等微生物對(duì)飼料原料進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵，在發(fā)酵過(guò)后使得飼料纖維素得到性狀的改變，營(yíng)養(yǎng)素含量也得到增加(劉漢文, 姜官鑫, 封功能, & 王愛(ài)民,

26、 2010)。此外在飼料中添加一些由固態(tài)發(fā)酵而來(lái)的酶制劑（蛋白酶、果膠酶、植酸酶等）、維生素（如泛酸鈣維生素(李日強(qiáng), 張峰, & 張偉峰, 2006)）等能夠使得動(dòng)物對(duì)食物的營(yíng)養(yǎng)吸收最大化。3.3 固態(tài)發(fā)酵技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用為了符合國(guó)家提出的建設(shè)“環(huán)境友好型、資源節(jié)約型”社會(huì)的要求，各行各業(yè)都在進(jìn)行深入改革。燃料的使用常常被認(rèn)為是違背這個(gè)要求的一大方面。石油燃料的短缺，燃料燃燒尾氣排放對(duì)環(huán)境的污染十分嚴(yán)重。開(kāi)發(fā)新型能源是相關(guān)科研單位的重點(diǎn)，而乙醇就是新型燃料的一大代表。乙醇的生產(chǎn)可以通過(guò)固態(tài)發(fā)酵進(jìn)行，利用固態(tài)發(fā)酵技術(shù)有許多優(yōu)點(diǎn)：可消除糖的萃取過(guò)程，節(jié)省成本；由于發(fā)酵過(guò)程減少用水量

27、，而降低發(fā)酵罐體積，無(wú)廢水；降低能耗等(于鑫, 2014)。國(guó)外已有研究采用釀酒酵母對(duì)纖維素等廉價(jià)原料進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇(袁文杰 & 陳麗杰, 2012)，既符合環(huán)保要求，又在最大限度上降低了成本。固態(tài)發(fā)酵技術(shù)的新發(fā)展在許多領(lǐng)域都起到降低成本提高品質(zhì)的作用，除了以上一些方面，在著色劑生產(chǎn)、醫(yī)藥領(lǐng)域、紡織工業(yè)等方面都有著廣泛的應(yīng)用。4 總結(jié) 固態(tài)發(fā)酵技術(shù)是人們?cè)趥鹘y(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的基礎(chǔ)上總結(jié)發(fā)展起來(lái)的“新技術(shù)”，凝聚著古老的智慧結(jié)晶，有無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)可循。但在各種其他發(fā)酵技術(shù)崛起的今天，我們能夠清楚認(rèn)識(shí)到固態(tài)發(fā)酵的許多缺點(diǎn)成為發(fā)展中的難題。要使固態(tài)發(fā)酵技術(shù)在更廣泛的領(lǐng)域應(yīng)用，還需要對(duì)固態(tài)

28、發(fā)酵技術(shù)的工藝手段、發(fā)酵設(shè)備等進(jìn)行深入研究開(kāi)發(fā)，在把握固態(tài)發(fā)酵核心技術(shù)的同時(shí)融入其他發(fā)酵技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，不斷改善。參考文獻(xiàn)：A, M. D., & N, K. (2006). Solid-State Fementation Bioreactors.Aggelopoulos, T., Katsieris, K., Bekatorou, A., Pandey, A., Banat, I. M., & Koutinas, A. A. (2014). Solid state fermentation of food waste mixtures for single cell protei

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