4.2.1静置培养法 把含有水分的固体培养基(如谷物原料及农产品加工副产物)置于容器中,如500ml~1000ml三角瓶中(装干料50g,含水40g,共90g,),或300ⅹ200医用搪瓷托盘中(装干料200g,含水160g,共360g),厚度30mm左右,接种霉菌或酵母静置培养,氧的供给、二氧化碳和热量的散失依靠自然对流的方式进行,对某些菌种的发酵(黑曲霉)则辅以一两次间断的摇动、拌翻料等。
这种方式主要用于2、3、4级种子的制作,工业上多用多层铝制浅盘(如60cmⅹ150cmⅹ25cm)交叉叠起或上架培养,缺点是单位产量劳动强度大,优点是质量优异且稳定。
4.2.2通风发酵池培养法 通风发酵池有全开放的,也有全封闭式的(类似于密封制曲机),目前趋向于向后者发展,不仅劳动强度小,且劳动环境也大有改善,控制成本低等。
发酵池一般为长方形的砖石水泥结构,长约6m~10m,宽约1.5m~2m,半地下式,高出地面0.4m~0.5m,池底导风板倾斜度8°~10°,曲池设假底,假底材料用篦子、竹席,可以取出,以便清洗池底。(见图1)罩子可用钢板、玻璃或轻质材料制作,可一直顶到天花板,设出风口。风机选用中压风机,风压100mmH2O~300mmH2O,风道长1m~2.7m,倾斜度7°~10°,风量掌握在曲线池装料总量的4~5倍体积,铺料厚度20cm~30cm.。
通风发酵池是目前应用最广的一种方式,投资少,效果好,也利于实现机构化操作,如图2。
对于发酵周期为16h-24h的高蛋白基料水平上的发酵来讲,无需搅拌翻料,长白长透即出料,对于益生素、酶制剂生产则必须配置搅拌装置。
4.2.3旋转培养 旋转转鼓式发酵罐,例如天津东海实验厂设计的发酵机,该装置便于置换空气和散热,旋转没有必要连续地进行,在激烈旋转时还会妨害菌丝的发育。本法单位产量投资大,自动化程度高;但本法的大规模放大,在基本参数方面尚欠充分。
4.2.4圆盘制曲机 是一种机械化程度高的设备,投资也很巨大,厂家有南京通用建筑机械厂,河北秦皇岛山海关酿造机械厂,广东轻工机械设计研究所。
如PYZ-600型,回转曲床直径6000mm,曲床有效面积27.62m,每批混合原料在投料量约3000kg,料层厚度250mm~270mm,装机容量18.5KW,曲床转速0.137r·p·m,主机尺寸(长ⅹ宽ⅹ高)9mⅹ7mⅹ5m,占地面积70m,厂房高度要求6m以上。为拼装式结构体系,无需土建工程,便于运输、吊装和现场安装等,缺点是投资巨大,许多发酵厂家多自行设计,自行制造。目前该设备仅广泛用于酱油、食醋、溜曲、酶制剂等行业。
4.2.5其它发酵方法 例如大棚内搭竹架用竹扁上架发酵法、蜂窝煤发酵法、地面发酵法、厌氧池发酵法等。
在能够有效地提升基饲用营养价值、增加生物活性、以及能达到 期目的的前提下,能采用厌氧发酵的,则尽量采用厌氧发酵。这种方法物质损耗少,劳动强度小,投资极少,工艺简单,缺点是不稳定,生物活性不高,须防止烧料,以及应用范围很窄等。
4.3固态发酵常用微生物
4.3.1酵母属 酵母菌是一群单细胞微生物,属真菌类,在发酵饲料中是高蛋白和生物活性物质的主要载体,也是人类应用较早的一类微生物。酵母菌也有呈丝状的假菌丝体Paseudomycellium,其细胞大小通常为1um~5um、长度5um~30um,形状有卵形、球形、柠檬形、丝状形、腊肠形及各种子囊孢子形状,宜用100倍以上显微镜观察。
值得指出的是,酵母菌的细胞壁在动物肠胃中较难被消化,阻止了胞内营养物质的消化吸收,使得酵母作为饲料存在一个细胞壁抗营养因子,尽管酵母的营养十分丰富。酵母细胞壁主要由甘露聚糖(31%),葡聚糖(29%)、蛋白质(13%)、类脂质(8.5%)所组成,Moor和Muhlethaler 报道其厚度在70mm,随菌龄的增加而增加。解决这一抗营养因子的方法,一是破碎细胞,但往往需要较大动力的设备及耗能大等而不现实。二是在培养液中加入一些表面活性剂,如天然的茶枯饼(2%)、十二烷硫酸钠(0.1%)、TritonX-100(0.4%),可改善细胞内外通透性,使消化酶及其它生物活性物质尽量释放出来,对某些物质而言,比机械破碎法还有效。三是控制一定的发酵时间,适时出料,酵母细胞壁还较幼嫩且薄,易于消化。四是自溶,微生物代谢过程中,大多能产生一种能水解细胞壁上聚合物结构的酶,以便使细胞能够伸长生长(如酵母出芽繁殖的芽痕便是溶酶作用的结果)。在出料前,可通过改变微生物的温湿环境,或加入促溶剂,以诱发产生过剩的这种酶或激发产生其它的自溶酶,达到自溶的目的。
扣囊拟内孢霉酵母是一种非常优秀的固态发酵酵母菌种,(我中心有保藏菌种供应),其特点是可以在固体基质表面高密度堆积生长,例如在纯麦夫培养基上可以达到80亿/克的细胞密度,而该菌种的纯细胞每克含细胞数为116亿个/克,说明它在麦夫培养基上的菌体转化率达到了66.7%!相比之下,酒精酵母在麦夫培养基上仅能生长达到3—6亿个/克的密度,而酒精酵母的纯干细胞密度为650亿个/克,菌体转化率还不到1%!扣囊拟内孢霉酵母菌具有很强的淀粉酶和蛋白酶能力,能有效地利用淀粉和蛋白源作为能源和氮源,合成菌体。而其它如酒精酵母,则需要依靠其它菌种(如酒曲生产中的根霉菌)的糖化酶来帮助它分解淀粉,产生葡萄糖来生长和产酒,故而酒精酵母不适合于固态发酵。
皮状丝孢酵母也具有淀粉和蛋白分解能力,也能高密度堆积生长,形成浓厚的菌苔,故而它也适合于作为固态发酵菌种。
另外如产朊假丝酵母Candia utilis、铁红假丝酵母Candida pulcherrima、掷孢酵母Spororbolomyces roseus、红酵母属Rhodotorula Harrisom等,则往往作为辅助菌种,在固态发酵中用量较少,生长量也有限,但它们为主发酵菌提供一些特异的生长因子,有互为促进的作用,且在一定程度上改善产品的生物学效价。
4.3.2 霉菌 大多数霉菌被用于固态发酵,例如米曲霉Aspergillus oryzae用于固态发酵制酱曲和蛋白酶,黑曲霉中如盛泡曲霉A.awamori则被用于作糖化曲,青霉中的娄地青霉Penicillium rogueforti、沙门柏干酪青霉P.Camemberti用于干酪生产,产黄青霉P.chrysogenum用来生产青霉素,根霉菌作为小曲白酒中的糖化曲。
饲料工业中常用霉菌作为辅助菌以分解蛋白和淀粉,曲霉也常用来固态发酵生产各种酶制剂。它们的酶系发达,用其生产的复合酶中含有纤维素酶、植酸酶、果胶酶、葡聚糖酶、甘露聚糖酶等等,而这些物质常常是农副产品中及饲料原料中常见的需要降解的抗营养因子。
霉菌多属产孢子繁殖体,如黑曲霉产黑色孢子,米曲霉产黄绿色孢子,孢子容易收集,接种量少,使用方便,因而在固态发酵中广泛应用。
黑曲霉尤其是产生分解饲料中抗营养因子的酶活的黑曲霉,常用来生产高挡饲用酶制剂,也作为酵母饲料的辅助菌,本中心有菌种保藏。
米曲霉的特点是蛋白酶活力高,可达6000u/g,同时它尤其适合于在高蛋白含量的基质上生长,故而常用于豆制品的生产。米曲霉经诱变筛选后常作为棉籽饼和菜籽饼粉的发酵,脱毒菌种,并可增加营养价值,本中心有菌种保藏。
白地霉Geotrichum candidum link也常用于发酵饲料,许多文献把白地霉放在酵母属类。显微镜下单个细胞呈圆柱形,它的生理适应性强,生长速度快,耐高渗透压,菌体中含有丰富的维生素和蛋白营养素,且比扣囊拟内孢霉酵母还耐高渗和适应性强。但最大的缺点是不能象扣囊拟内孢霉酵母那样高密度堆积生长,例如,在纯麦夫培养基上培养成熟后,它只能达到10亿/克的密度,菌体转化率只有3%左右,远低于扣囊拟内孢霉的66.7%,同时抗杂菌能力(形成生长优势的能力)也不如扣囊拟内孢霉。
4.3.3 细菌 主要是指乳酸杆菌类,且主要用于厌氧发酵,如青贮饲料,微贮饲料,菜粕厌氧发酵脱毒等。另外,与芽孢杆菌、粪链球菌、双歧菌等一样,可作为微生态制剂使用。