[发明专利]一种惰性支撑体粘附式发酵方法及其应用

说明书

本发明公开了一种惰性支撑体粘附式发酵方法。所公开的方法包括：将惰性支撑颗粒料和半固态培养基混合使得半固态培养基粘附于惰性支撑颗粒料表面；之后在灭菌后的混合料中接种进行发酵，发酵过程中惰性支撑颗粒料不发生降解；发酵完成后，分别回收发酵产物和惰性支撑颗粒料；所述半固态培养基由粘附保水剂、发酵营养物和水配制而成；所述惰性支撑颗粒料中的各惰性支撑颗粒包括颗粒体，该颗粒体上设有至少一个孔，且每个孔的径向尺寸和轴向尺寸均为毫米级；所述孔为通孔或盲孔。本发明的方法可以大幅度降低固态发酵生产中的物料消耗量，减少固体废弃物的产生量，同时可以改善料床的通透性，简化微生物固态培养物的分离过程。

技术领域

本发明涉及微生物发酵技术，具体而言，是一种将微生物菌体和发酵基质粘附于可以反复回收利用的惰性支撑体的表面上进行固态发酵的方法。

背景技术

在工业发酵领域，固态发酵的历史悠久，其产品主要包括传统发酵食品与酒类、饲料、微生物菌体和酶制剂，以及部分微生物代谢物。与液态深层发酵相比，固态发酵具有节水、节能、成本低等优势，具有良好的发展前景。然而，传统的固态发酵通常使用麸皮、稻壳、蔗渣、高粱、豆饼等颗粒状物料作为培养基质，固体物料自身传热和传质效率低，且随固体基质自身被微生物大量降解和消耗以及水分的散失，料床易出现收缩和板结现象，从而造成温度和含水率的空间分布不均。此外，除部分便于蒸馏(例如白酒)或淋洗(例如食醋)的产品外，一般的固态发酵产品与固体基质的分离也较困难，并且提取产品后剩余的大量固体废弃物易造成环保压力。上述问题成为限制固态发酵发展的主要技术问题。

为解决传统固态发酵领域的上述问题，出现了吸附载体固态发酵技术。该技术使用天然或人工的多孔性颗粒状惰性或半惰性材料作为载体，利用其内部发达的孔隙吸附水和可溶性培养基成分，并容纳微生物在其内部孔隙及颗粒表面生长、代谢，所用的吸附载体一般为蔗渣、玉米芯颗粒、聚氨酯泡沫块以及蛭石等多孔性颗粒。与传统固态发酵相比，吸附载体固态发酵技术具有不易板结的优势，传热和传质的效率有所提高。然而，此类吸附载体依靠高孔隙率实现高持水性，其中的聚氨酯泡沫块等载体以其孔隙的内表面作为微生物生长和代谢的场所，因此存在以下问题：

(1)在产品洗脱分离的过程中，由于毛细现象，载体孔隙中吸附的菌体和代谢产物载体难以彻底分离，从而造成产品损失。

(2)多孔性载体的机械强度通常不高，在批次间清洗时易损坏，限制了载体颗粒的使用寿命。同时由于孔隙中残余菌体和代谢物的积累，使得多孔载体难以实现长期的反复利用，而废弃的载体仍会造成环保压力。

(3)多孔惰性载体虽然能缓解发酵料床板结的问题，但载体颗粒内部孔隙中的热量和质量传递阻力仍然较大。

发明内容

针对现有技术的缺陷或不足，本发明提供了一种惰性支撑体粘附式发酵方法。

为此，本发明提供的方法包括：

将惰性支撑颗粒料和半固态培养基混合使得半固态培养基粘附于惰性支撑颗粒料表面；之后在灭菌后的混合料中接种进行发酵，发酵过程中惰性支撑颗粒料不发生降解；发酵完成后，分别回收发酵产物和惰性支撑颗粒料；

所述半固态培养基由粘附保水剂、发酵营养物和水配置而成；所述粘附保水剂使得半固态发酵剂粘附于所述惰性支撑体上，且确保发酵过程中半固态发酵剂不发生干结，所述粘附保水剂不被发酵微生物降解或所述粘附保水剂中含有不被发酵微生物降解的组分；

所述惰性支撑颗粒料中的各惰性支撑颗粒包括颗粒体，该颗粒体上设有至少一个孔，且每个孔的径向尺寸和轴向尺寸均为毫米级(即能够精确到毫米为单位的尺寸)；所述孔为通孔或盲孔。

可选的，所述惰性支撑颗粒的粒径2—10mm,优选3—8mm，所述孔的径向尺寸小于颗粒体粒径，为1—9mm。

可选的，所述惰性支撑颗粒由网状材料折叠或卷曲成中间有孔的筒形颗粒体。