Твердофазное брожение

Твердофазная ферментация (SSF) — это процесс производства биомолекул , используемый в пищевой, фармацевтической, косметической, топливной и текстильной промышленности. Эти биомолекулы в основном представляют собой метаболиты , генерируемые микроорганизмами, выращенными на выбранной для этой цели твердой подложке. Данная технология культивирования микроорганизмов является альтернативой жидкостной или глубинной ферментации , используемой преимущественно в промышленных целях.

Процессы

Этот процесс заключается в нанесении твердого культурального субстрата, такого как рисовые или пшеничные отруби, на планшеты после засева его микроорганизмами ; Затем субстрат оставляют в помещении с контролируемой температурой на несколько дней.

Жидкостная ферментация проводится в резервуарах площадью от 1001 до 2500 квадратных метров (от 10 770 до 26 910 квадратных футов) в промышленных масштабах. Жидкая культура идеально подходит для выращивания одноклеточных организмов, таких как бактерии или дрожжи.

Для достижения жидкостной аэробной ферментации необходимо постоянно снабжать микроорганизм кислородом, что обычно осуществляется путем перемешивания среды брожения. Точное управление синтезом желаемых метаболитов требует регулирования температуры, растворимого кислорода, ионной силы, pH и контроля питательных веществ.

Применение этого метода выращивания к нитчатым грибам приводит к трудностям. Гриб развивается в вегетативной форме, образуя гифы или многоклеточные разветвленные нити , при этом перегородка клетки разделяет . Поскольку этот мицелий развивается в жидкой среде, он создает повышенную вязкость среды для выращивания, снижая растворимость кислорода, а перемешивание разрушает клеточную сеть, увеличивая смертность клеток.

В природе нитчатые грибы растут на земле, разлагая растительные соединения в условиях естественной вентиляции. Таким образом, твердофазная ферментация обеспечивает оптимальное развитие мицелия, позволяя мицелию распространяться по поверхности твердых соединений, между которыми может течь воздух.

При твердофазной ферментации используются культуральные субстраты с низким уровнем воды (пониженная активность воды), что особенно подходит для борьбы с плесенью. Методы выращивания мицелиальных грибов с использованием твердофазной ферментации позволяют наилучшим образом воспроизвести их естественную среду. Среда насыщена водой, но незначительная ее часть является сыпучей. Твердая среда включает как субстрат, так и твердую подложку, на которой происходит ферментация. Используемый субстрат обычно состоит из побочных продуктов растительного происхождения, таких как свекольный жом или пшеничные отруби.

В начале процесса роста субстраты и твердые культуральные соединения представляют собой нерастворимые соединения, состоящие из очень больших, биохимически сложных молекул, которые гриб отрезает, чтобы получить необходимые питательные вещества C и N. Для выработки своего природного субстрата грибной организм использует весь свой генетический потенциал для производства метаболитов, необходимых для его роста. Состав питательной среды направляет метаболизм микроорганизмов на выработку ферментов , которые высвобождают биодоступные отдельные молекулы, такие как сахара или аминокислоты, путем вырезания макромолекул. Следовательно, при выборе компонентов питательной среды можно направить клетки на выработку желаемых метаболитов, главным образом ферментов, которые превращают полимеры (целлюлозу, гемицеллюлозу, пектины, белки) в отдельные фрагменты очень эффективным и эффективным способом. экономически эффективный способ.

По сравнению с процессами погружной ферментации, твердофазная ферментация более рентабельна: емкости меньшего размера, меньшее потребление воды, снижение затрат на очистку сточных вод и меньшее потребление энергии (нет необходимости нагревать воду, низкие затраты механической энергии из-за плавного перемешивания).

Культивирование на гетерогенных субстратах требует опыта для поддержания оптимальных условий роста. Мониторинг воздушного потока имеет ключевое значение, поскольку он влияет на температуру, подачу кислорода и влажность. Чтобы поддерживать достаточное содержание влаги для роста нитчатых грибов, используется переувлажненный воздух, и может потребоваться дополнительное добавление воды. В большинстве случаев твердофазная ферментация не требует полностью стерильной среды, поскольку первоначальная стерилизация субстрата ферментации, связанная с быстрой колонизацией субстрата грибковыми микроорганизмами, ограничивает развитие автохтонной флоры.

Использование

Традиционное производство продуктов питания

Традиционно SSF использовался в азиатских странах для производства коджи с использованием риса для производства алкогольных напитков, таких как саке или кодзи, с использованием семян сои. Последний производит соусы, такие как соевый соус или другие продукты. В западных странах традиционный процесс производства многих продуктов питания использует SSF. Примеры включают ферментированные хлебобулочные изделия, такие как хлеб, или продукты для созревания сыра. SSF также широко используется для приготовления сырья, такого как шоколад и кофе; Обычно ферментация какао-бобов и удаление кожуры из кофейных зерен представляют собой процессы SSF, проводимые в естественных тропических условиях.

Производство ферментов

Ферменты и ферментные комплексы, способные расщеплять трудно трансформируемые макромолекулы, такие как целлюлоза, гемицеллюлозы, пектин и белки. Твердофазная ферментация хорошо подходит для производства различных ферментных комплексов, состоящих из множества ферментов. Ферментативные соединения, вырабатываемые SSF, находят применение во всех секторах, где необходимы усвояемость, растворимость или вязкость.

Именно поэтому ферменты SSF широко используются в следующих отраслях:

• трансформация фруктов и овощей ( пектиназы )
• выпечка ( гемицеллюлазы )
• кормление животных (гемицеллюлазы и целлюлазы )
• биоэтанол (целлюлазы и гемицеллюлазы)
• пивоварение и дистилляция (гемицеллюлазы)

Перспективы

Жидкостная, погружная и твердофазная ферментация — это старинные методы, используемые для консервирования и производства пищевых продуктов. Во второй половине двадцатого века жидкое брожение развилось в промышленных масштабах для производства жизненно важных метаболитов, таких как антибиотики.

Экономические изменения и растущее экологическое сознание открывают новые перспективы для твердофазной ферментации. SSF повышает ценность нерастворимых побочных продуктов сельского хозяйства благодаря более высокой энергоэффективности и снижению потребления воды.

Обновление SSF теперь возможно благодаря инжиниринговым фирмам, в основном из Азии, которые разработали оборудование нового поколения. Fujiwara производит суда, способные перерабатывать субстрат площадью до 400 квадратных метров (4300 квадратных футов) для производства соевого соуса или саке. Другие компании используют твердофазную ферментацию для получения ферментных комплексов. Во Франции Lyven производит пектиназы и гемицеллюлазы из свекольного жома и пшеничных отрубей с 1980 года. Компания (теперь часть Soufflet Group) сейчас участвует в глобальной программе исследований и разработок, ориентированной на технологию SSF.

См. также

• Аспергилл оризае
• Микроорганизм

Ссылки

• Бисебеке, Р.; Рюйтер, Г.; Рахарджо, YSP; Хугшаген, MJ; Херихейзен, М.; Левин А; ван Дрил, КГА; Шутизер, МАИ; Дейкстерхейс, Дж.; Чжу, Ю.; Вебер, Ф.Дж.; де Вос, WM; ван ден Хондел, KAMJJ; Ринзема, А.; Пунт, П.Дж. (март 2002 г.). «Aspergillus oryzae в твердом состоянии и погружной ферментации. Отчет о ходе выполнения междисциплинарного проекта» . Исследование дрожжей FEMS . 2 (2): 245–248. дои : 10.1111/j.1567-1364.2002.tb00089.x . ПМИД   12702312 .
• Капальбо; Валисенте, Флорида; Мораес, ИО; Пелизер, Миннесота (август 2001 г.). «Твердофазная ферментация Bacillus thuringiensis tolworthi для борьбы с совкой кукурузы» . Электронный журнал биотехнологии . 4 (2): 1–5. doi : 10.2225/vol4-issue2-fulltext-5 . hdl : 1807/1139 .
• Дюширон, Ф.; Копине, Э. (2011). «Ферментация в твердой среде» (на французском языке). {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )
• Дюран, А. (март 2003 г.). «Конструкции биореакторов для твердофазной ферментации». Журнал биохимической инженерии . 13 (2–3): 113–125. дои : 10.1016/s1369-703x(02)00124-9 .
• Панди, А. (март 2003 г.). «Твердофазное брожение». Журнал биохимической инженерии . 13 (2–3): 81–84. дои : 10.1016/s1369-703x(02)00121-3 .
• Рэмбо, М. (1980). «Ферментация в твердых средах: рост мицелиальных грибов на крахмалистом субстрате». Эти ОРСТОМ (на французском языке): 1–287.
• Сингхания, РР; Патель, АК; Соккол, Чехия; Панди, А. (апрель 2009 г.). «Последние достижения в области твердофазной ферментации». Журнал биохимической инженерии . 44 (1): 13–18. дои : 10.1016/j.bej.2008.10.019 .

Внешние ссылки

• "Версия" . Lyven.com . Проверено 4 ноября 2012 г.
• «Ферментация в твердой среде | АГРОСЕН» . Agrogroup.unblog.fr. 28 апреля 2007 г. Проверено 4 ноября 2012 г.
• «Fujiwara Techno Art Co., Ltd. — Производство пивоваренных машин, установок и оборудования для выращивания вареных продуктов, таких как соевый соус, мисо, сакэ и сётю». Fujiwara-jp.com Проверено 4 ноября 2012 г.
• «Группа Суфле» . Суффле.com . Проверено 4 ноября 2012 г.