首页>真菌专题

固体发酵定义:

广义:微生物生长於不溶於水的基质,且基质上含有不同量的自由水(free water)。
狭义:微生物生长在潮湿不溶於水的基质进行发酵,在固体发酵过程中不含任何自由水,随著自由水的增加,固体发酵范围延伸至黏稠发酵(slurry fermentation)以及固体颗粒悬浮发酵。
固体发酵的优点:
1. 培养基单纯,例如谷物类、小麦麸、小麦草、大宗谷物或农产品等均可被使用,发酵原料成本较经济。
2. 基质前处理较液体发酵少,例如简单加水使基质潮湿,或简单磨破基质增加接触面积即可,不需特殊机具,一般家庭即可进行步骤。
3. 因获得水分可减少杂菌污染,此种低灭菌步骤即可施行的发酵,适合低技术地区使用。
4. 能产生特殊产物,如红麴产生的红色色素是液体发酵的十倍,又Aspergillus在固体发酵所产生的glucosidase较液体发酵产生的酵素更具耐热性。
5. 固体发酵相当於使用相当高的培养基,且能用较小的反应器进行发酵,单位体积的产量较液体为高。
6. 下游的回收纯化过程及废弃物处理通常较简化或单纯,常是整个基质都被使用,如做为饲料添加物则不需要回收及纯化,无废弃物的问题。
7. 固体发酵可食品产生特殊风味,并提高营养价值,如天培可作为肉类的代用品,其胺基酸及脂肪酸易被人体消化吸收。
固体发酵的缺点:
1. 限於低湿状态下生长的微生物,故可能的流程及产物较受限,一般较适合於真菌。
2. 在较致密的环境下发酵,其代谢热的移除常造成问题,尤其是大量生产时,常限制其大规模的产能。
3. 固态下各项参数不易侦测,尤其是液体发酵的各种探针不适用於固体发酵,pH值、湿度、基质浓度不易调控,Biomass不易量测,每批次发酵条件不易一致,再现性差。
4. 不易以搅拌方式进行质量传递(masss transfer),因此发酵期间,物质的添加无法达到均匀。
5. 由於不易侦测,从发酵工程的观点来看,许多工作都只是在定性或观察性质,故不易设计反应器,难以量化生产或设计合理化的发酵流程。
6. 固体发酵的培养时间较长,其产量及产能常低於液体发酵。
7. 萃取的产物常因黏度高不易大量浓缩。
真菌进行固体发酵的优势
1. 能在较低含水分下生长(适水活性在0.7-0.93-0.98),而细菌兴酵母菌的适水活性则大於0.99。
2. 细菌一般在低pH下就不易生长,而一般真菌能在低pH下也能生长良好。而固态培养基的pH很难调控,故真菌的此项特点有利於固体发酵。
3. 固态基质常为大分子化合物,如淀粉、纤维素、半纤维素、果胶、木质素、蛋白质和脂质等,真菌常能分泌这类的胞外分解酵素而利用其周围的培养基质作为碳源及氮源。
4. 真菌若具有产孢特性,则易於存放及接种,人员不需要太多训练即能进行孢子接种工作。
5. 菌丝的生长模式优於单细胞的生长方式,菌丝顶端延伸并分枝产生新的菌丝端,能迅速覆盖固体基质表面而有效利用基质。
6. 菌丝有分隔者,能透过孔洞(septal pore)传送物质,遇危险则孔洞自动封住,以避免细胞质流失;若为无分隔者,其细胞质内物质的传送迅速而使菌落快速繁衍。
7. 菌丝的生长渗透到固体培养基的力量强,形成很高的机械压力,配合尖端分泌的水解酵素,使穿入固体基质容易。