浓醪发酵具有高细胞密度、高产物浓度和高生产速率等特点,是国内外发酵行业长期研究和追求的技术,也是发酵工业的发展目标和方向。与高密度培养最大的区别是浓醪发酵更注重菌体的代谢功能和发酵产物的获得,但两者之间存在一定的关系,因为较高的细胞浓度是实现代谢产物浓醪发酵的基础。例如,酒精常规发酵时的细胞密度为1.0个亿个/mL左右,而高效浓醪发酵时的细胞密度为2.0~4.0亿个/mL。
浓醪发酵并没有一个统一的标准,通常我们把发酵液中微生物菌体浓度达108~109个/mL、底物(营养物)浓度达到10%~30%,并具有较高产物浓度的发酵过程称做浓醪发酵。不同微生物菌种、不同原料和不同发酵产品的生产,浓醪发酵时产物浓度的界限存在着明显的差别,此外,随着发酵技术的不断进步,浓醪发酵的标准有逐渐提高的趋势。
与常规发酵比较,浓醪发酵具有以下优点:
①发酵速度快,设备利用高:在酒精发酵中,高效浓醪发酵的酒精生产速率为常规发酵的2~4倍;在酵母菌体培养中,高密度培养生产速率为常规培养的5倍左右。
②分离费用低,节省能源:众所周知,从高浓度的混合物中分离纯组分,所需的能耗较少。在酒精生产过程中,发酵醪酒精含量从9%(体积分数)提高到10%(体积分数),则吨酒精生产可节省蒸汽消耗约300kg,降低生产成本约50元。
③节水,减少废液排放,降低发酵废水处理费用:在酒精生产中,发酵醪酒精浓度提高1%(体积分数),吨酒精可节省工艺用水1.2~1.5t,减少酒糟排放量1.5~2.0t,节省酒精废液浓缩时的蒸汽消耗0.6~0.8t。每吨DDGS(全干燥玉米酒精糟蛋白饲料)生产成本下降约80元,废液厌氧处理时COD负荷提高10%~13%。
④产品提取收率高:在许多情况下,产品提取残余液中的产物浓度往往是不变的。在此情况下,发酵液中的产物浓度越高,其产品的提取收率就越高。如采用等电点法提取谷氨酸时,等电点废液中谷氨酸的残余浓度为13g/L。如发酵液中的谷氨酸含量为50g/L,则等电点提取收率为74%;若发酵液中谷氨酸含量提高到100g/L,则谷氨酸的提取收率为87%,提高了13%。