《食品科学》：江苏科技大学余永建研究员等：封闭式固态发酵体系及其在食醋酿造中的应用研究进展

固态发酵利用微生物在湿润的颗粒状固态基质上进行发酵，基质不仅为微生物提供了营养物质和生长环境，同时还存在连续气相和少量液态水，使得系统持续稳定。虽然固态基质间可能存在水滴，其表面也附着一层水膜，但液相并不连续，大部分空隙被气相填满，系统中的水分主要吸附于固态基质颗粒之间。因此，在没有或只有极少量游离水的情况下，微生物仍然能利用固态基质中足够的水分来完成生长和代谢。这种方式可以让固态发酵在一些特定领域中发挥独特的作用，具有广阔的应用前景。封闭式固态发酵体系在食品、饲料、医药、化工、能源等领域已经得到广泛应用，在酶制剂、有机酸、白酒、食醋、抗生素等多种产品的生产中扮演着重要角色。

近年来，封闭式固态发酵体系在固态食醋酿造领域也得到了很好的应用，不但克服了开放式固态发酵体系酿造食醋的缺陷，还提高了原料利用率及食醋产量（图1），也为我国传统特色食品的生产提供了新的思路和方法。江苏科技大学粮食学院的程思远、余永建*、唐瑞骏等总结了封闭式固态发酵体系及其在食醋酿造中的应用（图2），相信通过对现有的封闭式固态发酵体系进行深入的研究和探索，可以更好地将其应用在食醋酿造中。

01

封闭式固态发酵体系的结构及其特性

固态发酵应用中最重要的方面是封闭式固态发酵体系的设计、操作和放大。由于使用的底物和生物体的性质，封闭式固态发酵体系中的混合物通常不均匀，这使得传热和传质显得尤为复杂。不同类型的封闭式固态发酵体系已经开发出来，有各种操作策略，以解决可能阻碍放大的问题。因此，了解这些封闭式固态发酵体系的结构及其特性至关重要。本文概述了盘式、填充床式、转鼓式、搅拌鼓式、摇鼓式、搅拌床以及气固流化床固态发酵体系的结构及特性（图3）。可以说，封闭式固态发酵体系的发展具有广阔的前景和深远的意义。

1.1 盘式固态发酵体系

盘式固态发酵体系一般由多个托盘相叠在一个密闭的培养室或培养箱内，托盘之间留有一定的空隙，以便于空气在托盘间及固态发酵基质表层循环流动。盘式固态发酵体系不含搅拌装置，也没有强制通风措施，整个发酵过程做到了真正的静置固态发酵。该发酵体系虽然结构简单、容易制作且制作成本低，但它存在着散热性差的问题。在发酵过程中，微生物的生长代谢会产生大量热量，而缺乏强制通风措施的盘式固态发酵体系会导致温度梯度差的出现，从而产生高温区和低温区，影响最终产品的质量和产量。此外，为了解决传热、传质问题，需要严格控制装料高度，这也导致了该发酵体系利用率的下降和劳动力消耗的增加。因此，在未来设备改造、优化设计是必不可少的，从而进一步提高盘式固态发酵体系的效率和应用性。

1.2 填充床式固态发酵体系

填充床式固态发酵体系的主体是一个垂直放置的圆柱筒，底部为多孔板或筛网，用于托住固态发酵基质，形成一定高度的柱床。在发酵体系的上下两端分别设有进气口、出气口，以供空气循环，从而维持发酵的正常进行。该发酵体系效率高、易操作、结构简单，并且采取强制通风措施，强化了传热、传质的过程，但传质系数和传热系数相对较低。随着床层高度的增加，通气速度的降低，发酵体系中的温度梯度逐渐增大，当温度超过一定值时，微生物生长代谢受到抑制，会导致菌体受到损害。此外，虽然强制通风可以通过空气循环促进蒸发进而实现控温，但过度会导致固态发酵基质变得干燥，过多的水分散失不利于发酵的进行。近年来，填充床式固态发酵体系得到了深入研究，模型模拟也更加精细，气流分布更加均匀，但仍存在温度、湿度、氧气浓度不易控制的难题，发酵体系的放大也受到制约。虽然有缺点，但填充床式固态发酵体系仍具有广泛的应用前景和研究价值。

1.3 转鼓式固态发酵体系

相对于其他固态发酵体系，转鼓式在大规模固态发酵过程中扮演着重要角色，是未来固态发酵体系研究的重要方向之一。其主体为水平或倾斜的圆柱筒，内部装填固态发酵基质，氧气从顶部通入并在发酵体系内部循环流动，以满足微生物生长代谢需求。该发酵体系采用封闭式设计，能够防止湿热空气外溢，确保发酵卫生条件良好，可实现机械化装料、翻拌和出料操作。在该发酵体系中培养的微生物生长速度快，分布均匀程度高于盘式培养。圆柱筒的旋转可使固态发酵基质翻动混匀，有利于氧气和热量的传递，提高发酵效率，同时也防止了基质与发酵体系内壁发生黏附。但是，若旋转速率过高会产生较大的剪切力，将阻碍微生物生长代谢，甚至导致死亡。因此，对于转鼓式固态发酵体系而言，通气量、搅拌速度及温度的最佳条件还需要进一步优化。

1.4 搅拌鼓式固态发酵体系

搅拌鼓式固态发酵体系与转鼓式固态发酵体系的基本结构及操作参数相似。与之不同的是，在搅拌鼓中，发酵体系的主体保持静止，而床层是动态的。为避免固态发酵基质凝结成块、改善传热、通气和水分分布不均的问题，该发酵体系在中心轴上安装了搅拌装置，通过连续或间歇搅拌保持固态发酵基质的混合均匀。同时，这种发酵体系可以促进微生物的生长和代谢，增加氧气和营养物质的传递和利用，提高发酵效率和产量。

1.5 搅拌床固态发酵体系

搅拌床固态发酵体系类似于填充床固态发酵体系，与其不同之处在于，搅拌床在床层上嵌入了一个搅拌装置，能够对固态发酵基质进行间歇或连续搅拌。这种设计会使固态发酵基质混合更加均匀，通过内部通风调控发酵体系内部的湿度，实现内部散热更加均匀的发酵效果。因此，在设计和操作搅拌床过程中，搅拌器的设计和操作也成为一个重要考虑因素。

1.6 摇鼓式固态发酵体系

摇鼓式固态发酵体系是一种通过自身运动引起搅拌的发酵设备，主要由3个水平放置的同心圆筒，即开孔的内圆筒、开孔的外圆筒和最外面的实壳外圆筒组成。固态发酵基质位于两个开孔的圆筒之间，并松散地排列。在发酵过程中，空气和少量的水被引入最内层的圆筒，空气径向移动，水则向下渗透到床层内。同时，发酵体系外部两个圆筒围绕中心圆筒旋转，促进床层内的混合，实现固态发酵基质的基本混匀。在此发酵体系中，通过流动的空气和水可以控制温度、湿度和氧气浓度，从而利于微生物的生长和代谢。但此发酵体系是由于自身运动引起的搅拌，效果并不理想，还需要进一步改进。

1.7 气固流化床固态发酵体系

气固流化床固态发酵体系由一个带有多孔底板的立室组成，气体从发酵床底部通入，底部还安装打散装置，可以打散结块物质使其悬浮起来，从而改善气固流化床的发酵效果。该发酵体系通气、传质、传热效果优良，有助于好氧微生物的生长，且不会出现固态发酵基质温度过高的现象。此外，该发酵体系内的固态发酵基质混合均匀，可以防止发酵过程中出现温度梯度和湿度梯度，有利于发酵工艺参数的控制。相对于其他固态发酵体系，该发酵体系的生产效率显著提高，同时还可以减少生产所占用的空间和操作费用。然而，若固态发酵基质黏度过高或粒径大小不一致，会导致发酵过程中粒子悬浮的差异，如某一直径的粒子沸腾，而另一些直径的粒子则不能沸腾，进而影响整个发酵过程的进行。为解决这个问题，可以通过优化床层厚度、空气流速等操作参数调节气固流化床固态发酵体系中床层的流态化行为。通过这些方法，可以有效地提高气固流化床固态发酵体系的稳定性和生产效率，同时还可以大幅降低生产成本。

02

影响封闭式固态发酵体系发酵性能的因素

封闭式固态发酵体系的发酵性能在很大程度上取决于诸如传质现象和生物反应速率以及有效的生物反应器系统的设计和操作等因素。“微观尺度”和“宏观尺度”被用来描述封闭式固态发酵体系内的传质。两者相互作用，需要掌握合适的平衡（图4）。只有这样才能更好地掌握生产技术，提高发酵效率。以下概述了几种对封闭式固态发酵体系生产性能较为重要的影响因素。

2.1 搅拌或混合程度

搅拌是封闭式固态发酵体系的重要参数之一，在发酵过程中，搅拌对于保证床层温度、湿度等起着重要作用。同时，搅拌还可以促进发酵体系内质量和热量传递。虽然搅拌对一些发酵过程必不可少，但搅拌的负面影响也是显而易见的，如搅拌会使菌丝断裂，影响微生物的生长，甚至影响代谢产物的合成；搅拌会使发黏的基质结成团块，使其内部缺氧。单细胞的微生物对剪切力不敏感，而大多数丝状真菌对剪切力敏感，在选用带搅拌装置的封闭式发酵体系时一定要慎重。因此，搅拌操作时除了考虑搅拌次数、搅拌时间、搅拌强度之外，还需考虑搅拌是否会影响到微生物或最终产品的产率。

2.2 颗粒大小与孔隙率

固态发酵基质的颗粒大小是其中的一个关键因素，它关系到物料的比表面积和堆积密度。好氧固态发酵过程中，微生物生长一般是从颗粒表面开始的，之后逐渐深入到颗粒内部。物料颗粒带来较大的比表面积，有利于微生物的生长和获取营养物质。不过太小的颗粒也有不利的影响，会使物料过于密实，使得氧气成为生长的限制因素。

此外，颗粒的大小也会影响固态发酵基质的孔隙率，进而影响物质传递。固态发酵基质内部的孔隙可以看作颗粒间的孔隙和颗粒内部的孔隙两部分。颗粒间的孔隙主要影响气体的扩散，这对好氧微生物尤为重要，颗粒内部的孔隙对微生物的影响则比较复杂，比如它们影响微生物产生的酶或者外加的水解酶能否渗透进入颗粒内部并发挥作用，也影响到微生物是否能够进入到颗粒内部生长。正是由于这种复杂性，固态发酵过程中孔隙率的影响尚未有成熟的理论，生产实践中，特别是酿醋等传统发酵中，工人通过经验进行控制。因此，充分理解颗粒大小和孔隙率对发酵过程的影响具有重要意义。

2.3 基质营养成分

在封闭式固态发酵体系中，固态发酵基质对微生物的生存能力有重要影响。它必须为微生物提供碳、氮、磷和微量的无机元素等必需的营养物质。这些营养物质不仅维持了微生物的生命活动，还合成了细胞外代谢产物（图5）。碳氮比也是影响微生物生长和代谢产物产量的重要因素之一。如果固态发酵基质中氮含量过高或过低，都会影响微生物的生长代谢。针对不同类型的微生物，其所需的碳氮比也不同。因此，用于培养微生物的固态发酵基质中，碳氮比应保持在合适范围内，以确保有足够的营养成分供其生长代谢所用，这样，微生物就可以在充分的营养条件下持续生长、繁殖和产生代谢产物。固态发酵基质的营养成分在封闭式固态发酵体系中扮演者重要的角色，只有在发酵过程中控制好碳氮比，才能提高发酵性能，提高生长率以及产品生产率。

2.4 温度

在封闭式固态发酵体系中，随着发酵的进行，会产生大量的代谢热。热量的多少取决于微生物的代谢活动水平。由于固态发酵基质是一种良好的导热体，热量会在基质床层中积聚。热能进出封闭式固态发酵体系与微生物的代谢活动、发酵体系的通气状况有着密切的联系。在发酵期间，需要通过传热进行温度控制。高温对微生物生长和产物形成有负面影响，低温不利于微生物生长和生化反应。由于各种发酵体系散热效率不同，所能达到的温度取决于微生物和发酵体系类型及其操作方式间的复杂作用。所以，如何控制发酵体系的温度对微生物的影响、解决基质床产热及散热的问题，对封闭式固态发酵体系生产性能的提高有着至关重要的作用。

2.5 通气

通气是封闭式固态发酵体系中非常重要的一项参数。在发酵过程中，没有自由水和稳定的混合，因此，氧气传递被限制在固态发酵基质表面而停滞不前。虽然在发酵开始时氧气和温度一致，但由于传质阻力，随着发酵的进行，会形成氧气和温度梯度。为了进行高效的固态发酵，必须尽量减小这些梯度。通气可以解决该问题，因为它可以保持封闭式固态发酵体系中的有氧条件，除去基质床内的二氧化碳，控制基质床内的温度以及保持基质床的湿度。然而，如果不饱和空气被引入封闭式固态发酵体系，会导致基质床层产生强烈的蒸发，加剧固态发酵基质的水分损失，抑制微生物生长代谢。因此，在通气过程中，必须非常注意这个问题。

2.6 微生物的选择

微生物的选择可能对封闭式固态发酵体系发酵性能的影响最重要。这不仅是因为微生物的选择决定了发酵的最终产物，还因为发酵性能随微生物的形态和生长模式而变化。例如，一些丝状真菌，如米根霉，可以形成厚厚的菌丝层，减少环境和基质之间的氧气和热量传递。而在基质中，氧的消耗和代谢热的积累使环境不利于微生物的生长，从而损害发酵的性能。因此，最佳的微生物选择将取决于固态发酵基质的类型、生长要求和目标终产物。此外，在大规模发酵过程中使用单一微生物发酵有助于提高底物利用率和最终产品的形成。

2.7 含水量与水分活度

含水量在固态发酵中有着重要的作用（图6）。通常微生物的需水量应根据水分活度而不是固体基质的含水量定义。水分活度直接影响固态发酵过程中可以生长的微生物类型和数量，从而影响着微生物代谢产物的最终产量。在固态发酵过程中，不同微生物所需水分活度不同，细菌主要生长在较高的水分活度约0.9，而酵母生长在0.8，丝状真菌适应较低的水分活度在0.6～0.7之间，通常推荐的水分活度足以使菌丝在固体基质颗粒中生长而不将颗粒分解。但是，如果水分活度较低，会对微生物的生长有显著影响，滞后时间的增加会使最终的产量降低。反之，水分活度过高会导致固态基质颗粒聚集，使氧气转移受到限制，进而导致微生物代谢产物产量的大幅度下降。所以，在固态发酵过程中，调整水分活度至合适范围非常重要。

2.8 发酵体系的自身设计

封闭式固态发酵体系完美地为微生物的生长代谢提供了合适的环境，这意味着微生物的活性在发酵过程中得到了可靠的保障。微生物是在一个封闭的体系中孵育并在最佳培养条件下进行生长。在整个发酵过程中，除了氧气，固态发酵基质上没有添加任何物质，这进一步确保微生物的生长环境维持在理想状态。尽管固态发酵基质的组成和浓度通常因微生物代谢而改变，但固态发酵体系中的一些参数，如氧气和代谢热的传递，则需要通过控制通气、搅拌、水分含量、温度和所使用的微生物和固态发酵基质的类型进行管理，以确保整个发酵过程得以顺利进行。因此，每个特定发酵过程需要进行特定的设计，并设置合适的发酵参数，以确保封闭式固态发酵体系的有效性和可靠性。

03

封闭式固态发酵体系的优化调控

封闭式固态发酵体系在发酵过程中存在着最佳工艺参数值。只有通过最佳工艺参数值才可以使细胞生长和代谢产物生产最大化。因此，利用一些手段对封闭式固态发酵体系进行优化调控显得尤为重要。

3.1 PID控制

小规模的封闭式固态发酵体系具有很高的传热能力与代谢产热速率之比，非常适合有效地排出代谢热并保持培养条件的均匀性。但是，在大规模发酵体系中要实现这一点非常困难。手动控制无法应对多变量的测量和控制，也无法有效地操控整个发酵体系。因此，必须采用一个良好的床层温度控制系统来确保固态发酵生物反应器的有效运作。温度的测量比较容易，因为温度传感器可以方便地放置于床层内需要的位置，但使床层温度恢复至设定值并非易事。

在小规模培养中，由于床层比表面积大，为保持良好的温度控制，需将发酵体系置于热调节水浴中。但是，Saucedo-Castañeda等发现，即使在体积很小的1 L封闭式固态发酵体系中，床层内部依然存在很大的温差。为解决此问题，在中试规模或工业规模的发酵体系中通常会加入冷却板去除代谢热，但冷却板的加入会增加发酵体系设计和操作的复杂性。因此，连续搅拌或周期搅拌对发酵体系是一个方便的选择，它对于降低床层内的温度梯度、疏松固体基质尤为重要。然而，Nagel等的研究表明，在产热的最大阶段，连续搅拌或周期搅拌对于固体床层容积达到2 m 3 的发酵体系也起不到良好的冷却作用。因此，对于中试或工业规模的发酵体系，PID控制或基于模型的控制是更好的选择。

在大规模的发酵体系中，为了达到有效的冷却作用，可能会需要过多的搅拌，但这会导致生物体生长速率低下。因此，对流冷却非常有帮助，可以降低搅拌的频率、强度和持续性，在低床层高度时甚至可以仅通过对流冷却实现对温度的控制。然而，在许多大规模封闭式固态发酵体系中，搅拌和对流冷却无法移除多于50%的代谢热，而剩余的50%的热量只能通过其他方式去除。因此，蒸发冷却是最有效的去除代谢热的方式。当大规模封闭式固态发酵体系使用蒸发冷却方式时，过程的动态响应和控制组态会变得非常复杂。通常仅用PID算法无法控制此类过程，并且这个过程需要较长时间响应操作变量的变化，给PID整定带来很大的困难。此外，系统的动态响应是非线性的，在整个发酵时间内发酵体系的响应并不一致。这种情况会导致PID的整定参数只适用于一段时间，所以需要经常更改PID的参数设置。为了在这些复杂情况下达到最优性能，基于模型的控制方法是必要的。

3.2 数学建模优化

数学建模是优化生物过程的必要工具。数学模型不仅可以指导封闭式固态发酵体系的设计和操作，而且还可以为发酵体系内的各种现象如何结合起来控制整体过程提供见解。Rudakiya通过数学模型模拟了固态发酵体系中的耗氧、产热和细胞生长。该模型模拟显示，由于伴随固态发酵过程的同时传热和传质现象，细胞生长受到明显的限制，在发酵的不同阶段，传热和传质现象造成的限制程度也有所不同。该模型将有助于更好地了解固态发酵的迁移过程，从而有助于封闭式固态发酵体系的优化设计。Casciatori等提出了一个描述填充床固态发酵体系内传热传质的两相二维模型。该模型考虑了大多数发生在固相和气相中的轴向和径向传输机制。结果表明，发酵体系入口附近的基质干燥不利于真菌生长。对于小直径填充床固态发酵体系，夹套对散热起重要作用；对于大直径填充床固态发酵体系，径向散热可以忽略不计。这项工作显示了数学建模的好处，因为通过模拟研究的许多不同的操作条件在大规模固态发酵体系中进行实验在经济上是不可行的。所获得的结果为这种大规模的实验工作奠定了良好的基础。

目前，数学模型已经达到了成熟的程度，这使得在大型固态发酵体系的构建中使用数学模型不仅是可能的，而且是必要的，只有在设计过程中和优化操作中使用数学模型作为工具，固态发酵体系才能充分发挥其潜力，从而最大限度地提高固态发酵工艺的经济性能。

04

封闭式固态发酵体系在食醋酿造中的应用

4.1 食醋固态酿造技术现状及存在问题

我国传统固态酿造食醋香气浓郁、口感柔和、营养丰富，成为百姓日常生活必需品，市场销量持续增长，镇江香醋、山西老陈醋、四川保宁醋等是其中的典型代表。我国传统固态食醋主要以大米、高粱为主要原料，经乙醇发酵、醋酸发酵和后熟陈酿等步骤酿制而成。其中，醋酸发酵是关键步骤，醋醅中配有较多的疏松料，醋醅呈蓬松的固态，其中容纳着一定的空气和水，是一个由固、液、气三相构成的适合于多种微生物生长繁殖的环境，在这个过程中涉及到复杂的微生物群落共同协作，将原料中的碳水化合物、蛋白质等底物转化为有机酸、氨基酸等风味物质，使产品醋酸含量虽高，却无尖锐刺激感，而给人以柔和、醇厚、绵长、协调的舒适感，其品质远非其他工艺所能及。但我国传统固态食醋的酿造在开放式固态发酵体系中进行，温度、溶氧、湿度等环境条件通过影响醋醅中的菌群结构，进而导致产品风味品质不稳定。

长期生产结果表明，冬季和春季酿造的食醋总酸含量高、出品率高，但有机酸中乙酸占比高，口感刺激，柔和性差；夏季生产的食醋不挥发酸含量高、口感柔和，但出品率低，特别是杂菌大量生长，成品有轻微异味；秋季酿造的食醋出品率虽然不是最高，但整体风味品质较好。因此，如何实现风味品质和食醋出品率的平衡是当前诸多食醋生产公司亟待解决的问题之一。虽然我国的食醋酿造历史悠久，传承深厚，但目前仍未实现普遍的机械化和自动化，无法满足现代产业的发展需求。为解决这些问题，需要研究一种能够集食醋发酵各环节于一体，随时调节发酵环境温度和氧气浓度的先进设备，以提高食醋产业现代化水平。

4.2 封闭式固态酿醋体系的设计与应用

在开放式条件下，传统固态酿造食醋品质受环境影响较大，极大程度地限制了我国传统食醋行业的发展，因此构建封闭式固态食醋酿造体系是实现食醋现代化发展的有效途径之一。目前，对于封闭式固态食醋酿造体系的构建已有一些研究和运用。

4.2.1 全自动固态酿醋体系

全自动固态酿醋体系解决了醋醅发酵不均匀、溶氧不足、发酵周期长和产品品质较差等问题，其结构特征为卧式转筒状的罐体，罐内设有螺旋翻料机构，通过减速电机带动罐体和螺旋翻料机构旋转，从而实现翻醅散热。同时，此发酵体系还配有可编程逻辑控制器（PLC）自动控制系统、温度监测装置、酒精度监测装置、酸度监测装置、氧气浓度检测装置，通过多种高精度监测装置实时监测食醋发酵的各种理化指标，准确地控制最优发酵环境。此发酵体系实现了食醋酿造的自动化、智能化，确保了食醋酿造顺利进行，降低了劳动强度，提高了生产效率，同时加强了对发酵过程的控制，降低了安全风险，具有较高的投资效益和性价比。

4.2.2 固态醋快速酿造体系

固态醋快速酿造体系主体为一个卧式圆筒，通过电机驱动罐体转动，在转动的同时，罐体内壁安装的搅拌叶片也开始工作，可以实现全面无死角的翻醅，使醋醅与氧气充分接触的同时也实现了散热。通过PLC控制系统，分别对温度、时间、定位、液位、电磁阀开关、电机的转速、正反转、料泵进行有效的智能化控制。该发酵体系可替代现有车间的食醋整套生产设备，高效实现了食醋酿造机械化、自动化，又有效减少了占地空间。并且，此固态发酵体系酿醋周期也大大缩短，由传统的20多天缩短到3～5 d，产能、效率、成本效益参数均显著提升，可为中国食醋酿造行业起到积极的推动作用。

4.2.3 双罐式固态酿醋体系

双罐式固态酿醋体系特征在于此发酵体系有两个罐体，即加料混合罐、发酵罐。加料混合罐与螺旋搅拌机构之间设有输送管，左侧设有进料管，下端与发酵罐相连。通过驱动电机带动转轴与螺旋搅拌轴对发酵原料进行搅拌，使得发酵原料充分混匀，颗粒松散，实现了发酵过程中微生物的快速生长代谢。同时，此发酵体系还配有温控器、湿度计、电磁控制阀、显示屏、调配腔等，调配腔内有不同的醋酸菌株，在电磁控制阀的控制下通过进料管与发酵罐相连，能够根据监测进行多样化发酵。此发酵体系实现了自动化控制，便于固态发酵的进行，缩短了食醋发酵周期，提高了食醋生产效率，具有广阔的应用前景。

4.2.4 萃取式固态酿醋体系

萃取式固态酿醋体系结构特征为卧式罐体，罐内设有喷淋组件、筛板和第一卫生泵。在罐体内设置筛板，以允许细小的固态发酵基质通过筛板，从而保证过滤的同时，可有效阻挡大颗粒固态发酵基质混入萃取液中，并且萃取后的萃取液可通过第一卫生泵从喷淋组件中均匀喷洒在固态发酵基质的表面，这时固态发酵基质可充当筛板的作用过滤萃取液中的细小固态发酵基质，直至萃取液澄清时自动回收萃取液，从而提高萃取效率、保证萃取液纯净度，与此同时，也可有效减少萃取过程中的水资源浪费，节省了生产成本，提高了原料利用率。

4.2.5 转筒式连续固态酿醋体系

转筒式连续固态酿醋体系采用减速电机驱动转筒旋转的方式，能够快速混合物料，同时，在转筒内部壁上的螺旋导流片的作用下实现自动搅拌，从而充分接触氧气和带走热能，实现了高效的固态醋酸发酵。此外，设备还具备一种高精度的温度传感器，可以实时监测转筒内部温度，并将数据传输给微电脑控制系统（PLC），实现了智能化的翻醅散热和实时监控温度数据。该设备结构简单、操作方便，不仅能够在酿醋生产过程中提高机器利用率，还可以解决传统固态酿醋工艺生产设备分散、利用率低的难题，推进了中国酿醋行业的升级换代发展。因此，该设备的问世给食醋发酵研究者们提供了许多启示，并为未来酿醋工业技术的革新提供了一个参考。

4.2.6 全自动滚筒式固态酿醋体系

全自动滚筒式固态酿醋体系采用夹套拨板设计，其夹套拨板内腔体通过发酵体系两端的连通管相互连接，夹套拨板不仅加固了发酵体系和搅拌物料，还可在腔体内通入适宜温度的水调节醋醅温度，保持醅温在醋酸发酵的最佳范围。此外，发酵体系还设有陀螺定子轴向、水管孔、气管孔、探视线孔，确保了发酵体系转动过程中物料不会堵塞水管、气管等。该体系相较于转筒式连续固态酿醋体系进行了改良，实现了自动进气、进水、控温等功能，并且水管、气管等部位的设置，不会影响罐体的旋转。总之，该固态醋发酵体系具有运行稳定、生产效率高、操作简便、环保节能等多种优点，是一种现代化、智能化的醋精制设备，具有广泛的应用前景和市场价值。

05

结语

本文综述了封闭式固态发酵体系的结构及特性、影响封闭式固态发酵体系发酵性能的因素、封闭式固态发酵体系的优化调控，同时介绍了封闭式固态发酵体系在食醋酿造中的应用。在过去几十年里，封闭式固态发酵体系已经取得了很大进步，在多种产品的生产中扮演着重要的角色。尽管如此，仍有一些挑战困扰着在该领域的研究人员：理解该过程的基本原理，获得准确和有意义的发酵性能测量值；实现实验结果的可重复性；完成准确的封闭式固态发酵体系设计或发酵过程中传质和传热的数学描述。其次，随着近年来相关学者将封闭式固态发酵体系应用在食醋酿造中，结合食醋酿造工艺不断地设计与改进发酵体系的构造和功能，更好地实现食醋酿造的最佳条件，使食醋酿造告别了传统酿造劳动力需求大、易污染、发酵周期长的缺点，实现了机械化、自动化、智能化的食醋酿造。自动化、智能化的食醋发酵体系一定能推动我国食醋酿造产业的改革，必定会有广阔的应用前景和发展空间。随着现代生物技术和监测手段的不断进步，相信不久之后，封闭式固态发酵体系会越来越自动化、智能化，监测工具以及自动控制系统也将进一步优化，发酵过程也能够更加精确的控制。

本文《封闭式固态发酵体系及其在食醋酿造中的应用研究进展》来源于《食品科学》2024年45卷10期310-319页. 作者：程思远，余永建，唐瑞骏，刘稼鑫，叶晓婷.DOI:10.7506/spkx1002-6630-20230529-270.点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

实习编辑：李雄；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

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