固態(tài)發(fā)酵的分類(lèi)知識(shí) 
 一、傳統(tǒng)固態(tài)發(fā)酵與現(xiàn)代固態(tài)發(fā)酵

雖然固態(tài)發(fā)酵與液態(tài)發(fā)酵相比，具有它獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，但也存在著許多不足。特別是傳統(tǒng)固態(tài)發(fā)酵是發(fā)酵工業(yè)中古老而又落后工藝的代名詞。甚至，在發(fā)酵工程或生化工程的教科書(shū)中，也很少提到固態(tài)發(fā)酵。現(xiàn)代發(fā)酵技術(shù)的關(guān)鍵條件是純種大規(guī)模集約化培養(yǎng)．隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展的影響，國(guó)內(nèi)外逐步重視對(duì)固態(tài)發(fā)酵的研究開(kāi)發(fā)，已取得了很大進(jìn)展。因此，依據(jù)固態(tài)發(fā)酵過(guò)程中是否能實(shí)現(xiàn)限定微生物純種培養(yǎng)，分為傳統(tǒng)固態(tài)發(fā)酵與現(xiàn)代固態(tài)發(fā)酵。現(xiàn)代固態(tài)發(fā)酵是為了充分發(fā)揮固態(tài)發(fā)酵的優(yōu)勢(shì)，針對(duì)傳統(tǒng)固態(tài)發(fā)酵存在的問(wèn)題，使之適應(yīng)現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展而進(jìn)行的，可以實(shí)現(xiàn)限定微生物的純種大規(guī)模培養(yǎng)。

二、固態(tài)發(fā)酵的形式
1.按微生物的情況和形成的產(chǎn)品條件不同分類(lèi)

固態(tài)發(fā)酵可以以許多不同的形式進(jìn)行，按照使用的微生物的情況和形成的產(chǎn)品條件不同，固態(tài)發(fā)酵可分為自然富集固態(tài)發(fā)酵、強(qiáng)化微生物混合固態(tài)發(fā)酵、限定微生物混合固態(tài)發(fā)酵和單菌固態(tài)純種發(fā)酵。 

自然富集固態(tài)發(fā)酵是指利用自然界中的微生物，由不斷演替的微生物進(jìn)行的富集混合發(fā)酵過(guò)程。典型的例子是傳統(tǒng)酒曲和醬油、腌萊、煙草發(fā)酵、茶葉發(fā)酵、青貯、堆肥等。它不需要人工接種微生物，其所需發(fā)酵的微生物主要依賴于當(dāng)?shù)乜諝夂臀锪现械淖匀晃⑸�物區(qū)系，多種微生物演替成最適于生長(zhǎng)代謝或共生協(xié)作的小生態(tài)環(huán)境。其微生物富集區(qū)系不僅與當(dāng)?shù)乜諝夂臀锪现械淖匀晃⑸�物區(qū)系有關(guān)，而且與小生態(tài)環(huán)境自然變化密切相關(guān)。

強(qiáng)化微生物混合固態(tài)發(fā)酵是指在自然富集固態(tài)發(fā)酵的基礎(chǔ)上，根據(jù)人們部分掌握的微生物代謝機(jī)制，人為強(qiáng)化接種微生物茵系不明確的富集培養(yǎng)物或特定微生物培養(yǎng)物所進(jìn)行的混合發(fā)酵過(guò)程。強(qiáng)化微生物混合固態(tài)發(fā)酵除應(yīng)用于沼氣發(fā)酵、白酒發(fā)酵作用外，在石油采收、濕法冶金、食品發(fā)酵等領(lǐng)域同樣顯示其優(yōu)勢(shì)。人們?cè)陂L(zhǎng)期的科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐中卻不斷發(fā)現(xiàn)，不少生命活動(dòng)及其效應(yīng)是借助于兩種以上的生物在同一環(huán)境中的共同作用下進(jìn)行的，甚至是單獨(dú)不能或只能微弱進(jìn)行的。例如廢物的處理，纖維索和本質(zhì)素的降解，甲烷的產(chǎn)生和利用等。自然界的微生物沒(méi)有一種是單獨(dú)存在的，單靠純培養(yǎng)很難反映它們的真實(shí)活動(dòng)情況。因此，強(qiáng)化微生物混合固態(tài)發(fā)酵微生物資源具有非常廣闊的應(yīng)用前景。  

限定微生物混合固態(tài)發(fā)酵是在對(duì)微生物相互作用和群落認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，接種混合培養(yǎng)的微生物是已知和確定的，通常使用兩種或兩種以上經(jīng)過(guò)分離純化的微生物純種，同時(shí)或先后接種同一滅過(guò)茵的培養(yǎng)基中，在無(wú)污染條件下進(jìn)行的固態(tài)發(fā)酵過(guò)程。人類(lèi)對(duì)微生物的利用經(jīng)歷過(guò)天然混合培養(yǎng)到純種培養(yǎng)兩個(gè)階段，純培養(yǎng)技術(shù)使得研究者擺脫了多種微生物共存的復(fù)雜局面，能夠不受干擾地對(duì)單一目的菌株進(jìn)行研究，從而豐富了人們對(duì)微生物形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理和遺傳特性的認(rèn)識(shí)。但是，在長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐中，人們不斷地發(fā)現(xiàn)很多重要生化過(guò)程是單株微生物不能完成或只能微弱地進(jìn)行的，必須依靠?jī)煞N或多種微生物共同培養(yǎng)完成。雖然微生物混合培養(yǎng)在很多領(lǐng)域中的作用已得到充分肯定，部分成果己成功應(yīng)用于實(shí)踐，但對(duì)大多混合菌體系中菌間相互關(guān)系和作用機(jī)制的研究尚不夠深入。因此，目前對(duì)于具有協(xié)同作用關(guān)系的菌株篩選和組合還是一個(gè)隨機(jī)過(guò)程的，缺乏有效的理論指導(dǎo)，而且對(duì)于已經(jīng)應(yīng)用的混合培養(yǎng)體系也不能有效地協(xié)調(diào)菌間的關(guān)系，使其達(dá)最佳生態(tài)水平，發(fā)揮最大效應(yīng)。這嚴(yán)重地阻礙了混合菌培養(yǎng)的發(fā)展和應(yīng)用。因此，如果從生理、代謝和遺傳角度對(duì)混合茵間關(guān)系和協(xié)同作用機(jī)制進(jìn)行深入研究，對(duì)混合菌培養(yǎng)的理論和應(yīng)用都將有巨大的突破。隨著混合菌培養(yǎng)在各方面應(yīng)用研究的深入，人們不再滿足于傳統(tǒng)的反應(yīng)模式，已開(kāi)始引人一些新興的生物工程技術(shù)，使該領(lǐng)域的研究更具活力。采用固定化細(xì)胞技術(shù)固定混合菌可使反應(yīng)系統(tǒng)多次使用，降低成本，增加效率，在實(shí)際應(yīng)用中很有意義。利用細(xì)胞融合技術(shù)和基因工程技術(shù)由具有互生或共生關(guān)系的微生物構(gòu)建工程菌，可使工程菌既具有混合培養(yǎng)的功能，又擁有純培養(yǎng)菌株?duì)I養(yǎng)要求單一、生理代謝穩(wěn)定、易于調(diào)控等優(yōu)點(diǎn)，也是極有前景的研究方向。  
單菌固態(tài)純種發(fā)酵是在純培養(yǎng)基礎(chǔ)上建立起來(lái)的，對(duì)于選育良種、保持生理活性和代謝過(guò)程中的穩(wěn)定起很大作用。它對(duì)于擴(kuò)大固態(tài)發(fā)酵的應(yīng)用范圍和潛力的發(fā)揮起到非常重要作用，同時(shí)，也是固態(tài)發(fā)酵一個(gè)重要方向。 

 2.按固態(tài)發(fā)酵固相的性質(zhì)分類(lèi)
根據(jù)固態(tài)發(fā)酵固相的性質(zhì)，可以把固態(tài)發(fā)酵分為兩種類(lèi)型。一種是以農(nóng)作物(如麩皮、豆餅等)為底物的固態(tài)發(fā)酵方式。這些底物既是固態(tài)發(fā)酵過(guò)程中的固相組成部分，又為微生物生長(zhǎng)提供營(yíng)養(yǎng)，在這里可以稱這種發(fā)酵為傳統(tǒng)固態(tài)發(fā)酵方式(或固體底物基質(zhì)固態(tài)發(fā)酵)。另一種固態(tài)發(fā)酵方式是以惰性固態(tài)載體為固態(tài)發(fā)酵過(guò)程令的固相，微生物生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)是吸附在載體上的培養(yǎng)液，稱這種發(fā)酵方式為惰性載體吸附固態(tài)發(fā)酵。

同體底物基質(zhì)固態(tài)發(fā)酵利用的培養(yǎng)基是既充當(dāng)固相，又為微生物生長(zhǎng)提供營(yíng)養(yǎng)的初級(jí)農(nóng)作物產(chǎn)物，如麩皮、馬鈴薯、谷子、豆餅以及其他含淀粉和纖維素的農(nóng)作物產(chǎn)品。第二種固態(tài)發(fā)酵采用的固體是惰性載體，這些載體可以是天然的，也可以是人工分成的。這些載體材料有大麻、珍珠巖、聚氨酯泡沫體、蔗糖渣和聚苯乙烯等。
固體底物基質(zhì)固態(tài)發(fā)酵的一個(gè)主要的不足之處就是碳源是它們的結(jié)構(gòu)組成部分，在微生物發(fā)酵生長(zhǎng)過(guò)程中，培養(yǎng)基被分解了，底物容易結(jié)塊，孔隙率也降低，結(jié)果底物的外形和物理特性都發(fā)生了變化，降低了發(fā)酵過(guò)程中的傳質(zhì)和傳熱。例如，麥片在發(fā)酵過(guò)程中由于淀粉的降解和水的揮發(fā)，會(huì)導(dǎo)致固體底物變形結(jié)塊，結(jié)果使傳質(zhì)和傳熱受到影響。而具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的固態(tài)載體充當(dāng)固態(tài)發(fā)酵的固相可以克服這一缺點(diǎn)，從而更有利于微生物的生長(zhǎng)和產(chǎn)物產(chǎn)量的增加。例如，采用聚氨酯泡沫體為載體吸附固態(tài)發(fā)酵核酸酶P1時(shí)，產(chǎn)量和活力分別比采用麩皮固態(tài)發(fā)酵提高9倍和4倍。 

 另外，惰性載體吸附固態(tài)發(fā)酵與固體底物基質(zhì)固態(tài)發(fā)酵相比，還具有產(chǎn)物提取簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)�？梢院苋菀椎貜亩栊暂d體中提取到胞外產(chǎn)物，而且所得到的產(chǎn)物含有較少的雜質(zhì)，載體還可以重復(fù)使用。例如，利用聚苯乙烯作為載體，以肋生弧茵產(chǎn)生L-谷氨酰胺酶時(shí)，產(chǎn)物比采用麥麩粉固態(tài)發(fā)酵時(shí)得到的產(chǎn)物黏性要低。另外，前者的產(chǎn)物不含蛋白質(zhì)污染物，而后者含有多余的淀粉酶和纖維素酶等。
與固體底物基質(zhì)固態(tài)發(fā)酵相比，惰性載體吸附固態(tài)發(fā)酵還具有其他很多優(yōu)點(diǎn)，如：能夠?qū)ε囵B(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)成分進(jìn)行合適的調(diào)節(jié)；容易了解產(chǎn)物中的各成分并進(jìn)行分析，從而有利于發(fā)酵過(guò)程的控制以及動(dòng)力學(xué)研究與模型建立等。
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