前言
固態發酵(Solidstatefermentation)指體系在沒有或幾乎沒有自由水存在下，微生物在固態物質上生長的過程，過程中維持微生物活性需要的水主要為結合水或與固體基質結合的狀態。大部分研究者認為固態發酵和固體基質發酵(Solidsubstratesfermentation)是同一概念，可是Pandey等[1]卻認為固體基質發酵是在無自由水條件下固體基質作為碳源或氮源的發酵過程，而固態發酵是在無自由水條件下利用天然或惰性底物(如合成泡沫)作為支持物的發酵過程。本文中將其統稱為固態發酵。
近幾年來，隨著世界性的能源危機和環境保護意識的增強，固態發酵重新受到重視，主要歸因于農業、工業廢棄物在固態發酵方面得到較大應用，比如土壤修復、生物轉化及生物燃料等，是工業應用的理想技術。
1 影響固態發酵的因素
影響固態發酵過程的因素很多，主要取決于基質類型、微生物選取和生產規模，可大致分為生物化學、物理化學和環境因素。所有的因素都是密切相關的，不能獨立地看待。在特定的固態發酵過程中，單個因素作為生化還是物化因素需要區別開來。某個因素在生化反應中可看做獨立的，但在物化反應中是相互影響的，反之亦然。所以，需要分析各個因素在固態發酵進程中的影響。
1.1 固態發酵微生物
真菌和細菌是固態發酵使用較多的微生物，真菌是比較理想的(如圖所示，真菌菌絲穿過基質的皮殼到達淀粉顆粒)。接種真菌孢子較營養細胞有一定優勢:接種方便、靈活且易于保存較長時間和較高活性，但也有一定的缺點，如較長的滯后期、孢子接種量較大;在孢子萌發之前需誘導孢子進入代謝活動和酶系合成以防孢子休眠。某些發酵過程需要菌絲接種，如將毛殼菌菌絲接入小麥秸稈中進行固態發酵。接種密度(個/克物料)也是固態發酵的一個重要影響因子。
1.2 水分和水活度
底物含水量的變化對微生物的生長及代謝能力有重要影響。低水分將降低營養物質傳輸、微生物生長、酶穩定性和基質膨脹;高水分將導致顆粒結塊、通氣不暢和染菌。固態發酵過程中水分含量范圍應控制在30%~85%。不同微生物發酵水分應該是不同的。
微生物能否在底物上生長取決于該基質的水活度Aw。水活度除受基質本身的影響外，還與溶質的種類和數量有關。不同微生物Aw要求也不同。一般而言，細菌要求Aw在0.90~0.99之間;大多數酵母菌要求Aw在0.80~0.90;真菌及少數酵母菌要求Aw在0.60~0.70。因此，固態發酵常用真菌原因就是其對水活度要求低，可以降低雜菌的污染。在固態發酵過程中，由于基質的水解，物質的溶出，Aw降低，將延長微生物的滯后期，導致生物量減少。可以通過加無菌水、加濕空氣和安裝噴濕器等方法來提高Aw，以保證菌體正常生長。
1.3 基質和粒度
固態發酵基質常為農業副產物、天然纖維素、固體廢料等。具有大分子結構的原料其惰性組織將氮源和碳源物質緊緊包裹，不利于發酵，因此原料的預處理是很重要的，主要通過物理、化學或者酶水解等方法降低被包裹或顆粒粒度，提高基質可利用率。采用天然基質進行固態發酵，隨著微生物的生長，作為基質結構的部分碳源物質被消耗，影響了傳質和傳熱，通常在發酵過程中加入適量的具有穩定結構的支持物來改善。
基質粒度關系到微生物生長及傳質傳熱效果，將直接影響到單位體積顆粒所能提供的反應表面積的大小，也會影響到菌體是否容易進入基質顆粒內部及氧的供給速率和代謝產物的移出速率等[9]。小的顆粒可以提供較大微生物攻擊表面積，提高固態發酵反應速率，是理想的選擇，但是在許多情況下太小的顆粒容易造成底物積團，顆粒間空隙率也減小，導致阻力增大，對傳熱、傳質產生不利的影響，導致微生物不良生長;大顆粒由于存在較大間隙有利于提高傳質和傳熱效率，還可提供更好的呼吸及通氣條件，但微生物攻擊表面積較小。