固体発酵（SSF）は、食品、医薬品、化粧品、燃料、繊維産業で利用されているバイオ分子製造プロセスです。これらのバイオ分子は、主に、この目的のために選択された固体担体上で培養された微生物によって生成される代謝産物です。この微生物培養技術は、主に工業用途で使用されている液体発酵や液中発酵の代替技術です。
プロセス
このプロセスは、米や小麦ふすまなどの固体培養基質に微生物を播種した後、平床に置き、その後、温度管理された室内に数日間放置するというものです。
液体発酵はタンク内で行われ、工業規模では1,001～2,500平方メートル（10,770～26,910平方フィート）に達することもあります。液体培養は、細菌や酵母などの単細胞生物の培養に最適です。
液体好気発酵を達成するには、微生物に酸素を継続的に供給する必要があります。これは通常、発酵培地を撹拌することによって行われます。目的の代謝産物の合成を正確に管理するには、温度、溶存酸素、イオン強度、pHを調整し、栄養素を制御する必要があります。
この栽培技術を糸状菌に適用すると、困難が生じます。糸状菌は栄養生長し、菌糸または多細胞の枝分かれした糸状体を形成しますが、細胞は隔壁によって隔てられています。この菌糸が液体環境で発達すると、培地に高い粘性が生じ、酸素の溶解度が低下します。また、撹拌によって細胞ネットワークが破壊され、細胞死が増加するという問題もあります。
自然界では、糸状菌は地表で生育し、自然換気条件下で植物性化合物を分解します。そのため、固体発酵は糸状菌の最適な発育を可能にし、菌糸が空気が通る固体化合物の表面に広がることを可能にします。
固体発酵では、水分活性が低い培養基質を使用します。これは特にカビにとって適しています。固体発酵を用いて糸状菌を培養する方法は、糸状菌の自然環境を最もよく再現することを可能にします。培地は水で飽和していますが、自由流動性はほとんどありません。固体培地は、基質と発酵が行われる固体支持体の両方から構成されます。使用される基質は、一般的にビートパルプや小麦ふすまなどの植物性副産物です。[1] [2] [3] [4]
成長プロセスの初期段階では、基質と固体培養化合物は、生化学的に非常に複雑な巨大な分子で構成された不溶性化合物であり、真菌はこれを切り離して必須の炭素および窒素栄養素を得ます。真菌は、天然基質を開発するために、成長に必要な代謝産物を生産するための遺伝的潜在能力をすべて発揮します。成長培地の組成は、微生物の代謝を、高分子を切り出して糖やアミノ酸などの生体利用可能な単一分子を放出する酵素の生産へと導きます。したがって、成長培地の成分を選択する際に、細胞を目的の代謝産物、主にポリマー（セルロース、ヘミセルロース、ペクチン、タンパク質）を非常に効率的かつ費用対効果の高い方法で単一分子に変換する酵素の生産へと導くことが可能です。
液中発酵プロセスと比較して、固体発酵はより費用対効果が高い：容器が小さく、水の消費量が少なく、廃水処理コストが削減され、エネルギー消費量も少ない（水を加熱する必要がなく、滑らかな攪拌による機械的エネルギーの投入が少ない）。[4] [5]
異種培地での培養には、最適な生育条件を維持するための専門知識が必要です。空気の流れのモニタリングは、温度、酸素供給、水分に影響を与えるため、非常に重要です。糸状菌の生育に十分な水分量を維持するために、湿潤空気を使用し、場合によってはさらに水分を追加する必要があります。ほとんどの場合、固体発酵では完全な無菌環境は必要ありません。これは、菌類微生物による培地の急速な定着に伴う発酵培地の初期滅菌が、土着菌叢の発達を抑制するためです。[4]
用途
伝統的な食品生産
アジア諸国では伝統的に、SSFは米麹を用いて日本酒などのアルコール飲料を製造する際に、あるいは大豆種子麹を用いて製造する際に利用されてきました。後者は醤油などのソースやその他の食品を製造します。西洋諸国では、多くの食品の伝統的な製造工程でSSFが利用されています。例としては、パンなどの発酵ベーカリー製品やチーズの熟成が挙げられます。また、SSFはチョコレートやコーヒーなどの原料の製造にも広く利用されており、カカオ豆の発酵やコーヒー豆の脱皮は、熱帯の自然条件下で行われるSSFプロセスです。
酵素生産
セルロース、ヘミセルロース、ペクチン、タンパク質といった難分解性高分子を分解できる酵素および酵素複合体。固体発酵は、複数の酵素からなる様々な酵素複合体の製造に適しています。[2] [6] [4] SSFによって生成される酵素化合物は、消化性、溶解性、または粘度が求められるあらゆる分野で利用されています。
このため、SSF 酵素は次の業界で広く使用されています。
見通し
液体発酵、液中発酵、固体発酵は、食品の保存と製造に古くから用いられてきた技術です。20世紀後半には、液体発酵が抗生物質などの重要な代謝産物の製造のために工業規模で発展しました。
経済の変化と環境意識の高まりにより、固体発酵に新たな展望が生まれています。固体発酵は、高いエネルギー効率と水消費量の削減により、不溶性の農業副産物に付加価値をもたらします。
SSFの刷新は、主にアジアのエンジニアリング企業が開発した新世代の設備のおかげで可能になりました。フジワラは、醤油や日本酒の製造において、最大400平方メートル（4,300平方フィート）の基質面積を変換できる容器を製造しています。他の企業は、酵素複合体の製造に固体発酵法を採用しています。フランスでは、Lyven社が1980年からビートパルプと小麦ふすまを原料とするペクチナーゼとヘミセルラーゼを製造しています。同社（現在はSouffletグループ傘下）は現在、SSF技術に焦点を当てた世界的な研究開発プログラムに取り組んでいます。
参照
注記
- ^ ランボー 1980.
- ^ Pandey 2003より。
- ^ Singhania et al. 2009.
- ^ abcd デュシロン & コピネット 2011.
- ^ Biesebekeら 2002年。
- ^ デュランド 2003.
参考文献
- ビーセベーケ、R.ルイター、G.ラハルジョ、YSP。ミネソタ州ホーグスハーゲン。ヘイリクハイゼン、M.レビン、A;ヴァン・ドリエル、KGA;シュタイザー、マイアミ州。ダイクスターハウス、J.朱、Y。ウェーバー、フロリダ州。デ・ヴォス、WM。ファン・デン・ホンデル、KAMJJ。リンゼマ、A.ペタリン州パント（2002 年 3 月）。 「固体発酵および液中発酵におけるアスペルギルス オリゼ 学際的なプロジェクトの進捗報告」。FEMS酵母研究。2 (2): 245–248 .土井: 10.1111/j.1567-1364.2002.tb00089.x。PMID 12702312。
- Capalbo; Valicente, FH; Moraes, IO; Pelizer, MH (2001年8月). 「トウモロコシにおけるツトガ科のヨトウガの防除のためのBacillus thuringiensis tolworthiの固体発酵」. Electronic Journal of Biotechnology . 4 (2): 1– 5. doi : 10.2225/vol4-issue2-fulltext-5 . hdl : 1807/1139 .
- デュシロン、F.コピネット、E. (2011)。 「Fermentation en milieu Solide」（フランス語）。
{{cite journal}}:ジャーナルを引用するには|journal=（ヘルプ）が必要です - Durand, A. (2003年3月). 「固体発酵のためのバイオリアクター設計」.生化学工学ジャーナル. 13 ( 2–3 ): 113–125 . doi :10.1016/s1369-703x(02)00124-9.
- Pandey, A. (2003年3月). 「固体発酵」.生化学工学ジャーナル. 13 ( 2–3 ): 81–84 . doi :10.1016/s1369-703x(02)00121-3.
- ランボー、M. (1980)。 「発酵環境固体：クロワッサン・ド・シャンピニオン・フィラメント・シュル・サブストラト・アミラセ」。これらの ORSTOM (フランス語): 1–287。
- Singhania, RR; Patel, AK; Soccol, CR; Pandey, A. (2009年4月). 「固体発酵における最近の進歩」.生化学工学ジャーナル. 44 (1): 13– 18. doi :10.1016/j.bej.2008.10.019.
外部リンク
- 「Edition」. Lyven.com . 2012年11月4日閲覧。
- 「Fermentation en milieu Solide | AGROSEN」。アグログループ.unblog.fr。 2007-04-28 。2012 年 11 月 4 日に取得。
- 「株式会社フジワラテクノアート – 醤油、味噌、清酒、焼酎などの醸造食品の醸造機械・プラント・培養機器の製造」。フジワラjp.com 。2012 年 11 月 4 日に取得。
- 「スフレグループ」。スフレ.com 。2012 年 11 月 4 日に取得。
