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微生物在固體基質上的生長和固態發酵

(一)微生物的空間和時間分布 在傳統發酵過程中,曲、醅、醪、糟等物料都是一種混合培養物。以含高粱原料的醋醅為例,它首先被能消化或氧化高粱的微生物侵襲,在氧耗盡后,靠近高粱周圍變成厭氧環境,這時發酵性的微生物開始活躍、繁殖起來。 發酵產物可擴散到仍然有氧的區域繼續被氧化,或者在厭氧條件下被厭氧微生物的厭氧性氧化所利用。其中有一部分完全被氧化二氧化碳和水,而另一大部分作為中間產物繼續積累或參加轉化。 而當環境隨著工藝過程的改變,可能又有好氧過程的出現,好氧性隨著微生物的數量又可繼續增加,氧氣被消耗后再變為厭氧環境,隨著溫度,水分,PH值,氧化還原值,滲透壓,營養條件的不斷變化,微生物區系及活力也在不斷變化,直至釀造過程結束。 (二)釀造微生物生態系統的一些特征 1.關于環境:生境即生物的棲息場所。以固體發酵為例,料醅大都是相互膠結成各種形狀的大小團塊,也可稱為結構體或團聚體。料醅結構體的大小,形狀,排列和相應的孔隙狀況稱為料醅的結構性。傳統釀造法中特別強調細致操作,"勻,透,適","低倒勻鋪,先倒后翻,頭勻二細"等民間流傳的操作口訣都是十分重視料醅結構性的標志。這一料醅物理性質的好壞往往反映在料醅孔性(空隙的數量和質量)方面,結構性是決定孔性好壞的基礎之一。 在不同產品生產工藝中對結構的狀態,團粒的大小要求是不同的。團粒指是直徑為0.25-10mm的較疏松的多孔性小料團,它的糧食及輔助材料顆粒經過潤料、蒸煮、制曲、發酵等多次復合和團聚而成。團粒結構具有良好的物理性質,其特點是結構體內為毛管孔隙,結構體之間為大孔隙,而且總孔隙度以及毛管孔隙與非毛管空隙的比例都比較適合。毛管空孔隙有良好的蓄水保水能力,團粒之間的大孔隙又可透水通氣,致使水汽矛盾得以較好的解決。 這種狀態對于微生物的活動十分有利,在大孔隙周圍的水膜內旺盛地生活著好氣性微生物,在小孔隙內生活著厭氧性微生物,在十分微小的孔隙內,由于細菌也不能進入,致使其中有機質可以緩慢地分解,可使碳水化合物等緩慢釋放,不致使料醅升溫過猛等等。 2.表面環境:考查液態發酵醪中微生物生態環境時,液-固表面環境是不可忽視的一個因素,因為營養物質常吸附在表面。所以在一個微環境的表面,其營養水平可能比表面以外部位營養水平要高得多。目前對微生物附著于表面的機制還不完全了解。根據研究,大致可把微生物在物質表面形成表面膜的過程分為三個階段:第一階段是有機質附著在表面,凡是與水接觸的物體表面都能很快地形成這一層;第二階段,開始有初步的細菌膜附著在表面,起先是是醪液中正常游離的細菌群體,因物理或化學作用暫時附著于表面,運動著的細菌也可以因營養物質的引誘而朝著它作定向運動,進而附著在表面上。這時細菌只是以一端附著,使菌體與表面呈直角,因而附著往往不很牢固;第三階段,當初步吸附在表面的刺激分泌出胞外聚合物時,就使細菌和表面粘連在一起,形成牢固的吸附層,此即微生物表面膜。至于氣-液屆的面問題,主要與表面積有關。表面積與體積之比越大,細菌活力越強,單位體積內含菌量越高。 本文參考《發酵微生物學》一書。
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