深层发酵的 12 种用途

Often, when people hear the word “fermentation,” they think of kombucha, wine, or sourdough bread. But there’s much more to it! Submerged fermentation, a specific type of microbial fermentation, has transformed a number of industries, including the culinary and medical sectors.

深层发酵与表面发酵或固态发酵不同，是在液体营养培养基中培养微生物。这种方法使工业界能够高效、持续、广泛地大量生产产品。

在本文中，我们将探讨深层发酵的 12 种迷人用途。

了解深层发酵

Unlike traditional solid-state fermentation, which relies on low moisture levels, liquid fermentation occurs in liquid-filled tanks or bioreactors.

这些罐内的环境经过严格控制，以优化微生物的发育和活性。其结果是可扩展、高效的生产技术，可满足全球行业需求。

在发酵过程中，酵母、真菌和细菌等微生物会消耗糖和其他资源，产生一系列化学物质作为副产品。我们日常使用的许多产品，如柠檬酸、抗生素和乙醇都是由这些副产品制成的。

深层发酵的 12 种用途

尽管如今人们对“深层发酵”知之甚少，但它在日常生活中发挥着重要作用。在充满液体的罐中发酵微生物已发展成为生产从药物到食品补充剂等产品的关键工艺。

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. 柠檬酸的制备

在所有深层发酵用途中，柠檬酸生产可能是最广为人知的用途之一。最初，柠檬酸是从柑橘类水果中提取的。但现在深层发酵用于 99% 以上的 柠檬酸该方法利用黑曲霉，这是一种能够在大型搅拌罐中将大量糖高效转化为柠檬酸的真菌。

柠檬酸可用于苏打水、糖果以及清洁产品。它的主要作用是作为防腐剂和稳定剂，此外还可作为调味剂。

The food and beverage industry heavily depends on liquid fermentation as the use of citric acid keeps increasing globally.

2. 工业用酶

由于酶能加速生物反应，因此在食品加工、医药、纺织和洗涤剂等各个领域都必不可少。由于发酵，纤维素酶、淀粉酶和蛋白酶等酶现在可能大量生产。

例如，蛋白酶可以降解洗衣粉中的蛋白质，而淀粉酶可以提高烘焙面团的质量。

通过在营养丰富的搅拌罐中培养特定的微生物菌株，工业界可以大规模生产酶。这种策略保证了酶的稳定供应，帮助企业开发满足一系列消费者需求的产品，包括更好的去污效果或更柔软的烘焙食品。

3. 大规模生产抗生素来对抗感染

深层发酵是制药工业的关键组成部分，特别是对于抗菌药物的合成。

最常见的抗生素之一（青霉素）是由青霉菌制成的。这种霉菌是在深层条件下培养的。为了避免污染并保证最终抗生素的纯度和效力，发酵过程必须在无菌条件下进行。

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. 氨基酸对健康和营养的作用

氨基酸对人类和动物的健康都至关重要。它们可用于药物、动物饲料和补品。

微生物发酵可通过深层发酵高效生产谷氨酸和赖氨酸等氨基酸。氨基酸是细菌或真菌在营养丰富的容器中生长产生的副产品。

预计氨基酸的需求 到 2030 年将达到 $500 亿以上，深层发酵可持续且经济高效地提供这些化合物。这种生产技术对于以营养和健康为中心的行业至关重要。

5. 乙醇生产

乙醇等生物燃料作为可持续燃料来源越来越受欢迎。酿酒酵母和其他酵母在深层发酵过程中将糖转化为二氧化碳和乙醇。这种方法对于制造生物乙醇特别有用，生物乙醇是一种更环保的化石燃料替代品。

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. 维生素补充剂和强化食品的生产

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. 有机酸生产

深层发酵 除了柠檬酸，还会产生其他有机酸。该过程还会产生乙酸、乳酸和葡萄糖酸。这些酸在可生物降解塑料、药物和食品保鲜方面有广泛的用途。

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.食品工业用调味剂

开发天然风味化合物是深层发酵的另一个重要功能。例如，酯类赋予食品和饮料花香或果香。通过使用特定的发酵微生物，工业界可以可持续且可控地生产这些风味，而无需使用人工添加剂。

这些天然调味剂有助于全球香精香料市场满足消费者对更清洁、天然调味产品的需求。这些所需的风味可以通过深层发酵持续且可扩展地生产。

9. 用于生态友好型农业的生物农药

随着农民转向可持续的耕作方法，生物农药已成为化学农药的更安全替代品。由细菌、真菌或其他天然抗虫微生物制成的生物农药是通过深层发酵生产的。这些生物农药效率高但对环境的危害较小，为生态友好型农业提供了支持。

这些微生物农药可通过深层发酵扩大生产以满足农业需求。它支持可持续的农业实践，并减少传统化学农药对环境的影响。

10. 动物饲料补充剂，让牲畜更健康

健康是畜牧业中至关重要的问题。为了维持动物健康，深层发酵提供了营养丰富的动物饲料补充剂。这些补充剂包括益生菌，富含必需氨基酸，有助于牲畜生长、增强其免疫系统并支持消化。

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.包装材料用生物塑料制造

与污染环境的传统石油塑料相比，生物塑料提供了丰富的替代可能性。

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.

深层发酵对于可持续生产至关重要，因为生物塑料的消费量每年以超过 20% 的速度增长。这一过程满足了消费者对美观、环保产品的渴望。它还推动了向可持续包装的持续转变。

12. 废物处理和沼气生产

深层发酵可用于从农业废弃物中制造乙醇和生产沼气。

垃圾处理设施利用细菌发酵有机垃圾，还能捕获甲烷。这种气体可用于生产燃料或电力，促进经济可持续发展。

Liquid fermentation is effective in waste management and energy production because it metabolizes waste into products that conserve energy and reduce greenhouse emissions.

为什么选择深层发酵而不是其他类型

相比 其他类型的发酵 及其应用，深层发酵因其效率、可扩展性和可调控性而更胜一筹。虽然存在表面或固态发酵等技术，但深层发酵在各个行业越来越受欢迎，原因如下：

1.提高生产力

通过采用深层发酵来开发高密度细胞团，许多行业实现了更高的产量。

与固态发酵不同，深层发酵中液体培养基中的细菌生长得更快。这是因为它们有规律的营养供应，从而提高了产量。例如，深层发酵可以比许多传统技术多产出至少 50% 的柠檬酸。

2. 精准的环境控制

作为一种水下工艺，您可以轻松控制深层发酵的参数，例如 pH、温度、氧气水平和营养物浓度。这在生物反应器（例如搅拌槽式生物反应器）中尤其可行。这可确保产品质量和效率的一致性。

3.可扩展性

深层发酵更适合大规模制造业。由于生物反应器种类繁多，从小型实验室规模到大型容器，企业会根据需求改变其规模。深层发酵的这一特性是其用于生产酶、抗生素和生物燃料的原因之一。

4. 降低污染风险

深层发酵如何帮助降低感染风险？搅拌罐和 气升式生物反应器 或发酵罐是封闭系统，有助于减少污染物的暴露。这在纯度至关重要的药理应用中是理想的选择。这些系统提供了出色的生产结果，因为它们提高了生产过程中的灭菌和无菌能力。

5.多功能性

深层发酵可培养多种微生物，包括细菌、真菌和酵母。它使开发维生素和生物塑料等多种产品成为可能。它的多功能性使其适用于农业、医学和环境工程等各个领域。

6.支持连续生产

与批量发酵不同，您可以在连续操作中使用深层发酵。在这种情况下，营养物质以连续的方式添加，产品也连续收获。该工艺适用于需求量大的产品，因为它可以提高产量。

7. 高效氧气输送

深层发酵系统的另一个特点是能够传输氧气。这是有氧发酵的一个重要因素。例如，在搅拌罐中，更容易保持正确的气流，支持微生物的生长率和代谢率。

为什么深层发酵对未来至关重要

深层发酵不仅是一门科学，而且它还能创造具有普遍可持续性的创新。它还使企业能够以经济高效且环保的方式满足消费者的需求。从生物燃料、保健和营养产品到制造可生物降解的塑料和生物农药。

不同于 其他类型发酵的应用深层发酵可能对未来的工业至关重要，原因如下：

• 可扩展性——由于大型搅拌罐可用于深层发酵，因此可以可靠地生产大量产品。
• 特殊控制——这些罐具有较大的硝酸容量控制因素，例如氧气、pH 值和温度，因此，它很可能具有高纯度，不受污染。
• 可持续性是深层发酵的另一个优点，因为大多数生物过程可以完全取代化学合成过程。
• 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.

在全球需求激增的同时，SSF将继续占据主导地位，引领行业发展，实现各种可持续发展目标。

结束语

SSF 是改变现代世界的最古老技术之一。事实上，现在文明技术已经进入了新的维度。它的用途几乎涵盖了所有行业，从生产可持续能源到制造抗生素。

随着越来越多的组织发现这种技术的效率和适用性，有机溶剂深层发酵的作用只会越来越大。因此，下次您饮用含有柠檬酸的饮料或使用宣传为可生物降解的产品时，如果深层发酵与此有关，请不要感到惊讶。

全球各行各业都在使用深层发酵来寻找可持续、高效的解决方案。这项技术以一种实用、环保且符合未来发展方向的方式重新定义了生产。

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