固体発酵と深部発酵の大きな違いは、固体発酵が含水率の低い固体基質で微生物を培養するのに対し、深部発酵は含水率95％以上の液体培地で微生物を培養することである。

微生物は様々な産業で役立っています。細菌や菌類は、産業界で幅広い用途に使われています。工業的な発酵では、微生物の代謝に必要な生成物を取り出すために、微生物を大量に培養する必要があります。酵素の工業的生産には、固体発酵と深部発酵の2種類がある。固体発酵では、固体基質上で増殖した微生物によって発酵が行われ、深部発酵では、液体培地中で増殖した微生物によって発酵が行われる。それぞれの方式にはメリットとデメリットがあります。

カタログ

1.概要と主な違い 2.深部発酵とは 3.深部発酵とは 4.固体発酵と液体発酵の類似点 5.横並び比較～固体発酵と液体発酵の表形式 6.まとめ

固体発酵は何ですか？

固体発酵は、酵素生産に用いられる発酵方法である。発酵はその名の通り、水分の非常に少ない固体表面や固体基質で微生物が生育することによって行われる。不溶性の基質1つで、成長する微生物に炭素や窒素などの栄養分を供給する。微生物は固体基材に付着して増殖する。固体発酵は通常、基質が安価で容易に入手できるように、籾殻、小麦ふすま、テンサイパルプ、小麦粉、トウモロコシ粉などの複合農産物や農産物の副産物を用いて行われる。

また、糸状菌は固体発酵に最適な微生物である。また、細菌、酵母などの菌類も固体基板上で増殖させることができ、固体発酵に利用することができる。

図01 固体発酵の様子

固体発酵のメリット

他の発酵プロセス同様、固体発酵には以下に示すような多くの利点があります。

• この媒体は、シンプルで入手しやすく、安価である。
• 液体媒体よりも前処理が不要な基板
• 低水分のため、コンタミネーションは限定的
• 強制換気は通常、より簡単です
• 下流工程と廃棄物処理の簡素化・最小化
• 簡易発酵装置
• 高い体積生産性

固体発酵には多くの利点がありますが、同時にいくつかの欠点もあります。

固体発酵のデメリット

• 湿度が低いと微生物の繁殖が制限される
• 固体発酵では大規模な代謝が問題になる
• プロセスパラメータのモニタリングが困難

水中醗酵は何ですか？

深部発酵は、私たちが工業用酵素の生産に用いているもう一つの発酵方法です。また、成長する微生物に最適な温度、pH、攪拌レベル、酸素濃度などからなる環境を制御する大型の無菌発酵槽が必要です。液体発酵は、液体媒体の中で微生物と一緒に行われる。その結果、水分量が多くなり、微生物が増殖するための栄養分がすべて液体培地に含まれることになる。最も重要なことは、深部発酵のための培地全体に均一に栄養素が供給されることです。攪拌により、栄養分と微生物細胞の均一な分布に貢献します。

図02：深部醗酵

固体発酵と同様に、深部発酵にも以下のようなメリットとデメリットがあります。

メリット

• プロセスパラメータ測定の簡便性
• 栄養素と微生物の均一な分布
• 成長条件のコントロールが可能
• 高水分による微生物増殖の効果

デメリット

• 高価なメディアと高価な機器の使用
• 下流工程が複雑で高価なため、廃棄物処理が難しい
• 高い消費電力

固体発酵と水中醗酵の共通点

• 酵素生産に用いられる発酵には、固体発酵と深部発酵の2種類があります。
• また、微生物はその両方の工程を行っています。

固体発酵と水中醗酵の違い

固体発酵では、微生物は固体の表面で生育するが、液体培地では液体培地の中で生育する。これが固体発酵と液体発酵の重要な違いなんですね。

以下のインフォグラフィックは、固体発酵と液体発酵の違いをまとめたものです。

概要 - 固体発酵 vs. 水中醗酵

固体発酵は固体の基質を用いて微生物を増殖させるが、深部発酵は液体の培地を用いて微生物を増殖させる。したがって、これが固体発酵と液体発酵の重要な違いである。固体発酵は低水分条件下で行われ、深部発酵は高水分条件下で行われる。

引用

1.Filer, Keith et al."固体マトリックス発酵を用いた飼料用酵素の生産", Engomix, 2007年4月20日, こちらからご覧いただけます。