固态发酵技术在我国有着悠久的历史。早在2500多年前，中国就已有中药神曲的固态发酵生产。当时，这些固态发酵技术还没有上升到理论水平。传统固态发酵技术因其发酵过程难以控制，且容易受到杂菌感染。应用于生产实践时，不仅劳动强度大，而且产品质量难以保证。

19世纪微生物的发现、微生物发酵的酶作用以及微生物学的出现，使发酵技术进入了快速发展的快车道。二战期间，为了大规模生产青霉素，经过英美科学家的共同努力，成功开发了大规模微生物潜水发酵技术。当时，由于这种新的发酵技术可以达到比传统固态发酵技术更高的水平，可以通过机械通气发酵来生产微生物的纯培养物，从而大大提高了生产效率。由此，许多新的微生物产品被开发和生产，如抗生素、氨基酸、农牧业生物活性物质、多糖以及有机酸、酶制剂等已成为研究和生产的热点。发酵工程技术的发展。

然而，现代发酵工业大多采用大规模液体深层发酵。水性发酵液中小分子产物的含量大多在10%左右。许多高价值或大分子的浓度甚至更低，有的甚至远低于1%。因此，发酵提取液体产品后会产生大量废液。生产规模越大，废液越多，污染越严重。这时，人们不约而同地将目光投向了古老的固态发酵技术。该技术具有节水、节能、不产生废液的独特优点。是一种清洁生产技术。采用现代固态发酵技术不仅可以提高产品本身的质量，而且可以提高其生产的可操作性，达到提高产品产量和质量的目的。现代固态发酵技术还可以引入到其他传统发酵食品的生产中，提高其生产的技术含量，实现稳定高产。

1、固态发酵技术简介

从广义上讲，固态发酵是指利用不溶性固体基质培养微生物的一类过程，包括悬浮在液体中的固体的深层发酵，以及在没有（或几乎没有）游离水的湿固体材料上培养微生物。过程。大多数情况下，是指在没有或几乎没有游离水存在的情况下，一种或多种微生物在一定湿度的不溶于水的固体基质中进行发酵的生物反应过程。

狭义上的固态发酵是指任何以天然底物为碳源和能源，或以惰性底物为固相载体，且体系无水或接近无水的发酵过程。

与其他培养方法相比，固态发酵具有以下优点：

(1)培养基简单，来源广泛，多为廉价的天然基质或工业生产下脚料；

(2)投资少、能耗低、工艺相对简单；

(3)产品的收率较高；

(4)基质含水量低，可大大减小生物反应器体积，无需废水处理，环境污染少，便于后处理；

(5)发酵过程一般不需要严格的无菌操作；

(6)通气一般可采用气体扩散或间歇通气的方式完成。不需要持续通风，空气一般不需要严格的无菌空气。

同时，随着微生物遗传技术的应用、优良菌株的发现和筛选以及生产工艺的改进，固态发酵技术也得到了进一步发展。

2、固态发酵技术的应用

1、在食品加工行业的应用

随着固态发酵技术的改进和完善，固态发酵不仅可以应用于液态发酵无法实现的发酵工艺，还可以应用于一些现有的液态发酵工艺并与之竞争。应用现代固体发酵技术可以实现规模化生产，其投资规模和生产成本往往低于液体发酵。特别适合一些精细发酵产品的制备和生产。更重要的是，现代固体发酵往往不会影响环境。受污染的废物产生将在食品加工业中发挥越来越重要的作用。

1）在酱油酿造和制曲中的应用

制曲是酱油生产的重要环节，直接影响酱油的品质和出品率。在传统的酱油生产中，种曲和成品曲的制备是在开放的环境中进行的。容易被杂菌感染，影响种曲和成品曲的品质，从而直接影响酱油的品质和产量。利用现代固体发酵技术可以轻松克服上述问题。

2）在酶制剂生产中的应用

-淀粉酶是目前国内应用和生产最广泛的酶制剂之一。主要用于食品加工中的淀粉加工业和酒精酿造工业。产生-淀粉酶的菌株主要包括细菌和霉菌。霉菌-淀粉酶多采用固态法生产，而细菌-淀粉酶多采用液体深层发酵法生产。

近年来，一些研究人员尝试利用枯草芽孢杆菌BF765S突变株进行固态发酵。其产酶酶活性比液体发酵高45倍，且生产成本相对较低，具有可观的经济效益。固态发酵之所以能产生高活性淀粉酶，是因为固态发酵中麸皮的碳源浓度远高于液态深层发酵，以及营养基质从固态转移的阻力。固态发酵中颗粒对细胞的影响相对较低。大，不像液体深层发酵从液体基质进入细胞内部那么容易，从而消除了液体深层发酵中酶合成的分解代谢抑制，合成大量的-淀粉酶。

纤维素酶具有将植物纤维素糖化成食品原料的潜力，因此从长远来看纤维素酶的生产是一项非常有意义的任务。目前国内外纤维素酶生产工艺有固态发酵和深层液体发酵两种。在纤维素酶的生产中，固态发酵具有许多优点。发酵条件和环境更接近自然状态下木霉的生长习性，使其产生更完整的酶系统，有利于纤维素的降解。同时，它消耗的能源较少，需要的设备投资也相对较少。酶产物得率降低，酶产物得率高，后续提取过程比液体发酵更容易处理。此外，还有一些其他酶也可以通过现代固态发酵技术来制备。

3）在食用菌生产中的应用

食用菌不仅营养丰富，而且还具有一定的保健功能，因此其栽培和生产是一项非常有意义的工作。采用培养基灭菌技术、纯种接种技术、纯种培养技术、自动温湿度控制栽培管理技术等现代固态发酵技术培育食用菌，不仅能实现稳产高产，还能增加经济效益。效益的同时，也提高了产品质量。质量，减少细菌污染，提高其市场竞争力。

4）在柠檬酸生产中的应用

柠檬酸通常是通过使用黑曲霉或念珠菌酵母进行液体发酵来生产的。采用现代固态发酵技术，可以利用农业剩余物作为碳源生产柠檬酸，并且可以控制发酵工艺条件，实现柠檬酸生产过程中的纯固态发酵。

5）在红曲生产中的应用

红曲是中国黄酒独特的糖化发酵剂。生产时以大米为原料，将大米浸泡、蒸熟，然后混入红曲菌种并培养而成。红曲培养通常需要控制一定的温度和湿度。采用现代固态发酵技术和设备，可以使发酵过程易于控制。发酵过程中添加化学营养剂方便，可防止杂菌污染，获得高产、优质。产品。

2、固态发酵技术在资源环境中的应用

随着人类物质文明和精神文明的提高，许多发达国家提出了绿色生产的理念（即不对环境造成危害或尽量减少工业流程的工业生产）。然而，随着人们对资源环境质量的要求越来越高，资源环境受到的威胁和破坏也越来越严重。微生物在资源环境中发挥着非常重要的作用，为环境保护做出了巨大的贡献。微生物在资源环境保护中的应用已从自然生态系统发展到废水活性污泥处理，并进一步扩展到工农业剩余物转化、固体废物处理和生物修复等领域。因此，固态发酵技术越来越受到人们的关注。的关注。

固态发酵是解决能源危机、控制环境污染的重要手段之一，是绿色生产的主要工具。农业、林业、食品等工业部门产生的许多废弃物对环境造成了巨大的污染。然而，工业和农业残留物往往富含有机酸，可以作为微生物生长的理想寄生虫。因此，人们倾向于筛选工农业剩余物作为基质并进行综合利用，这不仅可以将废物变成有经济价值的资源，而且可以减少环境污染，化害为利。

20世纪90年代以来，随着能源危机和环境问题的日益严重，固态发酵技术以其独特的优势（如无“三废”排放）引起了人们的极大兴趣。固态发酵领域的研究及其在资源环境中的应用取得了进展，主要集中在生物燃料、生物农药、生物转化、生物解毒和生物修复等方面的应用。

1）生物燃料（生物燃料）

工业和农业残留物的固态发酵用于生产生物燃料，主要是乙醇。乙醇是产量最大的发酵工业产品，是清洁燃料工业的代表。主要原料是各种可再生糖类物质（如天然纤维素）。采用固态发酵技术生产乙醇具有很多优点，例如：可以省去糖提取过程，节省成本；由于发酵过程减少了用水量，减少了发酵罐的体积，无废水产生；它减少了能源消耗等。

2）生物农药

采用固态发酵生产真菌农药的方法，与液体发酵相比，不仅大大降低了生产成本，而且增加了药物对害虫的毒性。

3）生物转化

固态发酵的重要应用领域之一是利用微生物转化农作物及其废渣，提高其营养价值，减少环境污染。

用于生物转化和利用的菌株一般为白腐真菌。木薯是非洲、亚洲和南美洲人民最重要的食物之一。然而，它的蛋白质、维生素和矿物质含量较低，也缺乏含硫氨基酸。有几种固态发酵方法可以提高其营养价值。

蘑菇是食用丝状真菌中非常典型的代表，它具有将许多不可食用的植物或其残渣降解转化为可食用食品的能力。食用菌种类繁多，目前已知有2000多种，其中实验室栽培的约80种，采用固态发酵技术商业化生产的约20种。

木质纤维素作物残留物是动物饲料的潜在来源。它们主要由纤维素、半纤维素和部分木质素组成。它们的蛋白质含量低、难消化、口感差限制了它们作为理想饲料的应用。要提高其利用价值，必须改变其营养成分，可采用物理、化学或生物方法。但物理、化学方法消耗能量较高，且成本相对较高，因此人们更喜欢生物方法。固态发酵在这方面具有特殊的潜力。白腐真菌现已成功用于将木质纤维素转化为蛋白质含量较高的饲料。

4）生物解毒

一些工农业残留物中含有对人体有害的化合物，如咖啡因、氰化氢、聚苯类化合物、单宁酸等，这些残留物的有效利用非常困难。由于它们会造成严重的环境问题，因此对于加工业来说，它们的处理是必要的。近年来，固态发酵已成为木薯皮、菜籽粕、咖啡皮、咖啡果肉等残留物的有效解毒方法。

5）生物修复

生物修复是利用微生物及其代谢过程（其产物消除或富集体内有毒物质）来修复长期被人类生活和生产污染和破坏的局部环境，使其恢复生机的过程。由于环境污染日益严重，国外学者大力投入生物修复研究。固态发酵生物技术是有毒化合物生物降解和环境生物修复的有用工具。

3结论与展望

通过近年来的文献分析，我们可以看到固态发酵技术在各个领域都取得了长足的进步。目前，许多工农业废弃物和城市生活垃圾已成为社会公害，给人类生存环境带来不利影响。随着人们对固态发酵机理认识的不断深入，现代固态发酵的成功也将成为现代发酵技术的一场革命。这些材料可以降解、修复、转化为对人类有益或无害的物质，且不破坏自然。生态系统还可以解决环境污染问题、缓解资源危机。

现代固态发酵的应用潜力巨大。但与液体发酵相比，固态发酵目前缺乏对传质、传热等全面细致的研究，因此对工业化大规模优化生产仍存在一定影响。因此，如何解决这些技术难点，更好地完善现代固态发酵技术，仍需要科研人员的不断努力。