微生物发酵

微生物发酵：利用微生物，在适宜的条件下，将原料经过特定的代谢途径转化为人类所需要的产物的过程。

液体发酵是在借鉴抗生素生产工艺的基础上，把菌丝体加入培养基中，将之与药材混合后放置于适温下进行发酵。液体发酵具有较高的物质传递效率，易于实现发酵工艺的自动化控制。固体发酵是以富含多种营养成分的农副产品如麦麸、甘蔗渣、玉米芯等作为发酵营养基质，用一种或多种真菌作为发酵菌种，在一定的温度、湿度条件下进行发酵。固体发酵在发酵过程中既生长菌体，又形成各种次生代谢物质，难以将其分离，统成为菌质。

固态发酵是指没有或几乎没有自由水存在下，在有一定湿度的水下溶性固态基质中，用一种或多种微生物的一个生物反应过程。从生物反应过程中的本质考虑，固态发酵是以气相为连续相的生物反应过程。固体发酵具有操作简便、能耗低、发酵过程容易控制、对无菌要求相对较低、不易发生大面积的污染等优点。

广义：微生物生长于不溶于水的基质，且基质上含有不同量的自由水(free water)。

狭义：微生物生长在潮湿不溶于水的基质进行发酵，在固体发酵过程中不含任何自由水，随著微生物产出的自由水的增加，固体发酵范围延伸至黏稠发酵(slurry fermentation)以及固体颗粒悬浮发酵

固体发酵的优点：

1. 培养基单纯，例如谷物类、小麦麸、小麦草、大宗谷物或农产品等均可被使用，发酵原料成本较经济。

2. 基质前处理较液体发酵少，例如简单加水使基质潮湿，或简单磨破基质增加接触面积即可，不需特殊机具，一般家庭即可进行步骤。

3. 因获得水分可减少杂菌污染，此种低灭菌步骤即可施行的发酵，适合低技术地区使用。

4. 能产生特殊产物，如红麴产生的红色色素是液体发酵的十倍，又Aspergillus 在固体发酵所产生的glucosidase较液体发酵产生的酵素更具耐热性。

5. 固体发酵相当于使用相当高的培养基，且能用较小的反应器进行发酵，单位体积的产量较液体为高。

6. 下游的回收纯化过程及废弃物处理通常较简化或单纯，常是整个基质都被使用，如做为饲料添加物则不需要回收及纯化，无废弃物的问题。

7. 固体发酵可食品产生特殊风味，并提高营养价值，如天培可作为肉类的代用品，其胺基酸及脂肪酸易被人体消化吸收。

固体发酵的缺点：

1. 限于低湿状态下生长的微生物，故可能的流程及产物较受限，一般较适合于真菌。

2. 在较致密的环境下发酵，其代谢热的移除常造成问题，尤其是大量生产时，常限制其大规模的产能。

3. 固态下各项参数不易侦测，尤其是液体发酵的各种探针不适用于固体发酵，pH值、湿度、基质浓度不易调控，Biomass不易量测，每批次发酵条件不易一致，再现性差。

4. 不易以搅拌方式进行质量传递(masss transfer)，因此发酵期间，物质的添加无法达到均匀。

5. 由于不易侦测，从发酵工程的观点来看，许多工作都只是在定性或观察性质，故不易设计反应器，难以量化生产或设计合理化的发酵流程。

6. 固体发酵的培养时间较长，其产量及产能常低于液体发酵。

7. 萃取的产物常因黏度高不易大量浓缩。

真菌进行固体发酵的优势

1. 能在较低含水分下生长(适水活性在0.7-0.93-0.98)，而细菌兴酵母菌的适水活性则大于0.99。

2. 细菌一般在低pH下就不易生长，而一般真菌能在低pH下也能生长良好。而固态培养基的pH很难调控，故真菌的此项特点有利于固体发酵。

3. 固态基质常为大分子化合物，如淀粉、纤维素、半纤维素、果胶、木质素、蛋白质和脂质等，真菌常能分泌这类的胞外分解酵素而利用其周围的培养基质作为碳源及氮源。

4. 真菌若具有产孢特性，则易于存放及接种，人员不需要太多训练即能进行孢子接种工作。

5. 菌丝的生长模式优于单细胞的生长方式，菌丝顶端延伸并分枝产生新的菌丝端，能迅速覆盖固体基质表面而有效利用基质。

6. 菌丝有分隔者，能透过孔洞(septal pore)传送物质，遇危险则孔洞自动封住，以避免细胞质流失；若为无分隔者，其细胞质内物质的传送迅速而使菌落快速繁衍。

7. 菌丝的生长渗透到固体培养基的力量强，形成很高的机械压力，配合尖端分泌的水解酵素，使穿入固体基质容易。

液体发酵

优点

缩短了面团发酵时间，提高了生产效率；从原辅料处理到成品包装可实现全部自动化和连续化生产；提高了面包大的贮存期，延缓了老化速度；缩短了发酵时间。深层发酵是指在发酵过程中从发酵底部通入无菌空气并搅拌，使空气与发酵液的接触面积极大提高。从而大幅度提高氧气含量。

浅层发酵是指发酵过程中不通空气，不搅拌，发酵液与空气的交换仅仅限于液面和空气的接触面。

深层发酵的发酵度比较高，发酵较完全。

深层发酵呢，其实里面的道理一说你就会懂的，深层发酵的话，你可以把那些被发酵的东西发酵的更加充分，而且还可以节省一些酵母菌，同时，深层发酵出来的东西比浅层发酵出来的东西要好一些！

液体深层发酵

液体培养法所用的培养基是液态的。实验室中的摇瓶培养法就是一种液体培养法。将装有液体培养基的三角瓶置于摇床上不断振荡，目的是让空气中的氧不断地溶解到液体培养基中。深层液体培养法也叫液体深层发酵法，它是目前发酵工业上常用的一种发酵方法。根据操作方法的差异，液体深层发酵法又可以分为分批发酵法、分批补料发酵法和连续发酵法.连续培养装置的一个主要参数是稀释率(D)，它的定义为：D = F/V = 流动速率/容积

①分批发酵法。此法是指一次性地向发酵罐中投入培养液，发酵完毕后，又一次性地放出原料的发酵方法。放料后再重复投料、灭菌、接种、发酵等过程。在这一过程中，菌种的生长可分为调整期、对数期、稳定期和衰亡期四个时期。

②分批补料发酵法。此法是指在分批发酵中，间歇或连续补加新鲜培养基的发酵方法。所补的原料可以是全料，也可以是氮源、碳源等，目的是延长代谢产物的合成时间等。用这种方法生产青霉素，使生产效率提高了20%。