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固體發酵的一般特征

發布時間:2013-05-27 16:50:19

固體含水量和水活性 固态發酵涉及微生物在沒有或幾乎沒有遊離小的固形物上生長。當基質的水分含量低于12%時,微生物發酵作用即停止。固态系統含水量的上限即遊離水開始出現,是随基質材科的種類不同而異。所以,影響微生物生長的實際因素不是含水量,而是微生物可用的水分量。可用水分量可由水活性来表示。水活性为濕固形物的水蒸汽壓與純水的蒸氣壓之比。 除了基質本身的影響外,水活性值還與溶質的種類和數量有關。純水的水活性为1.00,水活性值随溶質的添加而降低。水活性值乘以100,即为與濕固體物平衡的空氣的相對濕度。因而,可用測定已由樣品充分平衡的狹小空間的相對濕度的辦法来測出水溶性。 細菌和酵母的生長,繁殖和移动需要遊離水,因而需要較高的水活性值的環境,而某些絲狀真菌和少數酵母可用在較低的水活性值(0.6-0.7)下明顯生長。一般地說,隻有那些能耐受低水活性,并在低水活性值下生長繁殖的微生物,才是固态發酵的主要微生物。在固态發酵中,把基質水分含量控制在这些真菌能夠生長,而又低于細菌生長所需要的水活性值時,可以有效地控制細菌的污染。因而,很多傳統固态發酵相對地都不需要在嚴格無菌的條件下操作。 固态發酵中真菌及其生長 黴菌在固體基質上的生長和瓊脂平闆上生長相似,生長仍以菌絲頂端延伸和分枝为特征。但是由于固态發酵中使用的天然材料具有多孔多面的複雜表面,生長的方向和速度就由營養物質的可用性和基質的立體形狀来決定的。 當微生物生長在麥麸等疏松的多孔性基質中時,菌絲體附着在基質表面生長,并逐步充滿基質間的空間。由于在这些空隙中沒有遊離的液體,從而也沒有營養物,生長速度就取決于菌絲到达另一可用基質的能力。这些都是很難用一般數学方法来精确描述的,沒有生長动力学模型可供使用。 由于表面附着對真菌在固體基質上的生長有重要作用。許多絲狀真菌和酵母都分泌有黏着性的多糖。有些真菌還能形成假根,吸胞和附着胞等专門的固着結構,另外,菌絲頂端可進行酶消化作用,在基質表面形成小洞,固着結構又附着在上面,也便利于菌絲入侵基質顆粒内部。菌絲在基質間的生長有時會使基質結塊。基質被降解而變粘也會加重結塊問題。結塊會影響空氣的流通,進而影響菌絲在其中的生長。 在固态發酵中,真菌的菌絲穿插于基質之間,使菌體生物量的測定非常困難。多數常規方法都無法使用。一般可采用氧攝入,二氧化碳排除,ATP含量和葡萄糖胺含量等方法間接反映固态培養物中菌體的生長情況,某些酶的活性也可能同菌體量成比例。一般情況下,固态培養時的生長速度要比液體發酵中低得多。比如在液體深層發酵中,常見真菌的平均菌體量倍增時間为4-8小時,而在蘑菇堆料中菌體量的倍增時間則要5.5天。 本文參考《發酵微生物学》一書。
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