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固体发酵的一般特征

发布时间:2013-05-27 16:50:19

固体含水量和水活性 固态发酵涉及微生物在没有或几乎没有游离小的固形物上生长。当基质的水分含量低于12%时,微生物发酵作用即停止。固态系统含水量的上限即游离水开始出现,是随基质材科的种类不同而异。所以,影响微生物生长的实际因素不是含水量,而是微生物可用的水分量。可用水分量可由水活性来表示。水活性为湿固形物的水蒸汽压与纯水的蒸气压之比。 除了基质本身的影响外,水活性值还与溶质的种类和数量有关。纯水的水活性为1.00,水活性值随溶质的添加而降低。水活性值乘以100,即为与湿固体物平衡的空气的相对湿度。因而,可用测定已由样品充分平衡的狭小空间的相对湿度的办法来测出水溶性。 细菌和酵母的生长,繁殖和移动需要游离水,因而需要较高的水活性值的环境,而某些丝状真菌和少数酵母可用在较低的水活性值(0.6-0.7)下明显生长。一般地说,只有那些能耐受低水活性,并在低水活性值下生长繁殖的微生物,才是固态发酵的主要微生物。在固态发酵中,把基质水分含量控制在这些真菌能够生长,而又低于细菌生长所需要的水活性值时,可以有效地控制细菌的污染。因而,很多传统固态发酵相对地都不需要在严格无菌的条件下操作。 固态发酵中真菌及其生长 霉菌在固体基质上的生长和琼脂平板上生长相似,生长仍以菌丝顶端延伸和分枝为特征。但是由于固态发酵中使用的天然材料具有多孔多面的复杂表面,生长的方向和速度就由营养物质的可用性和基质的立体形状来决定的。 当微生物生长在麦麸等疏松的多孔性基质中时,菌丝体附着在基质表面生长,并逐步充满基质间的空间。由于在这些空隙中没有游离的液体,从而也没有营养物,生长速度就取决于菌丝到达另一可用基质的能力。这些都是很难用一般数学方法来精确描述的,没有生长动力学模型可供使用。 由于表面附着对真菌在固体基质上的生长有重要作用。许多丝状真菌和酵母都分泌有黏着性的多糖。有些真菌还能形成假根,吸胞和附着胞等专门的固着结构,另外,菌丝顶端可进行酶消化作用,在基质表面形成小洞,固着结构又附着在上面,也便利于菌丝入侵基质颗粒内部。菌丝在基质间的生长有时会使基质结块。基质被降解而变粘也会加重结块问题。结块会影响空气的流通,进而影响菌丝在其中的生长。 在固态发酵中,真菌的菌丝穿插于基质之间,使菌体生物量的测定非常困难。多数常规方法都无法使用。一般可采用氧摄入,二氧化碳排除,ATP含量和葡萄糖胺含量等方法间接反映固态培养物中菌体的生长情况,某些酶的活性也可能同菌体量成比例。一般情况下,固态培养时的生长速度要比液体发酵中低得多。比如在液体深层发酵中,常见真菌的平均菌体量倍增时间为4-8小时,而在蘑菇堆料中菌体量的倍增时间则要5.5天。 本文参考《发酵微生物学》一书。
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