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Die wunderbare Welt der Feststofffermentation: Warum können Mikroorganismen auf festen Substraten gedeihen?
Mit dem Fortschritt der Biotechnologie hat die Feststofffermentation (SSF) nach und nach ihr Potenzial in verschiedenen Branchen bewiesen, von der Lebensmittelproduktion bis zur Arzneimittelherstellung, und spielt sogar in der Kosmetik- und Kraftstoffindustrie eine wichtige Rolle. Diese Technologie nutzt den Wachstumsprozess von Mikroorganismen auf festen Substraten, um verschiedene Biomoleküle zu produzieren, mit denen der steigende Bedarf der heutigen Gesellschaft an funktionellen Lebensmitteln und umweltfreundlichen Produkten gedeckt werden kann.
Feststofffermentation ist ein Verfahren, bei dem feste Kultursubstrate zum Züchten von Mikroorganismen verwendet werden, um verschiedene Biomoleküle zu produzieren, die hauptsächlich von selektiven festen Trägern stammen.
Im Vergleich zur Flüssigfermentation liegt das größte Merkmal der Feststofffermentation in der Wachstumsumgebung. Die traditionelle Flüssiggärung wird meist in großen Behältern durchgeführt und erfordert ständiges Rühren, um die Sauerstoffzufuhr zu fördern. Im Gegensatz dazu wird bei der Feststofffermentation eine Umgebung mit geringer Wasseraktivität genutzt, die ideal für Pilze ist, die eine geringe Luftfeuchtigkeit bevorzugen. In dieser Umgebung können sich Pilzhyphen frei auf der Oberfläche fester Materie ausbreiten und den benötigten Sauerstoff aus dem Luftstrom beziehen.
Dieser Ansatz eignet sich am besten dazu, den natürlichen Lebensraum von Pilzen nachzubilden und winzige biologische Systeme unter nahezu natürlichen Bedingungen gedeihen zu lassen.
Beim Prozess der Feststofffermentation ist die Wahl des richtigen Substrats entscheidend für die Qualität des Endprodukts. Beispielsweise können Reis, Weizenschalen oder andere Pflanzennebenprodukte als feste Substrate verwendet werden, um das Wachstum von Mikroorganismen zu fördern. Mikroorganismen nutzen diese komplexen organischen Substanzen als Nährstoffquellen und wandeln sie durch biochemische Reaktionen in wertvolle Metabolite um. Dadurch wird nicht nur die Ressourcennutzung verbessert, sondern auch die industrielle Nachhaltigkeit weiter gefördert.
Feststofffermentation wird in der Lebensmittelindustrie häufig eingesetzt, insbesondere in asiatischen Ländern, um traditionelle Produkte wie Sake und Sojasauce herzustellen. Auch in westlichen Ländern ist der Herstellungsprozess vieler Lebensmittel eng mit der Feststofffermentation verbunden, so beispielsweise der Reifungsprozess von Brot und Käse. Der Geschmack und die Textur dieser Lebensmittel entstehen häufig durch die Fermentation von Mikroorganismen auf einem festen Substrat.
Die Feststofffermentation weist nicht nur einen hervorragenden Anwendungswert in der Lebensmittelproduktion auf, sondern kann auch effektiv verschiedene Enzyme produzieren. Diese Enzyme sind in der Lage, komplexe Biomoleküle abzubauen und werden in zahlreichen Branchen eingesetzt, unter anderem bei der Verarbeitung von Obst und Gemüse, der Verbesserung von Tierfutter und sogar bei der Herstellung von Biokraftstoffen.
Mit fortschreitender Industrialisierung hat die Feststofffermentation zunehmend ihre wirtschaftlichen und umweltfreundlichen Vorteile gezeigt. Zu seinen Vorteilen zählen ein geringerer Wasserverbrauch, reduzierte Kosten für die Abwasserbehandlung und ein niedrigerer Energieverbrauch. Darüber hinaus erfordert die Durchführung der Feststofffermentation nicht unbedingt eine vollständig sterile Umgebung. Es ist lediglich eine vorläufige Desinfektion der Matrix erforderlich, um das Wachstum schädlicher Bakterien bei schneller mikrobieller Vermehrung zu begrenzen und die Sicherheit des Produkts zu gewährleisten.
Zukunftsaussichten
Angesichts wirtschaftlicher Veränderungen und eines zunehmenden Umweltbewusstseins werden die Aussichten für die Feststofffermentation immer besser. Viele Maschinenbauunternehmen aus Asien haben eine neue Gerätegeneration entwickelt, wodurch die SSF-Technologie breitere Anwendungsmöglichkeiten bietet. Die Geräte von Fujiwara können Substratflächen von bis zu 400 Quadratmetern verarbeiten und erleichtern so die Herstellung traditioneller Sojasauce oder Sake. Seit 1980 konzentriert sich Lyven auf die Produktion von Pektinase und Hemicellulase aus Zuckerrübenschnitzeln und Weizenkleie und hat an globalen SSF-Technologieforschungsprogrammen teilgenommen.
Während die Welt weiterhin nach nachhaltiger Entwicklung und einer regenerativen Wirtschaft strebt, hat die Feststofffermentation der traditionellen Fertigung neue Vitalität verliehen. Wird diese Technologie in Zukunft ihr Potenzial in noch mehr Bereichen entfalten und die verschiedenen Herausforderungen der Globalisierung lösen können?
