固态发酵技术的研究与应用
固态发酵酿酒知识点总结

固态发酵酿酒知识点总结一、固态发酵酿酒的原理1.1 固态发酵酿酒的基本原理固态发酵酿酒是通过将含有碳水化合物等营养物质的固态基质,如米、麦、玉米等,与酵母、细菌等微生物发酵菌种混合,利用微生物对底物进行代谢作用,产生酒精、有机酸、酯等物质,完成酿酒过程的一种发酵方法。
1.2 固态发酵酿酒的关键因素固态发酵酿酒过程中的关键因素包括酵母菌种的选择、发酵剂和底物的配比、发酵条件(如温度、湿度、通气等)等。
这些因素直接影响着发酵的效率和酒类产品的质量。
二、固态发酵酿酒的应用2.1 固态发酵酿酒的种类固态发酵酿酒可以用于生产各种类型的酒类产品,如传统的米酒、酒曲、酱香型白酒等。
固态发酵酿酒还可应用于生产食醋、酱油等发酵制品。
2.2 固态发酵酿酒的特点与液态发酵相比,固态发酵酿酒具有工艺简单、原料利用率高、酒类产品品质优良等特点。
同时,固态发酵酿酒过程中不需添加大量的水,可以减少废水排放,符合可持续发展理念。
三、固态发酵酿酒的发展趋势3.1 技术水平不断提升随着固态发酵酿酒技术的不断发展,相关的发酵菌种、发酵剂和设备也在不断更新改进,提高了发酵的效率和产品的质量。
3.2 应用范围不断扩大固态发酵酿酒不仅可以生产传统的酒类产品,还可以用于生产各种新型的发酵制品,如功能性酒类产品、有机酒类产品等,满足了市场对多样化酒类产品的需求。
3.3 可持续发展意识增强随着人们对环保和可持续发展意识的不断增强,固态发酵酿酒得到了更多的关注和支持。
固态发酵酿酒不仅可以减少水资源的使用,还可以减少废水排放,符合绿色环保的发展方向。
四、固态发酵酿酒的发展前景固态发酵酿酒作为一种新型的酿酒方法,其发展前景广阔。
随着人们对传统酒类产品和新型功能性酒类产品需求的不断增加,固态发酵酿酒将会迎来更多的发展机遇。
同时,随着技术的不断进步和生产成本的降低,固态发酵酿酒的市场前景也将更加广阔。
综上所述,固态发酵酿酒作为一种新型的酿酒方法,具有诸多优点和发展潜力。
固态法酿造白酒中的酵母发酵代谢途径研究

固态法酿造白酒中的酵母发酵代谢途径研究摘要:白酒是中国传统的酒类产品之一,其独特的风味和醇香口感受到了广大消费者的喜爱。
酒精的产生是通过酵母微生物代谢过程中产生的,而酵母的代谢途径对白酒的风味和品质起到至关重要的作用。
本文将探讨固态法酿造白酒中酵母发酵的代谢途径研究,包括糖的利用、乙醇的产生以及酵母细胞的生长等方面。
1. 糖的利用在固态法酿造白酒的过程中,由于发酵床中固态物料的存在,酵母的营养来源主要是床面上的酒糟和床下固态物料。
糖是酵母生长和代谢的主要碳源,通过研究发现,酵母在固态法酿造白酒的过程中可以利用多种糖类物质,如葡萄糖、果糖、蔗糖和麦芽糖等。
在发酵过程中,糖类物质在酵母细胞内经过一系列的酶的作用,转化为乙醇和二氧化碳等代谢产物。
2. 乙醇的产生乙醇是白酒中的主要成分之一,也是酵母发酵过程中最重要的代谢产物之一。
乙醇的产生是由酵母细胞通过糖类物质的发酵作用产生的。
在固态法酿造白酒的过程中,酵母通过糖类物质的代谢,产生乙醇和二氧化碳。
乙醇对白酒的风味和口感有着重要影响,适量的乙醇能够增加白酒的醇香口感,但过高的乙醇含量会影响白酒的品质和风味。
3. 酵母细胞的生长酵母细胞的生长对于固态法酿造白酒过程中的酵母发酵至关重要。
酵母细胞在适宜的温度和湿度条件下能够快速繁殖,同时也需要足够的氧气供应。
酵母在固态法酿造白酒的过程中,通过吸收酒糟和固态物料中的一些有机物质,为其生长提供营养来源。
此外,酵母细胞在生长过程中还会释放酵母菌体表面酶,将固态物料中的淀粉、蛋白质和脂肪等分解为可被酵母细胞吸收的小分子物质。
4. 代谢途径的调控酵母发酵代谢途径的调控对于固态法酿造白酒的品质控制至关重要。
酵母在代谢过程中的一系列酶活性和基因表达水平的调节,直接影响着乙醇产生和其他代谢产物的生成。
通过对酵母发酵过程中的代谢途径的研究,可以探索调控酵母代谢活性的关键基因和酶,为白酒的品质改良和控制提供理论依据。
结论:固态法酿造白酒中的酵母发酵代谢途径是一个复杂而重要的过程,在白酒的风味和品质形成上起着关键的作用。
固态法酿造白酒中的发酵副产物利用价值研究

固态法酿造白酒中的发酵副产物利用价值研究酿造白酒是中国传统酿酒技艺的代表之一,其历史可以追溯到几千年前。
在传统的白酒酿造过程中,发酵副产物一直是一个有待探索的资源。
近年来,固态法酿造白酒作为一种新兴技术,吸引了越来越多的关注。
而固态法酿造白酒中的发酵副产物的利用价值研究,则是一个备受关注的课题。
首先,我们需要了解固态法酿造白酒的基本原理。
固态法酿造白酒是一种通过将酒精发酵所需的固态原料(如高粱、小麦等)与发酵菌混合后进行发酵的技术。
这种技术相比传统的液态法酿造白酒更加节约资源、环保,并且有望提高酒的品质。
在固态法酿造白酒过程中,发酵副产物是无法避免的。
因此,研究如何利用这些发酵副产物具有重要的意义。
在固态法酿造白酒中,常见的发酵副产物包括酒糟、酒精和二氧化碳等。
而这些发酵副产物都具有一定的利用价值。
首先是酒糟。
酒糟是通过固态法酿造白酒后剩余的发酵固态原料。
它富含蛋白质、维生素和矿物质等营养成分,可以用作饲料、肥料和食品添加剂等。
其次是酒精。
对于含有丰富淀粉的原料,固态法酿造白酒能够得到较高的酒精产量,因此产生的酒精也具有相应的价值。
除了饮用之外,酒精还可以用于制药、化工和能源等领域。
最后是二氧化碳。
在发酵过程中产生的二氧化碳可以用于饮料和调味品的制造,也可以作为化工和生物工程中的原料。
在利用固态法酿造白酒中的发酵副产物时,需要注意以下几点。
首先是酒糟的利用。
由于酒糟含有丰富的蛋白质和维生素等营养成分,可以作为动物饲料。
通过科学配方,将酒糟加工成高品质的饲料,能够提高动物的生长速度和健康水平。
此外,酒糟也可以用于制作食品添加剂,增加产品的口感和营养价值。
其次是酒精的利用。
除了饮用之外,酒精还可以用于制备药物,如口服制剂、医用酒精等。
此外,酒精还可以用于制备化工产品,如有机溶剂和化学反应中的催化剂等。
最后是二氧化碳的利用。
二氧化碳是一种重要的化工原料,可用于合成有机化合物,如乙二酸、尿素和磷酸等。
此外,二氧化碳还可以用于制备饮料和碳酸氢盐等调味品,使其具有起泡、增加口感的特点。
固态发酵技术

明代宋应星的《天工开物》 中的红曲制造
民国时期制曲情形
• 我国传统酿造技术绝大多数是固态发酵: • 白酒酿造:酒曲(固态);酒窑发酵(固) • 黄酒酿造:酒曲(固态);发酵(半固态) • 醋:曲(固);酒醅(固,半固);醋醅 (固态); • 酱油:米曲(固态);发酵(半固); • 豆豉:固态; • 酱:曲(固态);酱(半固)
2.2 固态发酵的特点
• 固态发酵,物料的水含量低,水活度低。
• 由于固体物料的比热容值与水的比热容值要小得多, 且物料水分含量越低,故物料热传导系数很小。但 单位体积发酵基质的产热量却较多。
• 固态发酵物料的颗粒特性、颗粒粒径大小不同的特 性、菌丝缠结导致物料结块特性,使基质的混合和 扩散都较困难,容易形成温度、基质浓度及产物浓 度的梯度。
• 固态发酵物料,或称为基质(substrate), 既是微生物生长的营养源,是微生物生长的微 环境,也是发酵产物的聚集地。
• • • •
物料含水量并不是表示物料状态的唯一指标。 固态物料含水量:40%-80%。 有些发酵,物料含水量很大,仍可看作是固态。 原因:物料亲水性能好,尽管含水量高,但几乎 没有可流动的游离水。可看成是固态发酵。 • 例如:烟梗,料水比达1∶10,才有游离水出现。 • 水的作用:溶解作用;高热容量载体;加速质量 传递;物料孔隙的填充作用; 氧的载体; • 固态发酵物料含水量下降,使物料的许多性能不 同于液态发酵。
• 氧气和其它非极性气体的溶解度和扩散性较好。
• 霉菌的固体培养,比液态培养更容易产生孢子。 • 某些霉菌,在固态培养状态下,产生的酶更多,次 级代谢产物的产率更高(如青霉素,赤霉酸)。
• 固体培养,菌体量的测定比较困难。
• 有的固态发酵产品,无需提取纯化,直接可用于生 产或直接使用。 • 相对于液态发酵来说,传统固态发酵方式,能量消 耗低,生产成本低;大多没有废水排放,但有时会 有大量的固态废渣。 • 传统固态发酵手工操作较多,故劳动强度大。
固态发酵酿酒方法

固态发酵酿酒方法
固态发酵酿酒是传统工艺和高新技术相结合的手段,是新兴的酿酒形式。
固态
发酵酿酒可以直接将原料的液体(如果是蔗糖,水和氨乙烯)原料固化,再将混合物进行真空发酵,避免传统工艺间接发酵过程中可能出现的污染及质量问题。
目前,固态发酵酿酒已在世界范围内得到了快速和广泛的应用。
固态发酵酿酒的工艺步骤包括:原料粉碎、原料固化、混合物真空发酵、发酵
产物液体萃取等。
其中,原料粉碎可以使用传统的粉碎机,也可以利用离心粉碎机、破碎机进行混合粉碎,以保证原料的均匀性。
原料固化需使用聚合物原料将液体原料固定,有利于混合物更好地散发酵母细胞。
混合物真空发酵时,需要控制温度和湿度,可以获得较高的产品品质和可控的发酵过程。
发酵产物液体萃取的部分,可以使用凝胶色谱柱或間歇式提取器萃取其中的液体组分,这些液体组分是最终精酿酒品制品的主要原料。
固态发酵酿酒和传统工艺对比,有以下优点:简化了工艺操作,减少了养护、
真空系统和清洁操作的工作量,更安全地保证了原料的洁净度和质量;可以使用无水的混合物,可以减少水的污染,而且混合物的发酵过程更加快速,更准确;另外,使用聚合物固定原料,有利于提高原料的利用率,可以减少未发酵的液体损失。
因此,固态发酵酿酒具有减少工艺步骤、降低污染、减少原料损耗等许多优点,可以显著改善精酿酒品生产工艺,提高收益,发展更为可持续的精酿酒品行业。
固态发酵酿酒技术

固态发酵酿酒技术
固态发酵酿酒技术是一种传统的酿酒方法,与液态发酵相比,其特点在于酵母和发酵基质(如麦芽、米等)以固态形式存在,其中氧气和水分的含量较少,需要较长的时间和温度来完成发酵。
以下是固态发酵酿酒技术的一些基本步骤:
1.选取适宜的基质:固态发酵的基质应该有较高的含糖量和蛋白质含量,比如麦芽、大米等。
基质应当清洗干净、消毒处理,以避免有害细菌的污染。
2.发酵前处理:将选好的基质放入发酵箱中,控制其含水量和温度,利用酵母等微生物的作用,使基质中的糖分、淀粉质等转化为酒精和二氧化碳,形成酿酒的原料。
3.发酵过程控制:在固态发酵过程中,需要注意控制空气和水分的含量,保持适宜的温度,以促进微生物的生长和繁殖。
发酵过程中需要进行适时的搅拌,以充分利用氧气和保持发酵基质的均匀性。
4.熟化和贮存:发酵完成后,需要进行熟化和贮存处理,以使酿酒的风味更加浓郁、口感更加醇厚。
此过程中需要控制温度、光线和空气的含量,避免细菌和霉菌的生长,保持酒的品质。
固态发酵酿酒技术有着悠久的历史和丰富的文化内
涵,在一些地区和酒厂中仍然得到广泛应用。
与液态发酵相比,固态发酵能够更好地保留原料的风味和口感,且发酵过程中产生的有机酸等物质,还有助于增强酿酒的风味和保鲜效果。
固态发酵工艺技术

固态发酵工艺技术固态发酵工艺技术是一种利用固态底物进行发酵的方法,该方法既可以用于食品工业,也可以用于制药、化工等领域。
相比液态发酵,固态发酵具有工艺简单、产物纯度高、操作成本低等优点,因此在许多领域得到广泛应用。
固态发酵工艺技术主要依靠微生物菌种和固态底物之间的相互作用来完成。
首先,选择合适的微生物菌种。
微生物菌种是影响发酵效果的关键因素,不同的微生物菌种具有不同的发酵特性和产物产量。
在选择菌种时,需要考虑发酵过程的要求和产物的需求,以及微生物菌种的生长条件和适应性。
其次,制备发酵底物。
发酵底物通常是一种具有一定含水率的固体物质,如豆饼、玉米秸秆等。
制备发酵底物的关键是保证底物的湿度和通气性。
湿度对微生物的生长和代谢有很大的影响,过高或过低的湿度都会影响发酵效果。
通气性则是影响微生物生长环境的关键因素,通气不良会导致微生物菌种的窒息死亡和发酵产物的质量下降。
然后,进行发酵过程控制。
发酵过程控制是实现固态发酵的关键环节。
在发酵过程中,需要控制好温度、湿度、通气和底物转动等参数。
温度是影响微生物生长和代谢的重要因素,要保证温度在微生物菌种的最适生长温度范围内。
湿度和通气需要根据微生物的需求进行调节,以保证微生物得到充分的水分和氧气供应。
底物转动可以促进微生物菌种与底物的接触,加快发酵速度。
最后,进行发酵产物的回收和精制。
固态发酵产物通常需要进行回收和精制,以提高产物的纯度和质量。
回收可以通过物理方法,如过滤、离心等,以及化学方法,如溶解、浸提等,来实现。
精制则需要采用相应的提纯技术,如柱层析、凝胶过滤等。
总之,固态发酵工艺技术是一种应用广泛、工艺简单、成本低的发酵方法。
通过选择合适的微生物菌种,制备适宜的发酵底物,控制好发酵过程参数,以及进行产物的回收和精制,可以实现高效、高质量的固态发酵。
随着科技的不断进步,固态发酵工艺技术在食品工业和其他领域的应用前景将会更加广阔。
固态发酵与液态发酵制备植物酶的比较研究

固态发酵与液态发酵制备植物酶的比较研究酶是一类在生命体内生物化学反应中发挥着关键作用的蛋白质。
酶可以分解食物,促进代谢,加速物质转化等。
因此,酶在生物学、医学和工业上具有广泛的应用。
对于植物酶的制备,传统上液态发酵技术是最常用的方法。
然而,随着能力的提高,发酵技术已经演变出一种新的方法——固态发酵(SSF)。
这种技术可以被用于低成本、高产量和高品质的植物酶制备。
在任何制备植物酶的过程中,发酵菌是必不可少的组成部分之一。
液态发酵的方法与传统的微生物培养非常相似,大量的发酵菌会在培养液中繁殖,异化或厌氧发酵。
通常需要控制液态生长环境下的一些因素,如发酵温度、发酵时间、pH值等等,以激活细胞内酶的表达和分泌。
因此,在液态发酵制备植物酶方面,必须控制发酵环境参数,而这也增加了工艺的步骤和难度。
固态发酵则是一种不同的技术。
在这种方法中,发酵菌被种植在发酵物质(如燕麦、豆类、谷物等)中。
然后,这些物质会提供养分,并通过氧气的裂解,产生不同的代谢产物。
它们可作为碳源和氮源,促进发酵菌的生长和繁殖。
与液态发酵相比,固态发酵的主要优势是它不需要大量的基质(液体)。
由于这种过程不需要大量水分,发酵设备的能源消耗要少于液态发酵。
这意味着它的成本较低,因此在许多制药公司中,已经开始采用固态发酵技术,以便制造高质量的酶制剂。
然而,与此同时,控制发酵时间和发酵菌的生长仍是固态发酵领域需要解决的难题。
在植物酶制备过程中,液态发酵和固态发酵各有其优势和劣势。
具体而言,液态发酵技术相对可控,对于有严格要求的工业制造过程,液态发酵技术具有稳定性和可靠性。
另一方面,固态发酵技术利用废弃物或碎屑,并且产生的酶的成本较低,但是它可能不能保证Reproducibility。
因此,在制备植物酶的选择上,需要从产品质量、生产成本等多方面考虑。
液态发酵和固态发酵之间的取舍应该根据实际情况来考虑。
对于不同的酶制造商,最终决定肯定是一个生意上的决定。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
固态发酵技术的研究与应用固态发酵技术在中国有着悠久的历史,早在2500年以前,在中国就有中药神曲的固态发酵生产。
当时还没有把这些固态发酵技术提升到理论高度。
传统的固态发酵技术因其发酵过程难以控制,容易感染杂菌,在应用于生产实践过程中,不仅劳动强度大,而且产品质量很难保证。
19世纪微生物的发现、微生物发酵的酶作用及微生物学的问世,将发酵技术带入了高速发展的快车道。
二次世界大战期间,为了大规模生产青霉素,经过英美两国科学家的共同努力,一种大规模微生物深层发酵技术开发获得成功,当时由于这种新的发酵技术和传统固态发酵技术相比能够实现微生物纯种培养,同时可以采用机械搅拌通气发酵法生产,使生产效率大大提高,并由此开发生产了许多微生物新产品,如抗生素、氨基酸、用于农牧业的生物活性物质、多糖、有机酸、酶制剂等,成为发酵工程技术研究和开发的热点。
但是,现代发酵工业大多采用大规模液体深层发酵方式,小分子产品在水性发酵液中含量大都在10%上下,许多高价值或大分子浓度更低,有的甚至大大低于1%,因而发酵液产品提取后产生大量的废液,生产规模越大,废液越多,污染越重。
这时人们又不约而同地把眼光投向了古老的固态发酵技术,该技术具有节水、节能的独特优势,且没有废液产生,属于清洁生产技术。
采用现代固态发酵技术则不仅可提高产品本身的质量,还可提高其生产的可操作性,并达到提高产品产量和质量的目的。
现代固态发酵技术还可引入到其它传统发酵食品的生产中,提高其生产的技术含量,达到稳产高产的目的。
一、固态发酵技术简介广义上讲固态发酵是指一类使用不溶性固体基质来培养微生物的工艺过程,既包括将固态悬浮在液体中的深层发酵,也包括在没有(或几乎没有)游离水的湿固体材料上培养微生物的工艺过程。
多数情况下是指在没有或几乎没有自由水存在下,在有一定湿度的水不溶性固态基质中,用一种或多种微生物发酵的一个生物反应过程。
狭义上讲固态发酵(solidstate fermentation)是指利用自然底物做碳源及能源,或利用惰性底物做固体支持物,其体系无水或接近于无水的任何发酵过程。
与其他培养方式相比,固态发酵具有如下优点:(1)培养基简单且来源广泛,多为便宜的天然基质或工业生产的下脚料;(2)投资少,能耗低,技术较简单;(3)产物的产率较高;(4)基质含水量低,可大大减少生物反应器的体积,不需要废水处理,环境污染较少,后处理加工方便;(5)发酵过程一般不需要严格的无菌操作;(6)通气一般可由气体扩散或间歇通风完成,不需要连续通风,空气一般也不需严格的无菌空气。
同时,随着微生物基因遗传技术的应用、优良菌株的发现和筛选,以及生产工艺等方面的改进,固态发酵技术也得到了进一步发展。
二、固态发酵技术的应用1、在食品加工业中的应用随着固态发酵技术的改进和完善,固态发酵不仅可以应用于液态发酵不能实现的发酵过程,也可应用于一些目前已有的液态发酵过程并与之一争高低。
应用现代固体发酵技术能实现大规模生产,而且其投资规模和生产成本往往要比液态发酵法低,特别适合于一些精细发酵制品的制备和生产,更重要的是现代固态发酵往往没有影响环境的污染废物产生,在食品加工业中将发挥越来越重要的作用。
1)在酱油酿造制曲中的应用制曲是酱油生产中较为重要的一环,它直接影响到酱油的品质和产量。
传统酱油生产中种曲和成曲的制备都是在敞开的环境中进行,很容易感染杂菌,影响种曲和成曲的质量,从而直接影响酱油的品质和产出量。
采用现代固体发酵技术能很容易克服上述问题。
2)在酶制剂生产中的应用α一淀粉酶是目前国内用途最广泛、产量最大的酶制剂品种之一,在食品加工中主要用于淀粉加工业和酒精酿造业。
生产α一淀粉酶的菌种主要有细菌和霉菌,霉菌α一淀粉酶大多采用固态法生产,而细菌α一淀粉酶则多采用液态深层发酵法生产。
近年来,有研究者尝试用枯草杆菌BF765S变异菌种进行固态发酵,其产酶酶活比液态发酵要高4~5倍,而且生产成本比较低,具有可观的经济效益。
固态发酵可以产生高活力淀粉酶的原因是固态发酵中培养基麸皮的碳源浓度比液态深层发酵中的碳源浓度高得多,并且固态发酵中营养基质从固体颗粒到细胞的传递阻力较大,不如在液体深层发酵中从液体基质到细胞内部那样相对容易,从而消除了液体深层发酵中酶合成的分解代谢阻遏,大量合成α一淀粉酶。
纤维素酶有可能使植物纤维素糖化转变成食品原料,因此从长远来看纤维素酶的生产是一项很有意义的工作。
目前国内外纤维素酶生产工艺有两种:固态发酵和深层液体发酵。
在生产纤维素酶上,固态发酵占有很多优势,发酵条件环境更接近于自然状态下木霉生长习性,使其产生的酶系更全,有利于降解纤维素,同时能源消耗少,设备投资相对减少,酶产品收率高,后续提取过程较液态发酵易处理。
除此之外,还有一些其它的酶也可用现代固态发酵技术来制备。
3)在食用菌生产中的应用食用菌不仅营养丰富,而且还具有一定的保健功能,因此其栽培生产是一项很有意义的工作。
采用培养基灭菌技术、纯种接种技术、纯种培养技术、自动控制温度和湿度的栽培管理技术等现代固态发酵技术栽培食用菌,不但可以实现稳产高产、增加经济效益,而且还可以提高产品品质、减少杂菌污染,提高其市场竞争力。
4)在柠檬酸生产中的应用柠檬酸一般是用黑曲霉或假丝酵母通过液态发酵生产的。
利用现代固体发酵技术,既可以利用农业残渣作碳源生产柠檬酸,又可以控制发酵的工艺条件,实现柠檬酸生产过程的纯种固态发酵。
5)在红曲生产中的应用红曲是我国黄酒特有的糖化发酵剂,生产中以大米为原料,经浸米、蒸料后拌入红曲菌种培养制成。
红曲培养通常要求控制一定的温度和湿度,采用现代固态发酵技术和设备,可以使发酵过程易控制,发酵过程中化学营养物质添加方便,并可防止杂菌的污染,获得高产量和高质量的产品。
2、固态发酵技术在资源环境中的应用随着人类物质文明和精神文明的提高,许多发达国家已提出绿色生产这一概念(即工业的生产不对环境造成危害或减小到最低的工业过程)。
但是在人们对资源环境质量的要求越来越高的同时,资源环境受到的威胁及破坏也越来越严重。
微生物在资源环境中扮演着十分重要的角色,在环境保护中做出了巨大的贡献。
微生物在资源环境保护中的应用已从自然生态系统发展到活性污泥方法处理废水,并进一步扩大到工农业残渣转化、固体废弃物处理及生物修复等领域,因此固态发酵技术越来越引起人们的重视。
固态发酵是解决能源危机、治理环境污染的重要手段之一,是绿色生产的主要工具。
农业、林业和食品等工业部门的许多废弃物,对环境造成了巨大的污染。
但工农业残渣常含有丰富的有机酸,它们可以作为微生物生长理想的寄生体,所以人们倾向于筛选工农业残渣做底物,对其加以综合利用,不但可以使废弃物变为有经济价值的资源,而且可以减轻环境污染,化害为利。
90年代以来,随着能源危机与环境问题的日益严重,固态发酵技术以其特有的优点(如无“三废”排放)引起人们极大的兴趣。
固态发酵领域的研究及其在资源环境中的应用取得了进展,主要表现在生物燃料、生物农药、生物转化、生物解毒及生物修复等方面的应用。
1)生物燃料(biofuel)用工农业残渣进行固态发酵,生产生物燃料主要为乙醇,乙醇是产量最大的发酵工业产品,是清洁燃料工业的代表,主要原料为各种可再生性糖类物质(如天然纤维素)。
利用固态发酵技术生产乙醇有许多优点,如:可消除糖的萃取过程,节省成本;由于发酵过程减少用水量,而降低发酵罐体积,无废水;降低能耗等。
2)生物农药(biopesticide)利用固态发酵生产真菌杀虫剂的方法,与液态发酵相比,不仅生产成本大大降低,而且药物对害虫的毒力也提高了。
3)生物转化(biotransformation)固态发酵其中一个重要应用领域就是利用微生物转化农作物及其废渣,以提高它们的营养价值,减小对环境的污染。
生物转化利用的菌株一般为白腐菌。
木薯是非洲、亚洲及南美洲地区人民最重要的食物之一。
但它的蛋白质、维生素、矿物质含量低,也缺乏含硫氨基酸。
已有几种固态发酵方法可以改善其营养价值。
蘑菇是可食用丝状真菌十分典型的代表,拥有可把许多不能食用的植物或其剩余物降解转化为有食用价值的食物的能力。
可食用蘑菇种类繁多,目前已知的大约有2000多种,其中约80种已实现实验室培育,约20种已利用固态发酵技术进行商业化生产。
木质纤维素作物的剩余物是动物饲料具有潜力的源泉,主要由纤维素、半纤维素及部分木质素组成,其蛋白含量低、难消化、味道差等特点限制它们作为理想饲料的应用。
提高它们的利用价值就必须改变其营养含量,可用物理、化学或生物方法等。
但物理、化学方法能耗高、比较昂贵,所以人们更倾向于生物方法,在这一方面固态发酵特别有潜力,现在已成功地利用白腐菌把木质纤维素转化为蛋白含量较高的饲料。
4)生物解毒(biological detoxification)某些工农业残渣含有对人体有害的化合物,如咖啡因、氰化氢、聚苯化合物、鞣酸等,对这些残渣有效利用十分困难。
由于它们可导致严重环境问题,所以对它们的处理对加工业来说是十分必要的事。
最近,固态发酵已成为木薯皮、油菜籽粉、咖啡皮、咖啡浆等残渣有效的解毒方法。
5)生物修复(Bioremediation)生物修复是利用微生物及其代谢过程(其产物消除或在体内富集有毒物质)来修复被人类长期生活和生产所污染和破坏的局部环境,使之重现生机的过程。
由于目前环境污染日益严重,国外学者对生物修复研究相当投入。
固态发酵生物技术是有毒化合物生物降解与环境生物修复的有益工具。
三、结论与展望通过对近几年文献分析,我们可看到固态发酵技术在各领域上都得到了很大发展。
当前,许多工农业残渣、城市生活垃圾已成为社会公害,对人类的生存环境均产生不利的影响。
随着人们对固态发酵机理认识不断加深,现代固态发酵的成功也将成为现代发酵技术的一次革命,可以对这些材料进行降解、修复,转化成对人们有益或无害的物质,既无损于自然生态系统,又可以解决环境污染问题,减轻资源危机。
现代固态发酵的应用具有巨大的潜能,但与液体发酵相比,目前固态发酵在传质、传热等方面还缺乏全面的详细研究,因而对工业化大规模的最优化生产仍有一定的影响。
因此,如何解决这些技术上的难点,更好地完善现代固态发酵技术还有许多工作亟待广大科研工作者去不断努力。