固態發酵發酵參數研究

發酵參數的控制
    固態發酵是一種接近自然狀態的發酵，它與液態 深層發酵有許多不同，其中最顯著的特征就是水分活度低和發酵不均勻。菌體生長、營養物的吸收和代謝產物的分泌在各處都是不均勻的，使得發酵參數的檢測和控制都比較困難，許多液態發酵的生物傳感器也無法應用于固態發酵。至今為止，在報道的文獻中還沒有見到較為完善的關于固態發酵的數學模型（雖然有一些關于固態發酵動力學研究的報道，但都是以圖表的形式出現），固態發酵的研究仍然停留在以經驗為主導的水平上。目前固態發酵可測或可調的參數主要有：培養基含水量、空氣濕度、CO2和O2的含量、pH值、溫度和菌體生長量等，現分述如下：

3.1 培養基含水量及空氣濕度
    培養基含水量是決定同態發酵成敗的關鍵因素之一。不同原料、不同菌種要求的含水量也不同、如果含水量過高，不僅會造成通氣不良，而且還容易被細菌污染。含水量過低，底物吸水不足，膨脹度低，營養也不易被菌體利用。固態發酵過程中，麩曲的含水量一般都控制在35%～75%之間。另外，隨著發酵的進行，麩曲表面的水會不斷蒸發，內部的水則不斷地向表面遷移，導致麩曲的含水量不斷降低。為了維持發酵的穩定，必須連續向曲房或發酵器補充低溫蒸汽或無菌水，使麩曲周圍空氣的相對濕度保持在95%以上。

3.2 通氣
    霉菌基本上都是好氧菌，通氣是培養好氣性微生物的一個必要條件，除了為菌體生長代謝提供新鮮的無菌空氣外，同時還是保證麩曲純培養的重要手段。向發酵器不斷通人無菌空氣，使發酵器內的氣壓始終略高于外部氣壓，外界雜菌很難進入發酵器。另外，通氣還有助于麩曲的散熱降溫。通氣量的大小主要取決于麩曲的培養量和選用的菌株及生長狀態。過大的通氣是不必要的，不僅增加生產成本，而且還容易使麩曲的水分蒸發過快，影響菌體生長。固態發酵的通氣量比液態發酵低得多，在通常情況下，只要保持發酵器內的氣壓比外界氣壓略高即可。

3.3 溫度
    固態發酵的溫度是一個重要的可調節參數。微生物在生長和代謝過程中需要釋放大量的廢熱。尤其是在發酵前期，菌體生長旺盛，麩曲的溫度（俗稱“品溫”）上升很快，有時高達每小時2℃左右，這些廢熱如果不及時排除，菌體的生長和代謝就會受到嚴重影響，有時甚至會造成“燒曲”，菌體大量死亡，發酵徹底失敗。降低品溫的方法除了加大通氣和噴淋無菌水外，適當翻曲也是必要的。如果生產處于夏季，降溫困難（尤其在我國南方，夏季氣溫高，空氣濕度大），采用短時間液氨制冷或空調制冷來降溫也是可取的。

3.4 pH值
    固態發酵過程中pH值的控制是很困難的，這是由于曲的不均一性所決定的。人為調節正在培養的麩曲的pH值幾乎是不可能的。在實際生產中，麩曲的pH值的變化也大多任其自然。但在物料的前處理過程中，pH值的調節是必須的，也比較容易。固態發酵所采用的原料的化學成分很復雜，培養基往往具有良好的緩沖性，其pH值的調節可以通過調節少量“培養集渾濁液”的pH值獲得的試驗結果來進行。

3.5 菌體量
    菌體的生長量是微生物發酵的一個很重要的參數。但固態發酵的菌體量測定比較困難。菌體在固狀培養物上生長，菌絲體滲透在固體培養基中，與固體底物結合在一起，要想直接測定菌體個體生長量是很困難的。目前通常采用一些間接測定法，如測定菌絲體蛋白、幾丁質鶴葡糖糖胺等菌絲體所特有的物質的含量，然后再折算成菌體量。