固体发酵技术应用的研究进展

1、收稿日期 : 2005- 03- 10作者简介 : 张锦亮 (1979- ) ,男, 河 南省太康县人 ,西南师范大学2002级在读硕士研究生, 研究方向 : 动物微生态学。固体发酵技术应用的研究进展张 锦 亮( 西南师范大学 , 重庆 400715)摘要 : 最近十年中 , 固体发酵技术在许多方面的应用取得 了飞速 的发展 , 原来 一直认 为的技 术含量 较低的 固体发酵技术现在被用来生产许多低成本高附加值的产品, 甚 至在生 物循环 和生物降 解有毒 物质等 方面体 现出了 很大的潜力。生物技术日新月异, 尤其是在发酵技术和酶工业领域的革新 ,固 体发酵技术 应用在越 来越多的方 面。综

2、述固体发酵中产品和资源的最新进展。关键词 : 固体发酵 ; 酶; 生物技术中图分类号 : q815文献标识码 :a文章编号 :1673- 1980(2005)01- 0064- 031固体发酵技术简介固体发酵技术发展已久, 应用广泛。在古代中国就已经被应用在制曲酿酒、腌制食品、 肥料 堆积等方面。受科技发展的限制, 在过去的很长一段时间内固体发酵技术都停留在一个比较原始落后的状态, 甚至在现代的工业生产上仍然在沿用这样的发酵技术。不过在最近十年间, 关于固体发酵技术的研究和应用得到了迅速发展。在20 世纪九十年代就有有关固体发酵技术近1 000篇的研究论文和许多著作出版。在21世纪初 ,固体发

3、酵技术的相关研究论文数量增加更多。固体发酵技术被pandeya分为两种 : 固体发酵 ( solidstatefermentation)和固体基质发酵 (solid substratefermentation)。其优势有以下几点 : 首先 , 固体发酵使用的培养条件相对粗放,而且培养基只需要比较简单的前期处理; 其次 , 工业生产的资金投入比较小, 尤其在工业生产前期投入少, 利于规模化生产;另外 , 固体发酵的产品性能较好、而且工业生产时环境污染比较小, 更有 利于生物循环。 1本篇文章主要从固体发酵所利用的资源、目前工业生产中固体发酵的主要产品, 发酵应用的领域等几个方面综述关于固体发酵技

4、术在工业微生物应用方面的最新进展。2固体发酵技术所利用的微生物资源在固体发酵技术中应用的微生物资源非常广泛, 从细菌到真菌的很多个菌属都得到了一定的研究和应用 , 而且它所利用的微生物资源还在不断地丰富和增加。在过去的很长一段时间里, 对固体发酵技术的研究很大程度上局限在对丝状真菌的利用( filamentousfungi) 和酵母 ( yeast)生产产品上。不过在 最 近 的 二 十 年 间, 对 把 细 菌 菌 株 ( bacterialstrains)作为固体发酵所利用的微生物资源进行了大量的探索和研究, 也取得了很好的研究成果。由于细菌资源库本身的丰富, 以及细菌的代谢产物的丰富,

5、更加扩展了固体发酵技术应用的领域。表 1 列举了在固体发酵中应用的部分微生物资源以及对应的发酵底物 2。3固体发酵技术生产的产品如表 1 和表 2 2所介绍 , 固体发酵技术不仅对微生物资源的利用存在多样性, 而且最终的发酵产品也是多元化的。最终的产品包含很多个方面, 主要有酶、有机酸、微生素、生物表面活性剂等等。利用固体发酵技术生产酶制剂有巨大的潜能,甚至它的粗发酵产品可以直接作为酶制剂资源直接利用。现代工业中所生产的酶制剂主要是使用液体发酵 (submerged fermentationsmf)进行的 , 但与固体发酵技术比较 , 液体深 层发酵 的成本要高很多, 在液体发酵中很多酶制剂的

6、生产不经济。固体发酵被看作可以作为液体发酵有吸引力的替代技术。但是随着人们对酶制剂不断增长的需求, 蛋白水解酶、纤维素酶、木聚糖酶、 果胶酶、木质素酶、 淀64第 7 卷第 1 期重庆科技学院学报( 自然科学版 )2005年 4 月粉酶等等的需求量在不断增加, 固体发酵所能提供的产品限制在糖粉酶、 肌醇六磷酸酶、 鞣酸酶、粗制凝乳酶、乙醇氧化酶、 低聚糖氧化酶等为数较少的酶制剂。而且很多的技术还处在实验室研发阶段,远未达到工业化生产的需要。当前的主要工作应该是不断完善固体发酵技术的研发生产环节。表 1固体发酵微生物资源compoundsourcefunctionaflatoxina. oryz

7、de, a. panasi tusmycotoxinochratoxina. ochraceus, p. viridicatum, a. carbonariusbacterialendotoxinsbacillusthuringiensisinsecticidegibberellic acidgibberellafujikuroi, fusariu m moniliformeplantgrowthhornomezearalenonefusariummoniliformegrowthpromoterergotalkaloidsclavicepspurpurea,c. fusiformi sdis

8、easetreatmentpenicillinpeniclliumchrysogemumantibioticcephalosporincephalosporium armoniumantibioticcephamycincstretomyces clavuligerusantibiotictetracyclinechlorotetracyclines.viridifaciensantibioticoxytetraccyclines.rimosusantibioticiturinbacillussubtilisantibioticactinorhodin,methylenomycins.coel

9、icolorantibioticsurfactinb. subtilisantibioticmonordenhumicola fuscoatraantibioticcyclosporinatolypocladiu m inflantu mimmno suppressive drugustiloxinsustilaginoideavirensantimitotic cyclic peptideantifungal volatilesb. subtilisantifungal compoundsdestrucx ins a andbmetarhiziumanisopliaecyclodepsipe

10、ptidesclavulanicacids.clavulingerusp- lactamaseinhibitor, antibacterialmycophenolicp.brevicompacium表 2固 体发酵产品productmicro- organisml-glutamicacidbrevibacterium sppigmentsmonascus purfureuscarotenoidpenicillium spxanthangumxanthomonas campestrissuccinoglycanagrobacterium tumefaciensrhizobiumhedysarie

11、thanolsaccharomycescerevisiae,schwanniomyces castellii,zymomonas mobilis, candida utilis, torulautilisaroma compoundsrhizopusoryzae, ceratocystis fimbriatab. subtilisvitamins b12,b6,riboflavin thiamine, nicotinicacid, nicotinamidecitrobacterfreundii. klebsiellapneumoniae,rhizopusoligasporus,r. arrhi

12、zus, r. stolonifergamma- linolenic acidcunninghamella japonica, rhizopussp.biosurfacantsbacillus subtilisbiopesticidesbioherbicideentomopathogenic and mycoparasiticfungi利用固体发酵技术对有机酸的生产由来已久,很多年前就开始了在食品和药物制剂工业中得到广泛应用的柠檬酸的生产。不过对其它种类有机酸的生产 , 比如乳酸、 延胡索酸、 草酸 等, 也就是 从最近十几年刚刚开始。有害昆虫和动物对工农业生产的影响越来越严重, 而生物杀虫剂

13、被认为是有效防治这种影响的方法。最近 ,利用昆虫病原微生物和寄生真菌来防治有害昆虫和动物已经引起了很多的关注。尤其是最近所利用蜡样芽孢杆菌生产生物杀虫剂, 蜡样芽孢杆菌在产生芽孢的同时所生成伴孢晶体对有害昆虫有选择毒性, 在工农业生产中的应用不断增65第 7 卷重庆科技学院学报( 自然科学版 )第 1 期加。最主要的相对普通化学杀虫剂这样的生物处理方法不会对环境带来破坏, 能够建立起新的生态平衡 , 有利于工农业生产的可持续性发展。固体发酵产品还包括生物燃料、 芳香复合物、色素、 微生素、生物表面活性剂、 免疫抑制剂等。在表 1 中列举有一些固体发酵的产品和对应的微生物。 34结论和展望固体发

14、酵技术在工业微生物的应用上进步尤其明显 , 本文已经就微生物资源的利用和工业产品的生产上进行了陈述, 还有在发酵技术应用的领域和发酵设备的改进等一些方面也有了很大的进展,将在其它文章中介绍。综合目前的众多文献, 固体发酵技术的应用提供了很有潜在优势的发酵方式,其在产品生产上技术含量的增加, 也提高了产品的附加值。而且固体发酵生产的产品, 如酶、生物 活性复合物、免疫抑制剂等的价格也要较液体发酵产品为高 , 该技术的应用推广定能够创造更多社会价值4。固体发酵技术已经取得了不小的进步, 但是依然存在许多不足, 发酵过程条件控制、大型发酵设备的设计等方面。尤其是该技术在工业生产过程中的许多应用问题,

15、 都有待进一步解决。固体发酵技术的应用推广还是一个任重而道远的工作, 有待更多的研究工作的开展。参考文献 1marcelomuller dos santos, alexandresouzada rosa etc.thermaldenaturation:is solid- state fermen tation really agood technology for the production of enzymes? j .bioresource technology . 2004,93: 261- 268.2ashokpandy. new develop ments in solid sta

16、tefermentation: i-bioprocesses and productsj.processbiochemistry. 2000,35: 1153- 1169.3ashokpandy. new develop ments in solid statefermentation: ! . rational approaches to the design, pperationandscale- up of bioreactorsj . processbiochemistry. 2000,35: 1211- 1225. 4zubeydebaysal.solid statefermenta

17、ti onfor productionofa- amylaseby a thermotolerantbacillus subtilisfrom hot-springwater j.processbiochemistry.2003,38: 1665-1668.new development in the application of solid state fermentationzhangjin -liang( southwest chinanormaluniversity, chongqing400715)abstract: the last decadean unprecedentedin

18、creasein solid statefermentation(ssf) and ssfsyste ms havebeenwitnessed.they weretermedasa low- technologysystem,but now theyare usedto makethe productsof lowcostandhighvalue-added. ssfprocesses offer potential advantages in bioremediationand biological detoxificationof hazardousandtoxic compounds.with the developmentof biotechnologicalinnovations, espec