有机酸的固态发酵研究进展

有机酸的固态发酵研究进展

摘要:简要介绍了固态发酵技术的基本原理、所用微生物、基质特性，表述固态发酵的优势。综述近年文献中利用固态发酵生产有机酸的研究情况，对利用固态发酵生产有机酸的应用前景进行展望。

关键词:现代固态发酵技术；有机酸；

目前人们把借助微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制备微生物菌体本身、其直接代谢产物或次级代谢产物的过程称为发酵。其中固态发酵（SSF）是众多发酵工艺的一种，是指指一类使用不溶性固体基质培养微生物的工艺过程，既包括将固体悬浮在液体中的深层发酵，也包括在没有游离水或游离水很少的培养基上培养微生物的过程[1-2]。SSF具有数千年悠久的应用历史，最早应用传统风味发酵食品发酵。然而，由于现代发酵工业对大规模和集约化生产的要求，在很长一段时期内，有关SSF技术的应用研究基本停滞不前。自20世纪90年代以来，人们不断在原料、工艺和设备等方面进行大量深入的研究，其在工业的应用范围不断扩展至有机酸等新型发酵产品，相应配套技术和设备也不断更新[2-5]。

1.固态发酵技术的特性

研究显示，相比液态发酵（SmF）技术，SSF技术在有机酸发酵生产方面具有许多优势[1-2]。①原料成本低，来源范围广；②生产工艺简单，节约能耗；③产物浓度高，发酵过程无废水、废气产生，且后处理简单；④实现了封闭纯种单一菌株或限定菌株混合发酵，扩大应用范围；⑤实现了规模性工业化大生产，及对发酵环境参数（温度、湿度、O2浓度、CO2浓度、p H等）的在线检测和控制；⑥实现了操作方式机械化、模块化，相应SSF 反应器不断推陈出新，劳动强度和占地面积小，产出率较高。上述特点决定了SSF技术在若干有机酸发酵领域具有明显的优势并发挥重要作用。

2.有机酸固态发酵的影响因素

目前固态发酵生产有机酸可调的参数主要有：菌种、培养基的含水量、空气湿度、CO2和O2的含量、Ph、温度和菌体的生长量等。主要就菌种、基质进行介绍。

2.1 菌种特征

固态发酵的最佳微生物是丝状微生物，其理想微生物需要能够耐受高浓度的营养盐，在含水量低的基质中生长迅速，染菌概率小。常用微生物有三类，一是真菌类：包括曲霉、黑曲霉等；二是细菌类：包括地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌等；三是酵母菌类：包括酿酒酵母、葡萄酒酵母等。

2.2 基质特征

在有机酸固态发酵中，微生物发酵的传质、传热及微生物的代谢功能都会受到基质的影响。现在大多采用未处理的农副产品或其废弃物，经预处理并消毒，保证微生物的纯种培养。在有机酸发酵中，木质纤维素原料基质使用最广泛，其次是淀粉质含量高的原料，微生物生长代谢的碳源由淀粉或其水解后得到的葡萄糖等提供。

3.固态发酵技术生产有机酸

3.1 固态发酵醋。徐亚军[5]以云南大叶种绿茶、玉米为主要原料，人工添加黑曲霉、酿酒酵母、醋酸菌等微生物，采用固态发酵技术，对发酵原料进行浸提、过滤、挑选、浸泡、蒸煮、糖化、酒精发酵、醋酸发酵等步骤，在相应阶段添加微生物菌种进行混合培养。结果表明: 对发酵料进行过滤、陈化、灭菌等处理，控制好各环节温度、添加物比例等，可以形成兼有茶和醋独特风味的绿茶醋，保健和营养功效较好。

3.2 柠檬酸。柠檬酸是食品工业的关键有机酸类，采用固态发酵技术，以苹果渣、泥煤苔、香蕉皮、水果废弃物为固体基质，可以生产柠檬酸。Dhillonet al.

[6]以苹果渣为发酵基质，用A. nigerNRRL 567 为发酵菌，使用12L 转鼓式反应器，生产柠檬酸，最大得率为220.6g/kg。Kumar 等［36］报道了利用果渣固态发酵生产柠檬酸的研究成果;Shojaosadati 等［4］报道了在多床层固态生化反应器中，通过发酵生产参数的优化，柠檬酸产量达到124g kg( 以果渣计) ，且总糖的利用率可达到80% 。

3.3 乳酸。固态发酵技术较多应用在乳酸生产中，通过应用廉价原料、媒介工程、生产工艺优化等缩减生产成本。Ghosh 以松针作基质，用乳酸杆菌发酵生产乳酸。D. Gowdhamanet al. 用茶坯生产乳酸菌。

3.4衣康酸衣康酸又名亚甲基丁二酸、亚甲基琥珀酸或分解乌头酸,是用途很广的有机酸,也是重要的有机合成原料,广泛地应用于化学合成领域[1～3]。俞志

敏等以土曲霉AS32811为发酵菌种,农用废弃物麸皮,玉米芯为出发培养基,在自然pH值条件下生产衣康酸。结果显示衣康酸产率可达63. 5%。

3.5曲酸。曲酸是一种带取代基的γ-吡喃酮，是由微生物好氧发酵产生的具有抗菌作用的有机酸。中国食品发酵工业研究院经过多年研究，筛选到用于曲酸发酵生产的优良菌种、发酵提取技术，其生产的曲酸转化率>50%（对淀粉），生产效率为159 g/L，回收率>70%。

固态发酵技术以其清洁生产的特点赢得巨大的应用潜能，但目前固态发酵在传热、传质等方面还需要切实可用的研究结果，欠缺合适的反应器设计和生产参数，难以普及最优化工业大规模生产。因此，还亟待进一步的研究，解决这些技术上的困难，更好地利用现代固态发酵技术生产有机酸。

参考文献

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[2] 林祖申. 酱油生产技术的研讨[J]. 中国酿造，2003(1):1-3.

[3] 韩冰，范桂芳，李十中等. 不同糖质原料和菌株固态发酵制取乙醇的特性比较[J]. 农业工程学报，2012（5），201-206.

[4] 徐亚军. 微生物固态发酵茶叶食醋的工艺研究[J]. 中国调味品，2012（4），85-88.

[5] G.S. Dhillon，S.K. Brar，S. Kaur，M.Verma. Bioproduction and extraction opti-mization of citric acid from Aspergillusniger by rotating drum type solid-statebioreactor Ind. Crops Prod. 41 (2013) 78–84.

[6]隋文杰,刘锐,吴涛,张民.固态发酵在食品加工中的应用研究进展[J].生物产业技术,2018(03):13-23.

[7]曹银娣.现代固态发酵技术及其在食品工业中的应用[J].农业工程技术,2016,36(08):71-72.

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