고체 발효

Solid-state fermentation

고체 발효(SSF)는 식품, 제약, 화장품, 연료, 섬유 산업에서 사용되는 생체 분자 제조 공정이다.이러한 생체 분자는 대부분 이러한 목적을 위해 선택된 고체 지지대로 성장한 미생물에 의해 생성되는 대사물이다.미생물 배양 기술은 주로 산업용으로 사용되는 액체 발효 또는 수중 발효의 대안이다.

과정

이 과정은 쌀이나 밀기울과 같은 단단한 배양 기질을 미생물과 함께 파종한 후 평평한 바닥에 침전시키는 것으로 구성된다. 그 기질은 몇 일 동안 온도 조절실에서 방치된다.

액체 상태의 발효는 탱크에서 이루어지는데, 산업 규모로는 1,001에서 2,500 평방미터(10,770에서 26,910 평방피트)에 이를 수 있다.액체 배양균은 박테리아나 효모 같은 단세포 유기체의 성장에 이상적이다.

액체 에어로빅 발효를 위해서는 미생물에 산소를 지속적으로 공급할 필요가 있는데, 미생물은 일반적으로 발효 매체를 저어준다.원하는 대사물의 합성을 정확하게 관리하려면 온도 조절, 가용성 산소 조절, 이온 강도와 pH 조절, 영양소 조절이 필요하다.

필라멘트성 곰팡이에 이 성장 기술을 적용하면 어려움이 따른다.이 균은 식물성 형태로 발달하여 히패 또는 다세포 라마이트를 생성하며, 중격막은 세포를 분리한다.이 균사체는 액체 환경에서 발달함에 따라 자라나는 매질에서 점성이 풍부하게 생성되어 산소 용해도를 감소시키는 한편 교반 작용으로 세포 사망률이 증가하는 세포 네트워크를 교란시킨다.

자연에서, 필라멘트성 곰팡이는 자연적으로 환기가 되는 조건에서 식물성 화합물을 분해하면서 지상에서 자란다.따라서 고체 상태의 발효는 필라멘트 균류의 최적 발달을 가능하게 하여 균사체가 공기가 흐를 수 있는 고체 화합물의 표면에 퍼지게 한다.

고체 발효는 수심이 낮은 배양 기판(수분 활성 감소)을 사용하는데, 이는 곰팡이에 특히 적합하다.고체 발효를 이용하여 필라멘트성 균을 배양하는 방법은 자연 환경의 최상의 생식을 가능하게 한다.그 매체는 물로 포화되어 있지만, 그 중 몇 개는 자유 유동적이다.고체 매체는 발효가 일어나는 기질과 고체 지지대로 구성된다.사용되는 기질은 일반적으로 비트 펄프나 밀기울과 같은 식물성 부산물로 구성되어 있다.[1][2][3][4]

성장 과정의 초기에 기판과 고체 배양 화합물은 매우 크고 생화학적으로 복잡한 분자로 구성된 불용성 화합물로, 균이 필수적인 C와 N 영양분을 얻기 위해 잘라낼 것이다.자연 기질을 개발하기 위해, 곰팡이 유기체는 성장에 필요한 신진대사물을 생산하기 위한 전체 유전적 잠재력을 제시한다.배지의 구성은 미생물의 신진대사를 당분자나 아미노산 등 생체 이용 가능한 단일 분자를 분자 형태로 조각해 내보내는 효소의 생산으로 인도한다.따라서 배지의 성분을 선택할 때 주로 폴리머(셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 펙틴, 단백질)를 매우 효율적이고 비용 효율적인 방법으로 단일 모이티로 변형시키는 효소인 원하는 대사물의 생산을 향해 세포를 안내할 수 있다.

물에 잠긴 발효과정에 비해 고체 발효는 용기의 소형화, 물 소비량 감소, 폐수 처리비용 감소, 에너지 소비량 감소(물을 데울 필요가 없음, 원활한 교반으로 인한 기계적 에너지 투입 불량) 등 비용 효율적이다.[4][5]

이질적인 기질에서 배양하려면 최적의 성장 조건을 유지하기 위한 전문지식이 필요하다.공기 흐름 모니터링은 온도, 산소 공급, 습기에 영향을 주기 때문에 중요하다.필라멘트성 균의 성장을 위해 충분한 수분 함량을 유지하기 위해, 수분이 함유된 공기를 사용하며, 추가적인 수분 보충이 필요할 수 있다.대부분의 경우, 곰팡이 미생물에 의한 기질 빠른 식민지화와 관련된 발효 기질의 초기 멸균은 자가 멸균식물의 발달을 제한하기 때문에 완전히 멸균된 환경을 필요로 하지 않는다.[4]

Schema FMS En.jpg

사용하다

전통식품생산

전통적으로 SSF는 아시아 국가에서 쌀을 이용해 코지를 생산해 사케나 콩 종자를 이용한 코지 같은 알코올 음료를 제조하는 데 이용돼 왔다.후자는 간장이나 다른 음식들과 같은 소스를 생산한다.서양에서는 많은 음식의 전통적인 제조과정이 SSF를 사용한다.빵과 같은 발효 베이커리 제품이나 치즈의 숙성용 제품 등이 대표적이다.또한 SSF는 초콜릿과 커피와 같은 원료를 준비하는데 널리 사용된다. 일반적으로 카카오 콩 발효와 커피 콩 피부 제거는 자연적인 열대 조건하에서 수행되는 SSF 과정이다.

효소생성

셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 펙틴, 단백질과 같이 변환하기 어려운 고분자를 분해할 수 있는 효소와 효소 복합체.고체 발효는 다중 효소로 구성된 다양한 효소 복합체의 생산에 잘 맞는다.[2][6][4]SSF에 의해 생성된 효소 화합물은 소화성, 용해성 또는 점성이 필요한 모든 부문에서 배출구를 찾는다.

SSF 효소가 다음 산업에서 널리 사용되는 이유다.

전망

액체, 수몰 및 고체 상태의 발효는 식품의 보존과 제조에 사용되는 오래된 기술이다.20세기 후반기에 액체 상태의 발효는 항생제와 같은 중요한 대사물을 생산하기 위해 산업적인 규모로 발전했다.

경제적 변화와 증가하는 환경 인식은 고체 상태의 발효를 위한 새로운 관점을 만들어낸다.SSF는 높은 에너지 효율과 물 소비 감소로 인해 불용성 농업 부산물에 가치를 더한다.

SSF의 갱신은 신세대 장비를 개발한 엔지니어링 회사들, 주로 아시아에서 온 회사들 덕분에 이제 가능하다.후지와라는 간장이나 사케의 생산을 위해 최대 400평방미터(4,300평방피트)까지 기질 부위를 변형시킬 수 있게 한다.다른 회사들은 효소 복합체에 고체 발효를 사용한다.프랑스에서 Lyven은 1980년부터 펙티나제스와 헤미셀룰라제를 비트 펄프와 밀기울로 제조해왔다.이 회사(현재 Soufflet Group의 일부)는 SSF 기술을 중심으로 한 글로벌 연구개발(R&D) 프로그램에 참여하고 있다.

참고 항목

메모들

  1. ^ 래임볼트 1980.
  2. ^ a b 판디 2003.
  3. ^ 싱가니아 외 2009.
  4. ^ a b c d 듀치론 & 코피넷 2011.
  5. ^ 비제베케 외 2002.
  6. ^ 듀랜드 2003.

참조

  • Biesebeke, R.; Ruijter, G.; Rahardjo, Y.S.P.; Hoogschagen, M.J.; Heerikhuisen, M.; Levin, A; van Driel, K.G.A.; Schutyser, M.A.I.; Dijksterhuis, J.; Zhu, Y.; Weber, F.J.; de Vos, W.M.; van den Hondel, K.A.M.J.J.; Rinzema, A.; Punt, PJ (March 2002). "Aspergillus oryzae in solid-state and submerged fermentations Progress report on a multi-disciplinary project". FEMS Yeast Research. 2 (2): 245–248. doi:10.1111/j.1567-1364.2002.tb00089.x. PMID 12702312.
  • Capalbo; Valicente, F.H.; Moraes, I.O.; Pelizer, M.H. (August 2001). "Solid-state fermentation of Bacillus thuringiensis tolworthi to control fall armyworm in maize". Electronic Journal of Biotechnology. 4 (2): 1–5. doi:10.2225/vol4-issue2-fulltext-5.
  • Duchiron, F.; Copinet, E. (2011). "Fermentation en milieu solide" (in French). {{cite journal}}:Cite 저널은 필요로 한다. journal=(도움말)
  • Durand, A. (March 2003). "Bioreactor designs for solid state fermentation". Biochemical Engineering Journal. 13 (2–3): 113–125. doi:10.1016/s1369-703x(02)00124-9.
  • Pandey, A. (March 2003). "Solid-state fermentation". Biochemical Engineering Journal. 13 (2–3): 81–84. doi:10.1016/s1369-703x(02)00121-3.
  • Raimbault, M. (1980). "Fermentation en milieu solide: croissance de champignons filamenteux sur substrat amylacé". These ORSTOM (in French): 1–287.
  • Singhania, R.R.; Patel, A.K.; Soccol, C.R.; Pandey, A. (April 2009). "Recent Advances in solid-state fermentation". Biochemical Engineering Journal. 44 (1): 13–18. doi:10.1016/j.bej.2008.10.019.

외부 링크