Kvašení v pevném stavu - Solid-state fermentation
Kvašení v pevném stavu (SSF) je a biomolekula výrobní proces používaný v potravinářském, farmaceutickém, kosmetickém, palivovém a textilním průmyslu. Tyto biomolekuly jsou většinou metabolity generované mikroorganismy pěstovanými na pevné podložce vybrané pro tento účel. Tato technologie pro kultivaci mikroorganismů je alternativou k kapalným nebo ponořeným kvašení, používané převážně pro průmyslové účely
Procesy
Tento proces spočívá v uložení pevného kultivačního substrátu, jako je rýže nebo pšeničné otruby, na plochých plochách po vysetí mikroorganismy; substrát se poté ponechá několik dní v místnosti s řízenou teplotou.
Kvašení v kapalném stavu se provádí v nádržích, které mohou v průmyslovém měřítku dosáhnout 1 001 až 2 500 metrů čtverečních (10 770 až 26 910 čtverečních stop). Kapalná kultura je ideální pro pěstování jednobuněčných organismů, jako jsou bakterie nebo kvasinky.
K dosažení kapalné aerobní fermentace je nutné mikroorganismu neustále dodávat kyslík, což se obvykle provádí mícháním fermentačního média. Přesné řízení syntézy požadovaných metabolitů vyžaduje regulaci teploty, rozpustného kyslíku, iontové síly a pH a kontrolovat živiny.
Uplatnění této techniky pěstování na vláknité houby vede k obtížím. Houba se vyvíjí ve vegetativní formě a vytváří se hyfy nebo mnohobuněčný ramous vlákna, zatímco septum odděluje buňky. Takhle mycelium se vyvíjí v kapalném prostředí, generuje hojnou viskozitu v růstovém médiu, snižuje rozpustnost kyslíku a míchání narušuje buněčnou síť a zvyšuje úmrtnost buněk.
V přírodě rostou na zemi vláknité houby, které za přirozeně větraných podmínek rozkládají rostlinné sloučeniny. Proto fermentace v pevném stavu umožňuje optimální vývoj vláknitých hub, což umožňuje šíření mycelia na povrch pevných sloučenin, mezi nimiž může proudit vzduch.
Kvašení v pevné fázi používá kultivační substráty s nízkou hladinou vody (snížená aktivita vody), což je zvláště vhodné pro plísně. Metody používané k pěstování vláknitých hub pomocí fermentace v pevném stavu umožňují nejlepší reprodukci jejich přirozeného prostředí. Médium je nasycené vodou, ale málo z něj je sypké. Pevné médium zahrnuje jak substrát, tak pevný podklad, na kterém probíhá fermentace. Použitý substrát se obecně skládá z rostlinných vedlejších produktů, jako je řepná řízek nebo pšeničné otruby.[1][2][3][4]
Na začátku procesu růstu jsou substráty a sloučeniny pevné kultury nerozpustné sloučeniny složené z velmi velkých, biochemicky složitých molekul, které houba odřízne, aby získala základní živiny C a N. Při vývoji svého přirozeného substrátu vytváří houbový organismus celý svůj genetický potenciál k produkci metabolitů nezbytných pro jeho růst. Složení růstového média vede metabolismus mikroorganismu k produkci enzymy které uvolňují biologicky dostupné jednotlivé molekuly, jako jsou cukry nebo aminokyseliny vybojováním makromolekul. Proto je při výběru složek růstového média možné vést buňky k produkci požadovaného metabolitu (metabolitů), zejména enzymů, které transformují polymery (celulózu, hemicelulózu, pektiny, proteiny) na jednotlivé části velmi účinným a nákladově efektivním způsobem.
Ve srovnání s ponořenými fermentačními procesy je fermentace v tuhém stavu nákladově efektivnější: menší nádoby, nižší spotřeba vody, nižší náklady na čištění odpadních vod a nižší spotřeba energie (není třeba ohřívat vodu, špatný přísun mechanické energie díky plynulému míchání).[4][5]
Kultivace na heterogenních substrátech vyžaduje odborné znalosti pro udržení optimálních podmínek růstu. Monitorování průtoku vzduchu je klíčové, protože ovlivňuje teplotu, přísun kyslíku a vlhkost. Aby se udržel dostatečný obsah vlhkosti pro růst vláknitých hub, používá se vlhký vzduch, který může vyžadovat další přidání vody. Ve většině případů fermentace v pevném stavu nevyžaduje zcela sterilní prostředí, protože počáteční sterilizace fermentačního substrátu spojená s rychlou kolonizací substrátu houbovým mikroorganismem omezuje vývoj autochtonní flóry.[4]
Použití
Tradiční výroba potravin
SSF se tradičně používá v asijských zemích k výrobě koji pomocí rýže k výrobě alkoholických nápojů, jako je Saké nebo koji pomocí sójových semen. Ten vyrábí omáčky jako např sójová omáčka nebo jiné potraviny. V západních zemích používá tradiční výrobní proces mnoha potravin SSF. Jako příklady lze uvést fermentované pekárenské výrobky, jako je chléb nebo sýry. SSF se také široce používá k přípravě surovin, jako je čokoláda a káva; typická fermentace kakaových bobů a odstraňování šupky kávových zrn jsou procesy SSF prováděné v přírodních tropických podmínkách.
Produkce enzymu
Enzymy a enzymatické komplexy schopné štěpit obtížně transformovatelné makromolekuly, jako je celulóza, hemicelulózy, pektin a proteiny. Kvašení v pevném stavu je vhodné pro výrobu různých enzymatických komplexů složených z více enzymů.[2][6][4] Enzymatické sloučeniny generované SSF nacházejí odbytiště ve všech sektorech, kde je nutná stravitelnost, rozpustnost nebo viskozita.
Proto se enzymy SSF široce používají v následujících průmyslových odvětvích:
- transformace ovoce a zeleniny (pektinázy )
- pečení (hemicelulázy )
- krmení zvířat (hemicelulázy a celulasy )
- bio ethanol (celulasy a hemicelulázy)
- vaření a destilace (hemicelulázy)
Výhled
Tekuté, ponořené a pevné kvašení jsou prastaré techniky používané pro konzervaci a výrobu potravin. Během druhé poloviny dvacátého století se v průmyslovém měřítku vyvinula fermentace v kapalném stavu za účelem výroby životně důležitých metabolitů, jako jsou antibiotika.
Ekonomické změny a rostoucí povědomí o životním prostředí vytvářejí nové perspektivy pro fermentaci v pevné fázi. SSF přidává hodnotu nerozpustným zemědělským vedlejším produktům díky vyšší energetické účinnosti a snížené spotřebě vody.
Obnova SSF je nyní možná díky strojírenským firmám, zejména z Asie, které vyvinuly novou generaci zařízení. Fujiwara umožňuje nádobám přeměnit plochy substrátu až na 400 metrů čtverečních (4300 čtverečních stop) na výrobu sójové omáčky nebo zájmu. Jiné společnosti používají fermentaci v pevném stavu pro enzymové komplexy. Ve Francii Lyven vyrábí pektinázy a hemicelulázy na řepné buničině a pšeničných otrubách od roku 1980. Společnost (nyní součást Soufflet Group) je nyní zapojena do globálního programu výzkumu a vývoje zaměřeného na technologii SSF.
Viz také
Poznámky
Reference
- Biesebeke, R .; Ruijter, G .; Rahardjo, Y.S.P .; Hoogschagen, M.J .; Heerikhuisen, M .; Levin, A; van Driel, K.G.A .; Schutyser, M.A.I .; Dijksterhuis, J .; Zhu, Y .; Weber, F.J .; de Vos, W.M .; van den Hondel, K.A.M.J.J .; Rinzema, A .; Punt, PJ (březen 2002). „Aspergillus oryzae in solid-state and submermer fermentations Zpráva o pokroku multidisciplinárního projektu“. FEMS Kvasnice Res. 2 (2): 245–248. doi:10.1111 / j.1567-1364.2002.tb00089.x. PMID 12702312.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
- Capalbo; Valicente, F.H .; Moraes, I.O .; Pelizer, M.H. (Srpen 2001). "Fermentace Bacillus thuringiensis tolworthi v pevné fázi pro kontrolu padajícího šneku v kukuřici". Electronic J. Biotechnol. 4 (2): 1–5. doi:10.2225 / vol4-issue2-fulltext-5.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
- Duchiron, F .; Copinet, E. (2011). „Fermentation en milieu solide“ (ve francouzštině). Citovat deník vyžaduje
| deník =
(Pomoc)CS1 maint: ref = harv (odkaz) - Durand, A. (březen 2003). "Návrhy bioreaktorů pro fermentaci v pevném stavu". Biochem. Eng. J. 13 (2–3): 113–125. doi:10.1016 / s1369-703x (02) 00124-9.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
- Pandey, A. (březen 2003). "Fermentace v pevné fázi". Biochem. Eng. J. 13 (2–3): 81–84. doi:10.1016 / s1369-703x (02) 00121-3.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
- Raimbault, M. (1980). „Fermentation en milieu solide: croissance de champignons filamenteux sur substrat amylacé“. Tyto ORSTOM (ve francouzštině): 1–287.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
- Singhania, R.R .; Patel, A.K .; Soccol, C.R .; Pandey, A. (duben 2009). "Nedávné pokroky ve fermentaci v pevné fázi". Biochem. Eng. J. 44 (1): 13–18. doi:10.1016 / j.bej.2008.10.019.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
externí odkazy
- "Edice". Lyven.com. Citováno 2012-11-04.
- „Fermentation en milieu solide | AGROSEN“. Agrogroup.unblog.fr. 2007-04-28. Citováno 2012-11-04.
- „株式会社 フ ジ ワ ラ テ ク ノ ア ー ト - 醤 油 、 味噌 、 清酒 、 焼 酎 な ど の 醸 造 食品 醸 造 機械 ・ プ ラ ン ト ・ 培養 機器 の 製造“. Fujiwara-jp.com. Citováno 2012-11-04.
- "Soufflet Groupe". Soufflet.com. Citováno 2012-11-04.