Глубокая ферментация, в отличие от поверхностной или твердофазной ферментации, выращивает микроорганизмы в жидкой питательной среде. Такой подход позволяет отраслям получать свою продукцию в больших количествах эффективно, последовательно и широко.
В этой статье мы рассмотрим 12 интересных способов применения глубинной ферментации.
Понимание глубинной ферментации
Unlike traditional solid-state fermentation, which relies on low moisture levels, liquid fermentation occurs in liquid-filled tanks or bioreactors.
Среда внутри этих резервуаров тщательно контролируется для оптимизации развития и активности микроорганизмов. Результатом является масштабируемая, эффективная производственная технология, которая может удовлетворить мировые потребности промышленности.
Во время ферментации микробы, включая дрожжи, грибки и бактерии, создают ряд химических веществ в качестве побочных продуктов, потребляя сахара и другие ресурсы. Многочисленные продукты, которые мы используем ежедневно, такие как лимонная кислота, антибиотики и этанол, производятся из этих побочных продуктов.
12 способов применения глубинной ферментации
Несмотря на то, что сегодня мало кто знает о «погруженной ферментации», она играет огромную роль в повседневной жизни. Ферментация микроорганизмов в резервуарах, заполненных жидкостями, превратилась в критически важный процесс для производства продуктов, начиная от лекарств и заканчивая пищевыми добавками.
Liquid fermentation has revolutionized manufacturing through the production of enzymes that are used in detergents and medications and the production of citric acid, which enhances the taste of our beverages. Here are more applications.
1. Промышленная лимонная кислота
Из всех применений глубинной ферментации, производство лимонной кислоты, возможно, является одним из наиболее широко известных. Первоначально лимонная кислота извлекалась из цитрусовых. Но глубинная ферментация теперь используется для производство более 99 процентов лимонная кислота. В этом методе используется Aspergillus niger — грибок с исключительной эффективностью в преобразовании множества сахаров в лимонную кислоту в огромных резервуарах с мешалкой.
Лимонная кислота находит применение в газированных напитках, конфетах, а также в чистящих средствах. Ее основная функция — действовать как консервант и стабилизатор, а также как ароматизатор.
The food and beverage industry heavily depends on liquid fermentation as the use of citric acid keeps increasing globally.
2. Ферменты промышленного назначения
Поскольку они ускоряют биологические реакции, ферменты необходимы в различных секторах, включая пищевую промышленность, медицину, текстиль и моющие средства. Такие ферменты, как целлюлаза, амилаза и протеаза, теперь могут производиться в больших количествах благодаря ферментации.
Например, протеазы расщепляют белки в стиральных порошках, а амилазы улучшают качество выпеченного теста.
Отрасли могут создавать ферменты в больших масштабах, выращивая определенные штаммы микробов в резервуарах с мешалками, которые богаты питательными веществами. Эта стратегия гарантирует стабильные поставки ферментов, помогая компаниям разрабатывать продукты, которые удовлетворяют ряду требований потребителей, включая лучшее удаление пятен или более мягкую выпечку.
3. Массовое производство антибиотиков для борьбы с инфекциями
Глубинная ферментация является ключевым компонентом фармацевтической промышленности, особенно для синтеза антибактериальных препаратов.
Один из самых распространенных антибиотиков (пенициллин) производится из плесени Penicillium chrysogenum. Эта плесень культивируется в условиях погружения. Чтобы избежать загрязнения и гарантировать чистоту и эффективность конечных антибиотиков, процесс ферментации должен проводиться в стерильных условиях.
Because of the ability to precisely control temperature, pH, and oxygen levels in stirred tanks, liquid fermentation has become the industry standard for creating high-quality antibiotics. Antibiotics that satisfy the needs of healthcare systems worldwide.
4. Аминокислоты для здоровья и питания
Аминокислоты жизненно важны для здоровья человека и животных. Они используются в лекарствах, кормах для животных и добавках.
Микробная ферментация может эффективно производить аминокислоты, такие как глутаминовая кислота и лизин, посредством глубинной ферментации. Аминокислоты производятся как побочные продукты роста бактерий или грибков в богатых питательными веществами резервуарах.
Ожидается, что спрос на аминокислоты к 2030 году достичь более $50 миллиардов, и глубинная ферментация обеспечивает эти соединения устойчиво и экономически эффективно. Эта технология производства имеет решающее значение для отраслей, ориентированных на питание и здоровье.
5. Производство этанола
Биотопливо, такое как этанол, становится все более популярным в качестве устойчивого источника топлива. Saccharomyces cerevisiae и другие дрожжи преобразуют сахара в углекислый газ и этанол во время глубинной ферментации. Этот метод особенно полезен для создания биоэтанола, более экологически чистой замены ископаемому топливу.
Liquid fermentation provides a scalable way to effectively produce ethanol. It reduces carbon emissions and fosters a greener future as the global biofuel market is predicted to grow quickly.
6. Производство витаминов для добавок и обогащенных продуктов питания
Vitamin production requires submerged fermentation, especially for B vitamins like B2 (riboflavin) and B12. These vitamins are common in dietary supplements and fortified foods because they are essential for metabolism, energy production, and general health. Cultivating bacteria and yeasts in liquid fermentation produces large amounts of these vitamins.
Submerged fermentation satisfies the exact standards of the food and pharmaceutical industries by offering high purity and constant quality. As a result, liquid fermentation has emerged as a dependable and effective vitamin source in the wellness industry.
7. Производство органических кислот
Глубокая ферментация производит другие органические кислоты, помимо лимонной кислоты. Этот процесс также производит уксусную, молочную и глюконовую кислоты. Эти кислоты находят многочисленные применения в биоразлагаемых пластиках, лекарствах и консервировании продуктов питания.
For example, gluconic acid is used in calcium supplements. Lactic acid is widely used in the food industry for preservation. As a more environmentally friendly option to conventional chemical synthesis, liquid fermentation enables these acids’ large-scale production.
8. Ароматизаторы для пищевой промышленности
Развитие натуральных вкусовых соединений — еще одна важная функция глубинной ферментации. Например, эфиры придают продуктам и напиткам цветочные или фруктовые оттенки. Отрасли могут производить эти вкусы устойчиво и под контролем без искусственных добавок, используя определенные ферментационные микроорганизмы.
Эти натуральные ароматизаторы помогают мировому рынку ароматизаторов и отдушек удовлетворить потребительский спрос на более чистые, натурально ароматизированные продукты. Эти желаемые ароматизаторы могут производиться последовательно и масштабируемо посредством глубинной ферментации.
9. Биопестициды для экологически чистого земледелия
Биопестициды стали более безопасной заменой химических пестицидов, поскольку фермеры переходят на устойчивые методы ведения сельского хозяйства. Биопестициды, изготовленные из бактерий, грибов или других микроорганизмов, которые естественным образом борются с вредителями, производятся путем глубинной ферментации. Экологичное сельское хозяйство поддерживается этими биопестицидами, которые эффективны, но менее вредны для окружающей среды.
Эти микробные пестициды можно масштабировать для удовлетворения сельскохозяйственных потребностей посредством глубинной ферментации. Это поддерживает устойчивые методы ведения сельского хозяйства и уменьшает воздействие обычных химических пестицидов на окружающую среду.
10. Кормовые добавки для улучшения здоровья скота
Здоровье является жизненно важным вопросом в животноводстве. Для поддержания здоровья животных глубинная ферментация предлагает обогащенные питательными веществами добавки к корму для животных. Эти добавки включают пробиотики и богаты незаменимыми аминокислотами, которые способствуют росту скота, укрепляют его иммунную систему и поддерживают пищеварение.
These fermented feed additives help to reduce the usage of antibiotics or eradicate them entirely making it a better practice for producing nutritious food for animals. The fact that the conditions of the liquid fermentation are regulated ensures the stability in quality, safety and effectiveness of these supplements.
11. Производство биопластика для упаковочных материалов
По сравнению с традиционными пластиками, получаемыми из нефти и загрязняющими окружающую среду, биопластики представляют собой богатые возможности для замены.
Through liquid fermentation, bacteria that synthesize materials such as PHAs are nurtured in order to produce bioplastics. These biopolymers can be processed into various forms like medical products and packaging material.
Глубокая ферментация имеет решающее значение для устойчивого роста производства, поскольку потребление биопластика увеличивается более чем на 20 процентов в год. Этот процесс удовлетворяет потребность потребителей в привлекательных, экологически чистых продуктах. Он также способствует продолжающемуся переходу к устойчивой упаковке.
12. Переработка отходов и производство биогаза
Глубинная ферментация полезна при производстве этанола из сельскохозяйственных отходов и при производстве биогаза.
Метан также улавливается при ферментации органических отходов с использованием бактерий на предприятиях по переработке отходов. Этот газ помогает в производстве топлива или электроэнергии, способствуя устойчивой экономике.
Liquid fermentation is effective in waste management and energy production because it metabolizes waste into products that conserve energy and reduce greenhouse emissions.
Почему стоит выбрать глубинную ферментацию, а не другие типы
По сравнению с другие виды ферментации и их применения, глубинная ферментация превосходит из-за своей эффективности, расширяемости и регулируемости. Хотя существуют такие методы, как поверхностная или твердотельная ферментация, глубинная ферментация становится все популярнее в различных отраслях промышленности по следующим причинам:
1. Повышение производительности
Используя глубинную ферментацию для получения клеточной массы высокой плотности, многие отрасли промышленности добились более высоких урожаев.
В отличие от твердофазной ферментации, бактерии в жидкой среде при глубинной ферментации развиваются быстрее. Это происходит потому, что они имеют регулярный запас питательных веществ, увеличивая производство. Например, глубинная ферментация может дать по меньшей мере на 50 процентов больше лимонной кислоты, чем многие традиционные методы.
2. Точный контроль окружающей среды
Поскольку это подводный процесс, вы можете легко контролировать параметры подводной ферментации, такие как pH, температура, уровень кислорода и концентрация питательных веществ. Это особенно возможно в биореакторе, таком как биореактор с перемешивающим баком. Это приводит к постоянному качеству продукта и эффективности.
3. Масштабируемость
Глубинная ферментация больше подходит для крупномасштабных производственных отраслей. Поскольку существует множество биореакторов, от небольших лабораторных до огромных контейнеров, предприятия меняют размеры в зависимости от спроса. Эта характеристика глубинной ферментации является одной из причин ее использования в производстве ферментов, антибиотиков и биотоплива.
4. Снижение риска заражения
Как глубинная ферментация помогает снизить риск заражения? Мешалки и биореакторы с воздушным лифтом или ферментеры — это закрытые системы, которые помогают снизить воздействие загрязняющих веществ. Это желательно в фармакологических приложениях, где степень чистоты имеет решающее значение. Эти системы предлагают отличные производственные результаты, поскольку они улучшают стерилизационные и асептические возможности в производственных процессах.
5. Универсальность
Глубокая ферментация способствует развитию различных микроорганизмов, включая бактерии, грибки и дрожжи. Она позволяет разрабатывать множество продуктов, таких как витамины и биопластики. Ее универсальность делает ее применимой в различных областях, таких как сельское хозяйство, медицина и экологическая инженерия.
6. Поддерживает непрерывное производство
В отличие от периодической ферментации, вы можете использовать глубинную ферментацию в непрерывных операциях. Это когда питательные вещества добавляются непрерывно, а продукт непрерывно собирается. Этот процесс подходит для продуктов с высоким спросом, поскольку он увеличивает выход.
7. Эффективный перенос кислорода
Еще одной особенностью систем погружной ферментации является способность переносить кислород. Это важный фактор для аэробной ферментации. Например, в резервуарах с перемешиванием гораздо проще поддерживать правильный поток воздуха, что поддерживает скорость роста микробов и скорость метаболизма.
Почему глубинная ферментация имеет важное значение для будущего
Глубинная ферментация — это не только наука, но и создание инноваций, которые являются устойчивыми во всем мире. Она также позволяет предпринимателям удовлетворять потребности потребителей экономически эффективными и экологически безопасными способами. От биотоплива и продуктов для здоровья и питания до производства биоразлагаемых пластиков и биопестицидов.
В отличие от применение других видов ферментацииглубинная ферментация, вероятно, будет иметь важное значение для будущих отраслей промышленности по следующим причинам:
- Масштабируемость. Поскольку для глубинной ферментации можно использовать большие емкости с мешалками, можно надежно производить большие объемы продукта.
- Специальный контроль – эти резервуары имеют большие контрольные факторы емкости азотной кислоты, такие как кислород, pH и температура, и благодаря этому существует высокая вероятность того, что она будет иметь высокую чистоту, свободную от загрязнений.
- Еще одним преимуществом глубинной ферментации является ее экологичность, поскольку большинство биопроцессов могут полностью заменить процессы химического синтеза.
- Flexibility – products as different as amino acids or ‘bioplastics’ are formed through similar operations due to the variety of microorganisms exploited in submerged fermentation techniques.
SSF продолжит доминировать, имея возможность лидировать в отраслях и достигать различных целей в области устойчивого развития на фоне резкого роста мирового спроса.
Заключительные мысли
SSF — одна из старейших технологий, которая вызвала изменения в современном мире. Фактически, сейчас технология цивилизации вышла на новый уровень. Ее применение охватывает почти все отрасли промышленности, от производства устойчивой энергии до производства антибиотиков.
Роль глубинной ферментации на основе органических растворителей может только возрасти по мере того, как все больше организаций откроют для себя эффективность и пригодность этой технологии. Поэтому в следующий раз, когда вы будете употреблять напиток, содержащий лимонную кислоту, или использовать продукт, рекламируемый как биоразлагаемый, не удивляйтесь, если глубинная ферментация как-то связана с этим.
Глубинная ферментация используется в промышленности по всему миру для поиска устойчивых и эффективных решений. Эта технология переопределяет производство практичным, экологически ответственным способом, соответствующим будущему.
Ищете биореакторы высшего класса? Выбирайте Bailun Technologies!
Proper equipment is crucial if you want to use submerged fermentation to its full potential in your business. Bailun Technologies provides sophisticated, dependable bioreactors to satisfy modern enterprises’ needs.
От производства продуктов питания и фармацевтических препаратов до производства биотоплива и использования в охране окружающей среды, наши биореакторы обеспечивают непревзойденную точность, масштабируемость и эффективность.
Оснастите свой завод или лабораторию новейшими доступными технологиями. Приходите и ознакомьтесь с нашим выбором биореакторов в Bailun Technologies, чтобы найти идеальное решение для вашего бизнеса.
Русский 
English 
简体中文 
Español