Introducción, aplicación y requisitos para fermentadores de fermentación biológica en estado sólido.

I. Panorama general de la fermentación biológica en estado sólido.

1. ¿Qué es la fermentación biológica en estado sólido?

La fermentación en estado sólido (FES) es una forma de fermentación que utiliza un sustrato sólido para el cultivo microbiano y la producción de metabolitos. A diferencia de la fermentación líquida tradicional, la fermentación en estado sólido es un proceso en el que los microorganismos se adhieren a la superficie o al interior del material sólido y utilizan los nutrientes que contiene para crecer y metabolizar. Este proceso se utiliza ampliamente en la naturaleza, como en la fermentación de la soja para producir tempeh fermentado o en la fermentación de Aspergillus oryzae para producir koji.

2. Características básicas de la fermentación sólida

•  Bajo contenido de humedad: La fermentación en estado sólido generalmente se lleva a cabo en un ambiente con menor humedad (30-70%), que se asemeja más al entorno natural y favorece el crecimiento de ciertos microorganismos.
•  Adecuado para el crecimiento de hongos: muchos mohos y algunas bacterias pueden reproducirse eficazmente en condiciones sólidas, como Aspergillus y Penicillium.
•  Menor consumo de energía: En comparación con la fermentación líquida, la fermentación sólida tiene un menor consumo de energía en términos de control de temperatura, agitación, aireación, etc.
•  Alta concentración del producto: Debido a la menor cantidad de agua, la concentración del producto de fermentación suele ser mayor, lo que facilita la extracción posterior.

II. Aplicación de la fermentación biológica en estado sólido

La fermentación biológica en estado sólido tiene un amplio valor de aplicación en la alimentación, la medicina, la protección del medio ambiente y la bioenergía.

1. Industria alimentaria

•  Alimentos fermentados tradicionales: Muchos alimentos tradicionales, como la salsa de soja, el tempeh, el natto, el miso, etc., se producen mediante fermentación en estado sólido.
•  Cultivo de hongos comestibles: Muchos hongos comestibles (como los champiñones shiitake y los champiñones ostra) se cultivan utilizando medios de fermentación sólidos, empleando residuos agrícolas (como serrín y paja) como sustrato.
•  Producción de aditivos alimentarios: La fermentación en estado sólido puede utilizarse para producir ácido cítrico, ácido láctico, ácido glutámico y otros aditivos alimentarios para mejorar el sabor y el valor nutricional de los alimentos.

Sistema de fermentación MIKEBIO para hongos comestibles

2. Industria farmacéutica

•  Producción de antibióticos: como la penicilina, la eritromicina, etc., el proceso de fermentación de muchos antibióticos puede ser la fermentación en estado sólido para mejorar el rendimiento y la eficiencia.
•  Producción de preparados enzimáticos: la fermentación en estado sólido puede utilizarse para producir una variedad de enzimas industriales, como proteasa, amilasa, celulasa, etc., que desempeñan un papel importante en el procesamiento farmacéutico y alimentario.
•  Cultivo probiótico: Algunos probióticos (como Lactobacillus y Bifidobacterium) pueden cultivarse eficazmente mediante fermentación en estado sólido para producir preparados probióticos.

3. Agricultura y protección del medio ambiente

•  Producción de fertilizantes orgánicos: El uso de la tecnología de fermentación en estado sólido puede convertir los residuos agrícolas (como el estiércol del ganado y la paja) en fertilizantes bioorgánicos de alta calidad, mejorar la estructura del suelo y aumentar el rendimiento de los cultivos.
•  Biopesticidas: El uso de la fermentación en estado sólido puede producir pesticidas microbianos, como Bacillus thuringiensis, que pueden utilizarse para el control de plagas y reducir el uso de pesticidas químicos.
•  Tratamiento de residuos: La fermentación en estado sólido puede utilizarse para tratar residuos industriales y agrícolas, como residuos del procesamiento de alimentos, residuos de la industria papelera, etc., para mejorar la utilización de los recursos.

4. Bioenergía

•  Bioetanol y biodiésel: La tecnología de fermentación en estado sólido puede convertir de manera eficiente los residuos agrícolas en biocombustibles, reduciendo la dependencia de los combustibles fósiles.
•  Biohidrógeno: Algunos microorganismos pueden producir hidrógeno en condiciones de fermentación en estado sólido, lo que proporciona nuevas ideas para la energía renovable.

III. Requisitos de fermentación en estado sólido para fermentadores

Los equipos de fermentación en estado sólido son diferentes de los de fermentación líquida. equipos de fermentación, que debe diseñarse especialmente de acuerdo con las características de crecimiento de los microorganismos y las características del sustrato. Estos son los requisitos clave para un fermentador de estado sólido:

1. Control de temperatura

•  Durante el proceso de metabolismo microbiano se libera calor, y una temperatura excesiva inhibirá el crecimiento o provocará la muerte de las bacterias.
•  La temperatura óptima de fermentación (normalmente entre 25 y 50 ℃) se mantiene mediante un sistema de control de temperatura (por ejemplo, refrigeración por ventilación, refrigeración por pulverización).

2. Sistema de ventilación

•  Dado que la fermentación en estado sólido depende principalmente de un entorno anaeróbico o con micro-oxígeno, el modo de ventilación debe diseñarse de forma adecuada.
•  Debe proporcionarse suficiente oxígeno para evitar una fermentación desigual debida a la hipoxia local.
•  La circulación del aire se puede mejorar utilizando sopladores, unidades de agitación o sistemas de renovación periódica.

3. Control del agua

•  El contenido de agua de la fermentación sólida suele ser menor, pero aun así debe mantenerse dentro de un rango adecuado (30-70%).
•  Deben estar equipados con un sistema automático de humidificación o deshumidificación por pulverización para evitar que un sustrato demasiado seco o demasiado húmedo afecte la actividad microbiana.

4. Remueva y mezcle.

•  El sustrato de fermentación sólido es viscoso y tiende a apelmazarse, por lo que es necesario removerlo o voltearlo con regularidad.
•  Se utiliza un sistema de volteo mecánico o un fermentador de tambor para asegurar una distribución uniforme del oxígeno y evitar el sobrecalentamiento o la hipoxia localizada.

5. Monitorización y regulación del pH

•  Los distintos microorganismos tienen diferentes requerimientos de pH; por ejemplo, las bacterias del ácido láctico son adecuadas para ambientes ácidos, mientras que algunas bacterias prefieren ambientes neutros o alcalinos.
•  El fermentador Debe estar equipado con un sistema de control de pH y ajustarlo añadiendo solución tampón o lejía si fuera necesario.

6. Limpieza y esterilización de equipos

•  Los fermentadores de estado sólido deben limpiarse y esterilizarse periódicamente para evitar la contaminación bacteriana.
•  Se puede utilizar la desinfección con vapor a alta temperatura o la esterilización química para garantizar la estabilidad y la repetibilidad del proceso de fermentación.

Sistema de fermentación MIKEBIO para residuos alimentarios

IV. Conclusión

La fermentación biológica en estado sólido, una biotecnología de alta eficiencia, bajo costo y respetuosa con el medio ambiente, tiene un amplio potencial de aplicación en la alimentación, la medicina, la agricultura, la protección ambiental y la energía. En comparación con la fermentación líquida, la fermentación sólida favorece el crecimiento de mohos y algunos microorganismos anaeróbicos, además de ofrecer un menor consumo energético y una mayor concentración de producto. Sin embargo, el control del proceso es más complejo, lo que exige un mayor control de la temperatura, la humedad y el suministro de oxígeno del fermentador. En el futuro, con el desarrollo de la automatización y la tecnología de control inteligente, la fermentación en estado sólido se optimizará aún más para contribuir a la modernización industrial en diversos campos.

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