固态发酵（SSF）

• 固态发酵（SSF）是由药物，食品，纺织等的几个行业使用的发酵方法，以产生使用固体载体代替液体介质的微生物代谢物。
• 它被定义为没有自由流动的水相的微生物的生长。
• SSF是浸没抗生素，单细胞蛋白，PUFA，酶，有机酸，生物农药，生物燃料和香气生产等增值产品的发酵浸没发酵。
• 所用的支持尤其是粒糠，脱油油种子蛋糕和其他物质。
• 最初，大多数真菌用于此类发酵（因为这些微生物被认为在非常低的水活动中非常出色地活跃）。后来，许多细菌种类和酵母也用于进行此类发酵。
• 近年来，SSF的微生物过程产生了极大的兴趣，因为它可以用于各种目的，由一些作者支持，这些作者甚至在其液体对应物（浸没式发酵）上表现出许多优势。

固态发酵（SSF）衬底

• 存在许多生物技术过程，涉及在不存在或接近空气的固体衬底上的生物体生长。
• 固态发酵（SSF）涉及固体的底物并含有低水分水平。
• 最常使用的固体基材是谷物（米，小麦，大麦和玉米），豆科种子，小麦麸皮，木质纤维素材料，如吸管，锯末或刨花，以及各种植物和动物材料。
• 大多数这些化合物是聚合物分子 - 不溶于或静脉溶于水 - 但大多数是便宜的且易于获得的，并且代表微生物生长的浓缩源源。

可以在以下属性方面定义SSF：

• 一种可生物降解或不可生物降解的固体多孔基质，其单位体积表面积在103 ~ 106 m2/ cm3之间，便于微生物在固体/气体界面上生长。
• 基质应在固体/气体界面上的相对高的水活性吸收水量，其干重相当于一种或多次，以允许高速率的生化过程。
• 与其他气体和气溶胶的空气混合物应在相对低的压力下流动并混合发酵醪。
• 固体/气体接口应该是纯粹的植物，用于在纯或混合培养物中快速地开发模具，酵母或细菌的特定培养物。
• 根据给定发酵过程所需的，固体基质的机械性能应支配或温和搅拌。这需要小粒状或纤维颗粒，其不倾向于彼此破裂或粘附。
• 固体基质不应被微生物活性的抑制剂污染，并且应该能够吸收或含有可用的微生物食品，例如碳水化合物（纤维素，淀粉，糖）氮源（氨，尿素，肽）和矿物盐。

用于固态发酵的生物（SSF）

• SSF的微生物组分可以作为单一纯培养物，混合识别的培养物或完全混合的土着微生物发生。
• 一些SSF过程例如，Tempeh和ontjom.生产，需要在通过发酵微生物分泌的细胞外酶的帮助下进行诸如需要低水分水平的模具等模具的生物体的选择性生长。
• 然而，需要较高的水分含量的细菌和酵母用于有效发酵，也可用于SSF，但产量较低。

固态发酵的步骤（SSF）

图：固态发酵罐的示意图，用于将木质纤维素生物质转化为酶。资料来源：Amit K. Jaiswal。

SSF通常是涉及以下步骤的多步骤过程：

1. Pre-treatment of substrate raw materials either by mechanical, chemical or biochemical processing to enhance the availability of the bound nutrients and also to reduce the size of the components, e.g., pulverizing straw and shredding vegetable materials to optimize the physical aspects of the process. However, the cost of pre-treatment must be balanced with the eventual product value.

2.主要聚合物底物的水解，例如多糖和蛋白质。

3.水解产物的利用（发酵）。

4.结束产品的分离和纯化。

• SSF的低水分含量使得每个衬底质量的反应器体积小于LSF，并且还简化了产物回收。
• 然而，由于培养物的异质性而导致对pH，营养和产物的含水量控制和水分控制和梯度的严重问题产生了严重的问题。
• SSF的后一种特征使上述参数的测量和控制困难，费力且通常不准确，从而限制了该技术的工业潜力。由于这些问题，已选择用于SSF的微生物更容易耐受各种培养条件。

固态发酵的应用（SSF）

• 固态发酵已成为生产微生物产品的潜在技术，如饲料，燃料，食品，工业化学品和药品。
• 广泛应用于产生几种酶，有机酸，调味化合物等，其必须萃取和纯化，然后用于不同的产物。
• 它在生物过程中的应用如生物展开，生物益性，生物修复，生物制浆等。

固态发酵的优点（SSF）

• 这些方法的主要优点是它产生最小量的废物和液体流出物，因此对环境没有很大损害。
• 固体基质发酵使用简单的天然固体作为培养基。
• 低技术，能源支出低，资金投资较少。
• 不需要灭菌，微生物污染较少，易下游加工。
• 在SSF过程中使用农业工业残留物的利用提供了替代大道和附加值，而是替代的残留物或未使用的残留物。
• 产品的产量相当高。
• 生物反应器设计，曝气过程和流出处理非常简单。
• 在SSF中可以效果使用许多国内，工业和农业废物。

固态发酵的局限性（SSF）

• 可以使用仅耐受低水分含量的微生物。
• 精确监测SSF（例如，O2和CO2水平，水分含量）是不可能的。
• 生物体慢慢地生长，因此，产品形成有局限性。
• 热量生产会产生问题，非常难以调节生长环境。

参考

1. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/s1369703x02001213
2. http://www.biologydiscussion.com/notes/short-notes-on-solid-sub stresst-fermentation/10044.
3. https://www.omicsonline.org/open-access/solid-state -fermentation-and-food-processing-a-short-review-a-sshort-review-2155-9600-1000453.php?ide=66522
4. https://www.omicsonline.org/open-access/solid-state -fermentation-and-food-processing-a-short-review-a-sshort-review-2155-9600-1000453.php?ide=66522
5. https://www.researchgate.net/publication/27205523_solidstate_fermentation_an_overview.
6. https://www.slideshare.net/ajithnandanam/solid-state -erstation
7. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/pmc5428094/
8. http://microbiology.ukzn.ac.za/libraries/micr304/solid_state_fermentation.sflb.ashx.