尹晓楠

摘 要：酶制剂目前在畜禽饲料中广泛使用，而酶制剂生产一般采用固态发酵或液态发酵。固态发酵在发酵生产中具有悠久的历史，相比于液态发酵，固态发酵具有底物广泛、发酵能力强、终产物浓度高、能耗和废水排放少等特点，并且采用天然微生物发酵。固态发酵产物往往包括α-淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、果胶酶、木聚糖酶、纤维素酶和植酸酶以及多元醇和有机酸等。特威宝SSF作为固态发酵技术产物，含有多种酶制剂，能提高饲料养分释放，改善动物性能。

关键词：固态发酵；液态发酵；酶制剂；多元醇；有机酸；特威宝

中图分类号：S816 文献标志码：C 文章编号：1001-0769（2018）09-0078-03

提到固态发酵很多人可能会感到很陌生，但是提到传统的制曲酿酒技术，大家都耳熟能详。其实具有8 000多年历史的制曲酿酒技术以及酱油生产工艺（图1），都是采用固态发酵的方法生产的。那么什么是固态发酵呢？固态发酵，英文叫作Solid State Fermentation，简称SSF，是指利用不溶性原料作为固体支持物和营养物质，体系内缺乏或者基本没有自由流动的液体，在其上进行的任何发酵的过程。

由于液态发酵（Submerged Fermentation， SmF）的兴起以及固态发酵工业生产条件受限，过去的一段时间固态发酵技术的研究和应用停滞不前，自从20世纪90年代以来，随着能源危机和环境问题的日益严重，人们开始重新审视固态发酵技术的优点。其中固态发酵技术的一个重要优点就是可以利用大量农产品或农产品副产物，一方面发酵底物成本较低，另一方面降低了副产物进入环境，减少环境污染。

1 固态发酵与液态发酵的比较

以酶制剂为例，酶制剂目前在畜牧业生产中广泛使用，其中大约90%的家禽饲料和50%的猪饲料使用酶制剂。目前酶制剂生产主要采用液态发酵和固态发酵。

传统的液态发酵过程需要大量的水和氧气，在发酵过程中会产生大量的废水和废气，同时发酵环境容易感染杂菌，所以产品质量很难保证。相比于液态发酵，固态发酵具有以下优点：

● 固态发酵底物（图2）价格低廉，可以使用富含不易降解纤维的农产品或农产品副产物，如麦麸、米糠、秸秆、木薯、甘蔗渣等；

● 各种养分和代谢产物在液态发酵中容易流动和扩散，存在较强的同质性和均一性，所以往往在发酵后期存在代谢产物抑制效果，从而抑制微生物的生长和发酵产物的产生。而固态发酵中微生物周围由于水分较少且存在固态颗粒物质，养分和代谢产物呈现明显的分层现象，表现为异质性，从而能够更好地刺激微生物持续发酵，代谢产物抑制效果较小，最终表现为微生物发酵能力高，发酵时间短，终产物浓度高；

● 从生产角度出发，由于固态发酵终产物浓度高，所以有利于后续加工环节；

● 液态发酵需要大量的溶解氧，以及冷卻系统排除发酵过程中大量产热，发酵结束后需要去除大量废水，能量消耗大，并且会产生大量的废水。而固态发酵模拟天然发酵过程，工艺简单，所需气压低，能耗和废水排放少；

● 固态发酵生产过程中水分含量低，对无菌控制的要求相对较低；

● 液态发酵多采用基因编辑技术生产的微生物，而固态发酵主要采用天然的微生物，具有更高的生物安全性。

2 固态发酵产物

目前固态发酵主要采用丝状真菌、酵母和少数细菌。固态发酵生产中的碳源是不可溶的，而在自然条件下的丝状真菌通常在缺乏自由水的固态底物上能够很好生长，主要是因为丝状真菌的菌丝可以穿入固态发酵基质内从而更好地利用底物，所以最适合固态发酵的微生物是丝状微生物。

3 固态发酵产酶

固态发酵在生产中利用一种微生物在底物中产生多种酶产品，主要包括α-淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、果胶酶、木聚糖酶、纤维素酶和植酸酶。另外不同菌株和底物还能产生α-半乳糖醛酸酶、单宁酸酶、几丁质酶、糖化酶B、木质素酶、菊糖酶等。

国内外研究结果发现固态发酵技术可以生产高活力α-淀粉酶，主要原因是固态发酵培养基麸皮的碳源含量比液态发酵的高很多，并且固态发酵中养分从固态颗粒到细胞传递阻力较大，从而消除了液态发酵中酶合成的分解代谢阻碍，造成淀粉酶大量合成。蛋白酶有酸性、中性和碱性之分，固态发酵生产酸性蛋白酶的研究报道较多，酸性蛋白酶能够在弱酸性条件下，通过内切和外切作用将动植物蛋白水解为短肽和氨基酸。不同学者通过对液态发酵和固态发酵生产脂肪酶进行比较后发现，固态发酵生产脂肪酶的效率更高且酶活性更稳定。类似地，固态发酵生产的果胶酶比液态发酵生产的果胶性能更好，固态发酵生产的果胶酶具有较宽的pH和较高的温度耐受性且降解物阻遏影响更小，目前商业化生产果胶酶主要利用黑曲霉，同样黑曲霉也是生产木聚糖酶最多的菌种。利用黑曲霉进行固态发酵生产的多聚半乳糖醛酸酶和果胶酶的速度分别是液态发酵生产条件下的5倍和1.3倍。利用黑曲霉进行固态发酵或液态发酵，发现固态发酵条件下黑曲霉产生的内源和外源多聚半乳糖醛酸酶具有更好的耐高温性，且固态发酵产生的酶具有更宽pH耐受性，在pH为2.6～6.0之间保持稳定性，而液态发酵生产的酶只在6.0～7.0之间保持活性。

4 固态发酵其他产物

除了产生大量的酶外，现在大量的研究发现固态发酵还可以产生其他代谢产物，如在水活性较低情况下真菌发酵能够增加多元醇的产生，如可提高丙三醇、甘露醇、丁四醇的含量。另外某些菌株能够在固态发酵生产中产生有机酸，如黑曲霉是柠檬酸的潜在生产者。

5 影响固态发酵成功使用的因素

目前影响固态发酵成功使用的因素主要包括：菌株的选择、底物选择、最适加工流程以及终产物纯化。

6 固态发酵典型成功案例（图3）

奥特奇特威宝TM（SSF）以黑曲霉为菌株，麦麸为发酵底物，采用严格的发酵流程，严格把控发酵过程氧气、pH、通风、温度等条件，最终产物包含植酸酶、蛋白酶、果胶酶、β-葡聚糖酶、淀粉酶、纤维素酶、木聚糖酶等多种酶制剂，并且各种酶之间具有协同效果，在各种类型的日粮如小麦、高粱、麸皮型日粮中能够发挥出优异的性能。有超过300篇文献证明了SSF的使用效果。严格的生产工艺保证了品质的稳定性和安全性，大量的研发数据验证了使用效果。特威宝，您所需酶制剂的理想选择（图4）！