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什么是食品固态发酵技术

  • 来源:3dhentai-fortune.net 网站编辑:广世生物 发表时间:2022-04-25 14:07

 

固态发酵独有的特点在于其培养基呈固态,在水活度满足菌体生长的条件下,基质内部和表面几乎没有自由流动水。因此,它是以气相为连续相,以液膜及其覆盖的固相为固定相的三相系统。需要注意的是,其基质含水率与自由流动水的含量之间没有必然的联系。对于持水性较强的固相基质,尽管发酵基质的含水率超过80%,其固相的自由流动水仍较少,所以含水率并非界定固态发酵的唯一标准。
固态发酵条件下开发一个成功的食品生物过程必须考虑若干重要因素,包括选择合适的微生物菌株和同态基质。固态发酵微生物包括细菌、酵母菌、放线菌和霉菌。理想微生物需要能够耐受高浓度的营养盐,在含水量低的基质中生长迅速,染菌概率小,以菌丝形式生长、不易孢子化,能够深入到料层中、穿入基质细胞内,有完整酶系、可利用多糖混合物。现代SSF中采用丝状菌发酵的情况比较多,但在某些产品也有采用细菌和酵母菌的。每种SSF产品应选择相应的特征性单一微生物或多菌种来进行扩大培养。固态基质为微生物提供营养元素和环境条件,是影响SSF的关键因素。根据其是否被微生物利用,可分为营养型基质和惰性基质。前者能够同时为微生物提供营养和微环境并在发酵过程中发生理化性质的显著变化,因此又将其划分为木质纤维素原料、富含淀粉原料和糖质原料三大类后者自身不能被微生物所利用,主要起骨架支撑和产生微环境的作用,其上所吸附的营养液供微生物生长使用,常见包含大孔树脂、聚氨酯泡沫、蛭石以及珍珠岩等多孔材料,是SSF的重要发展趋势。在现代SSF技术中,木质纤维素类基质使用最广泛,其次是淀粉类基质。
培养基成分、添加量及其灭菌,水分含量(w)与水活度(aw)、接种密度、温度、pH、搅拌和通气等工艺参数,颗粒大小、孔隙度和均匀性等原料特性参数,都与SSF过程效率密切相关[1-2,
。其中,w和aw在SSF中起重要作用。通常,基质具有30%~85%的含水量。w较低会诱发微生物的孢子形成,而较高会降低体系的孔隙率,造成氧传递和热传递限制,增加染菌风险。aw定义为一定温度和压力条件下系统中水的蒸气压与纯水的蒸气压之比,代表了微生物对水的可利用程度,其影响微生物生长代谢反应和发酵传质过程。贺芹[8]系统研究了水分对发酵过程参数和发酵产物的影响并确立了供水效果评价参数,研制了新型保水剂和供水方式,对产纤维素酶、哈茨木霉和产漆酶发酵过程具有促进作用。
根据现代固态发酵过程可以将其分为静态密闭式、动态密闭式和气相双动态密闭式3种类型。静态密闭式过程中同态基质保持相对静止状态,对应为浅盘式或填充床式反应器。由于系统密闭,可进行纯种发酵,但无法保证微生物生长环境的一致性,不能及时有效地控制发酵过程,且代谢热不能被有效移除,造成应用的局限性。动态密闭式过程中培养基处于连续或间歇搅拌状态,大多数 SSF大规模生产都是在这种有搅拌的动态系统中完成的,对应有转鼓式或流化床式反应器。该过程具有高效的冷却系统,解决了代谢热的散逸问题,搅拌为发酵系统提供了发酵环境的一致性,具有较高的生产效率。陈洪章发明的以压力脉动法为动力源的外界周期性刺激固态发酵反应器,达到了强化微生物细胞内外热量和物质传递的目的,创立了气相双动态密闭式固态纯种发酵技术[1]。气相双动态是指反应器内部的空气压力周期变化和内部空气循环两种气体运动方式并存,即通过周期脉动的方式调节低压密闭容器内的气相压力,改变发酵料层内气相的传质方式,使其由分子扩散变为强制对流扩散;同时,反应器内部设有循环通风设备,实现反应器内部的气体流动,解决了SSF 传递效率低和难以大规模纯种培养等问题。目前该反应器已成功放大到工业最大规模100m3,其应用范围已拓展到有机酸、酶制剂和食品添加剂等多种产品的生产领域。
 

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