固态发酵的四个优点
2022-11-27
固态发酵（Solid-state Fermentation,SSF）有着悠久的历史，它是在水存在较少的情况下进行的一种微生物发酵。目前固态发酵已经在饲料、酵素、酿酒、医药等领域有了十分重要的地位。
固态发酵技术
固态发酵技术在中国古代就已经存在，是一项流传了几千年的技能。传统的发酵方式主要有两大类别，一方面是固态发酵技术，另一方面是液态发酵技术。这两种发酵方法各有千秋，但是总体来说固态发酵法更胜一筹。
传统的固态发酵发方法主要分为2大类：酒精发酵法，甘油发酵法。广义上讲固态发酵是指一类使用不溶性固体基质来培养微生物的工艺过程，既包括将固态材料悬浮在液体中的深层发酵，也包括在没有或几乎没有游离水的湿固体材料上培养微生物的工艺过程。多数情况下是指在没有或几乎没有自由水存在的情况下，在有一定湿度的水不溶性固态基质中，用一种或多种微生物发酵的生物反应过程。
(1）最为常见的就是白酒的生产，虽然现在很多白酒也是采用的液态发酵的方法，但是比较上乘的白酒大多采用固态发酵方法，如贵州省遵义市所产的茅台飞天酒，湖北荆州白酒品牌所产的白云边，产于四川省绵竹市的剑南春，以及红星二锅头等。
(2）日常生活中常用的调味品，如醋、黄酱、酱油、甜味剂（如天冬甜味精）、增味剂（如5′-核苷酸）和味精等；以及日常生活中所常见的食物，乳制品，酸奶、酸性奶油、马奶酒、干酪等；豆制品，如豆腐乳、豆豉、纳豆等；发酵蔬菜，如泡菜、酸菜等。这些食品的发酵工艺大多保留了原产品的风味，且极少使用甜味剂，既好吃又健康，所以很受大众的追捧和喜欢。
近代研究发现，利用固态发酵生产的一些食品中含有生理活性物质，固态发酵在生产这些食品及食品添加剂上有优势。随着能源危机与环境问题的日益严重，固态发酵技术以其特有的优点引起了人们极大的兴趣。在固态发酵领域的研究及其在资源环境、蛋白质饲料中的应用取得了较大进展，主要表现在生物饲料、生物燃料、生物农药、生物转化、生物解毒及生物修复等的成功开发应用，为固态发酵的不断发展提供了强有力支持，为传统技术的发扬光大提供了广阔的应用前景。另外，固态发酵在保持中药药效，降低毒性反应方面的作用巨大。
固态发酵工艺主要用于纳豆、豆豉、豆瓣酱、豆腐乳、白酒、醋、酱油等传统食品的发酵。由于固态发酵存在无法搅拌或者混合不充分, 发酵过程中发酵速率和温度较难均一控制等问题。
在工业生产中固态发酵反应器主要分为静态和搅拌型生物反应器, 静态反应器包括固定床反应器和多孔托盘式反应器见图1，搅拌型反应器包括水平转桶和搅拌转桶见图2。
A-固定床反应器: (1) 气泵; (2) 空气分布系统; (3) 加湿器; (4) 自动控温反应装置; (5) 过滤器; (6) 流量传感器; (7) 数显控制装置; (8) 电脑终端; (9) 圆柱形传感器;B-多孔托盘式反应器
图1 固定床反应器和多孔托盘式反应器
A-水平转桶: (1) 压缩机; (2) 空气过滤器; (3) 加湿器; (4) 水平转桶; (5) 搅拌器; (6) 电机; (7) 速度控制器; (8) 排气装置; (9) 硅胶柱; (10) 成分标识; (11) 气相色谱; (12) 电脑B-搅拌转桶: (1) 进气口; (2) 旋转接头; (3) 耦合器; (4) 喷嘴; (5) 空气管路; (6) 滚筒; (7) 转桶; (8) 固体培养基; (9) 线圈
图2 水平转桶和搅拌转桶反应器
液态发酵受到环境中微生物、发酵体系和季节等条件影响大，容易受到杂菌的污染，很难控制产品的质量，以至于影响酵素产品的开发和利用，同时液态酵素作为食品添加剂用于面包、酸奶等发酵食品中不容易控制活菌 (乳酸菌、酵母菌) 数量。因此，固态酵素可以在液态酵素基础上采用一定干燥技术，把大部分水从物料中去除得到具有生物活性的固态食品，可以达到脱水和浓缩的效果，同时减少液态酵素加工储存过程中由于酵母菌未灭活，继续产气出现炸瓶等不良现象，且固态酵素体积小，便于运输，携带方便。
固态酵素存在的问题：固态酵素营养价值高、但易发生结块和褐变、溶解性低等问题，固态酵素在速溶性和保藏性方面都与水分活度有密切的关系，水分对无定形粉体的玻璃化转变温度 (Tg) 和结晶起重要作用，影响其流动性、粘性和贮藏稳定性，进而影响食品的品质。新型固态酵素色泽鲜艳，营养丰富，在贮藏过程中Tg对产品的营养物质降解和损失有显著的作用，控制Tg对其安全保藏具有重要意义，避免发生产品的粘结，色泽的降解、褐变。因此有必要研究固态酵素粉的Tg特性，为其加工和保藏奠定理论基础。
固态发酵技术应用于食品加工业的意义
固态发酵是在没有或基本没有游离水的固态基质上进行发酵的方式，固态基质中气、液、固三相并存，即多孔性的固态基质中含有水和水不溶性物质。与液态发酵相比，固态发酵有以下优点。
(1）水分活度低，基质水不溶性高，微生物易生长，酶活力高，酶系丰富。对于很多固态发酵食品来说，其制作工艺比较简单。采用固态发酵生产出的食品酶活性强，比较优质。
(2）发酵过程粗放，不需严格的无菌条件。对于南方农村很多家庭来说，采用固态发酵的食品很多，比较常见的就是霉豆腐、焖豆豉、腐乳以及农户自家酿的白酒等等。这些食品的制作工序十分简单，基本程序是先将原料蒸熟或者是焖熟，然后再加入活性酶作为发酵助力，再把原料用比较严密的容器装起来，放置较高温的地方，时隔几天就可以得到发酵好的食品，一般加工后的食品都散发着浓郁的香味，不需要添加任何的香精作为调味剂。
(3）设备构造简单、投资少、能耗低、易操作。这种加工方法比较常见的原因之一就是工序简单的同时对于设备的要求也不高，再加上极低的投资，使这种加工方式走进了千家万户。
(4）后期处理比较简便、污染比较少，基本实现了无工业废水排放。固态发酵技术一般是在微生物没有游离水的固态基质上进行的一种发酵方式，所以其产生的废弃物也比较少，并且基本不会产生工业废水，解决了食品加工厂的废弃物处理压力的同时还保护了环境、生态，符合新时代下环境保护新政策，对于生产企业来说，节省了一大笔后期用于处理工业废弃物的物资，对于社会层面来说，极大地减少了污染物的排放，减少了污染源，对于整个国家来说，也促进了该工业的持续发展与延续。无油烟的生产方式也保持了食品的原汁原味和营养，减少了化学物质的添加，顾客也吃得放心。
固态发酵是代进步以及经济与科技快速发展下的一种产物，随着产业的一步步升级，传统的液态发酵技术所存在的不足被固态发酵技术所弥补。但是固态发酵并不是近几年才出现的，反之，固态发酵在中国的发展已经有几千年的历史，所以中国对于这一技术的使用早已十分熟悉并且十分精湛，该种发酵方法有着很多的使用优势，不仅操作简单，投资小，而且还能节约水资源与保护环境、减少废弃物等工业残渣的排放等等，这项工艺在当今食品加工中的使用不仅是对于传统工艺的继承与发展，还符合新时代下对于生态保护的号召。