發(fā)布時間:2013-05-27 16:50:19
固體含水量和水活性
固態(tài)發(fā)酵涉及微生物在沒有或幾乎沒有游離小的固形物上生長。當(dāng)基質(zhì)的水分含量低于12%時，微生物發(fā)酵作用即停止。固態(tài)系統(tǒng)含水量的上限即游離水開始出現(xiàn)，是隨基質(zhì)材科的種類不同而異。所以，影響微生物生長的實(shí)際因素不是含水量，而是微生物可用的水分量。可用水分量可由水活性來表示。水活性為濕固形物的水蒸汽壓與純水的蒸氣壓之比。
除了基質(zhì)本身的影響外，水活性值還與溶質(zhì)的種類和數(shù)量有關(guān)。純水的水活性為1.00，水活性值隨溶質(zhì)的添加而降低。水活性值乘以100，即為與濕固體物平衡的空氣的相對濕度。因而，可用測定已由樣品充分平衡的狹小空間的相對濕度的辦法來測出水溶性。
細(xì)菌和酵母的生長，繁殖和移動需要游離水，因而需要較高的水活性值的環(huán)境，而某些絲狀真菌和少數(shù)酵母可用在較低的水活性值(0.6-0.7)下明顯生長。一般地說，只有那些能耐受低水活性，并在低水活性值下生長繁殖的微生物，才是固態(tài)發(fā)酵的主要微生物。在固態(tài)發(fā)酵中，把基質(zhì)水分含量控制在這些真菌能夠生長，而又低于細(xì)菌生長所需要的水活性值時，可以有效地控制細(xì)菌的污染。因而，很多傳統(tǒng)固態(tài)發(fā)酵相對地都不需要在嚴(yán)格無菌的條件下操作。
固態(tài)發(fā)酵中真菌及其生長
霉菌在固體基質(zhì)上的生長和瓊脂平板上生長相似，生長仍以菌絲頂端延伸和分枝為特征。但是由于固態(tài)發(fā)酵中使用的天然材料具有多孔多面的復(fù)雜表面，生長的方向和速度就由營養(yǎng)物質(zhì)的可用性和基質(zhì)的立體形狀來決定的。
當(dāng)微生物生長在麥麩等疏松的多孔性基質(zhì)中時，菌絲體附著在基質(zhì)表面生長，并逐步充滿基質(zhì)間的空間。由于在這些空隙中沒有游離的液體，從而也沒有營養(yǎng)物，生長速度就取決于菌絲到達(dá)另一可用基質(zhì)的能力。這些都是很難用一般數(shù)學(xué)方法來精確描述的，沒有生長動力學(xué)模型可供使用。
由于表面附著對真菌在固體基質(zhì)上的生長有重要作用。許多絲狀真菌和酵母都分泌有黏著性的多糖。有些真菌還能形成假根，吸胞和附著胞等專門的固著結(jié)構(gòu)，另外，菌絲頂端可進(jìn)行酶消化作用，在基質(zhì)表面形成小洞，固著結(jié)構(gòu)又附著在上面，也便利于菌絲入侵基質(zhì)顆粒內(nèi)部。菌絲在基質(zhì)間的生長有時會使基質(zhì)結(jié)塊?；|(zhì)被降解而變粘也會加重結(jié)塊問題。結(jié)塊會影響空氣的流通，進(jìn)而影響菌絲在其中的生長。
在固態(tài)發(fā)酵中，真菌的菌絲穿插于基質(zhì)之間，使菌體生物量的測定非常困難。多數(shù)常規(guī)方法都無法使用。一般可采用氧攝入，二氧化碳排除，ATP含量和葡萄糖胺含量等方法間接反映固態(tài)培養(yǎng)物中菌體的生長情況，某些酶的活性也可能同菌體量成比例。一般情況下，固態(tài)培養(yǎng)時的生長速度要比液體發(fā)酵中低得多。比如在液體深層發(fā)酵中，常見真菌的平均菌體量倍增時間為4-8小時，而在蘑菇堆料中菌體量的倍增時間則要5.5天。
本文參考《發(fā)酵微生物學(xué)》一書。
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