KNOWLEDGE
技術知識
固體發酵條件和影響因素
1 基質
微生物要在基質上進行生長并產生代謝產物，必將受到底物本身的物理因素 (底物顆粒大小、形狀、空隙率、纖維含量、黏度、顆粒之間擴散等 )和化學因素(聚合度 、疏水性、結晶度及電化學性質等)的影響。底物顆粒的尺寸及濕度或水活度在固態發酵中對微生物的生長與活性最重要。 底物顆粒的大小直接影響到單位體積反應表面積，也會影響顆粒間菌體生長、氧的供給率及二氧化碳的移出率等。小的底物顆?？梢蕴峁┹^大微生物生長表面積 ， 可以明顯提高固態發酵反應速率 ．被認為是理想的選擇。但是，在許多情況下太小的顆粒容易造成底物結團 ，顆粒間空隙率也減小，導致阻力增大，對傳熱、傳質產生不利的影 響 ，以致于妨礙微生物的呼吸或通氣， 結果導致微生物不良生長；大顆粒由于存在較大間隙有利于提高傳質和傳熱效率，還可提供更好的呼吸及通氣條件，但提供較小的微生物生長表面積，降低了固體發酵效率。所以對于固體發酵過程，選擇合適的顆粒是十分必要的。
2 水分和水活度
底物含水量的變化對微生物的生長及代謝能力有重要影響． 低水分將降低 營養物質傳輸、微生物生長、酶穩定性和基質膨脹；高水分將導致顆粒結塊、通氣不暢和染菌。固態發酵程中水分含量范圍應控制在30 ％-85 ％。不同微生物發酵，水分應該是不同的。
微生物能否在底物上生長取決于該基質的水活度。水活度除受基質本身的影響外，還與溶質的種類和數量有關。不同微生物水活度要求也不同。一般而言，細菌要求水活度0.90～0.99 之間；大多數酵母菌要求水活度在0.80～0.90； 真菌及少數酵母菌要求水活度在0.60 —0.70 。 在固態發酵過程中，由于基質的水解，物質的溶出，水活度降低，將延長微生物的滯后期，導致生物量減少?？梢酝ㄟ^加無菌水、加濕空氣和安裝噴濕器等方法來提高水活度，以保證菌體正常生長。
3 pH值
目前，世界范圍內對于這方面的研究很少，但p H 值是影響發酵過程的重要因素，由于固態物料的含水量偏低 ，固態發酵中的p H 值檢測手段難以應用。 一般認為，固體發酵過程中，由于物料良好的緩沖性，只要調節好初始pH 值 ，發酵過程中不必對其進行監測和控制。在實際過程中，菌體代謝會導致物料 pH 值發生較大變化。
4 溫度
溫度是影響微生物生長的重要因素，直接關系到發酵過程的正常進行和最 終產品的生成。固態發酵中，微生物生長初期要達到一定的溫度，才能保證其正常生長。微生物在生長過程中，會釋放大量的生物熱 ，尤其是在微生物的對數生長期，產熱速度很快，菌絲體生長旺盛，造成物料大面積板結 ，加之固態發酵中沒有自由流動相 ，導熱性能差，單位距離上存在很大的溫度梯度 ，有時高達3℃／cm，不利于微生物的生長和產酶，必須通過通風降溫 、噴淋無菌水及翻曲等手段使熱量及時散發 。
5 通風和攪 拌
好氧發酵過程中對氧的需求及系統中傳質、傳熱的需要，通風和攪拌操作有重 的影響． 空氣速率增加可提供微生物生長所需氧氣,又可以移除CO?、揮發性代謝物和反應熱，但很多因素影響氧的傳輸 ，如空氣壓力 、通氣率、基質空隙、料層厚度、培養基水分、反應器幾何特征及機械攪拌裝置的轉速等。氣流強度可作為評判通風強弱的標準，通氣質量也很重要 (特別是氣體濕度，可改變水活度 )。合適的通風強度和質量可提高對溫度的控制。由于基質的不均勻性，通風過程容易造成細胞代謝發生變化，需要通過攪拌來提高物料發酵、水分、溫度和氣態環境均一性。在選擇基質時，應考慮基質特性，避免在攪拌過程中出現結塊現象，但過分的翻動可能損傷菌絲體，抑制菌體生長。間歇攪拌較連續攪拌有較好效果，對菌絲體的生長及其在基質上附著更有利。
微生物要在基質上進行生長并產生代謝產物，必將受到底物本身的物理因素 (底物顆粒大小、形狀、空隙率、纖維含量、黏度、顆粒之間擴散等 )和化學因素(聚合度 、疏水性、結晶度及電化學性質等)的影響。底物顆粒的尺寸及濕度或水活度在固態發酵中對微生物的生長與活性最重要。 底物顆粒的大小直接影響到單位體積反應表面積，也會影響顆粒間菌體生長、氧的供給率及二氧化碳的移出率等。小的底物顆?？梢蕴峁┹^大微生物生長表面積 ， 可以明顯提高固態發酵反應速率 ．被認為是理想的選擇。但是，在許多情況下太小的顆粒容易造成底物結團 ，顆粒間空隙率也減小，導致阻力增大，對傳熱、傳質產生不利的影 響 ，以致于妨礙微生物的呼吸或通氣， 結果導致微生物不良生長；大顆粒由于存在較大間隙有利于提高傳質和傳熱效率，還可提供更好的呼吸及通氣條件，但提供較小的微生物生長表面積，降低了固體發酵效率。所以對于固體發酵過程，選擇合適的顆粒是十分必要的。
2 水分和水活度
底物含水量的變化對微生物的生長及代謝能力有重要影響． 低水分將降低 營養物質傳輸、微生物生長、酶穩定性和基質膨脹；高水分將導致顆粒結塊、通氣不暢和染菌。固態發酵程中水分含量范圍應控制在30 ％-85 ％。不同微生物發酵，水分應該是不同的。
微生物能否在底物上生長取決于該基質的水活度。水活度除受基質本身的影響外，還與溶質的種類和數量有關。不同微生物水活度要求也不同。一般而言，細菌要求水活度0.90～0.99 之間；大多數酵母菌要求水活度在0.80～0.90； 真菌及少數酵母菌要求水活度在0.60 —0.70 。 在固態發酵過程中，由于基質的水解，物質的溶出，水活度降低，將延長微生物的滯后期，導致生物量減少?？梢酝ㄟ^加無菌水、加濕空氣和安裝噴濕器等方法來提高水活度，以保證菌體正常生長。
3 pH值
目前，世界范圍內對于這方面的研究很少，但p H 值是影響發酵過程的重要因素，由于固態物料的含水量偏低 ，固態發酵中的p H 值檢測手段難以應用。 一般認為，固體發酵過程中，由于物料良好的緩沖性，只要調節好初始pH 值 ，發酵過程中不必對其進行監測和控制。在實際過程中，菌體代謝會導致物料 pH 值發生較大變化。
4 溫度
溫度是影響微生物生長的重要因素，直接關系到發酵過程的正常進行和最 終產品的生成。固態發酵中，微生物生長初期要達到一定的溫度，才能保證其正常生長。微生物在生長過程中，會釋放大量的生物熱 ，尤其是在微生物的對數生長期，產熱速度很快，菌絲體生長旺盛，造成物料大面積板結 ，加之固態發酵中沒有自由流動相 ，導熱性能差，單位距離上存在很大的溫度梯度 ，有時高達3℃／cm，不利于微生物的生長和產酶，必須通過通風降溫 、噴淋無菌水及翻曲等手段使熱量及時散發 。
5 通風和攪 拌
好氧發酵過程中對氧的需求及系統中傳質、傳熱的需要，通風和攪拌操作有重 的影響． 空氣速率增加可提供微生物生長所需氧氣,又可以移除CO?、揮發性代謝物和反應熱，但很多因素影響氧的傳輸 ，如空氣壓力 、通氣率、基質空隙、料層厚度、培養基水分、反應器幾何特征及機械攪拌裝置的轉速等。氣流強度可作為評判通風強弱的標準，通氣質量也很重要 (特別是氣體濕度，可改變水活度 )。合適的通風強度和質量可提高對溫度的控制。由于基質的不均勻性，通風過程容易造成細胞代謝發生變化，需要通過攪拌來提高物料發酵、水分、溫度和氣態環境均一性。在選擇基質時，應考慮基質特性，避免在攪拌過程中出現結塊現象，但過分的翻動可能損傷菌絲體，抑制菌體生長。間歇攪拌較連續攪拌有較好效果，對菌絲體的生長及其在基質上附著更有利。
