太阳能干燥技术在发酵剂制备中的应用：一种可持续的逆向接种发酵新方法

本研究针对西非地区传统发酵食品中微生物组成不可控、安全性差的问题，创新性地采用太阳能干燥技术处理逆向接种发酵剂（backslop culture）。通过构建本地化太阳能干燥系统，研究人员成功将LAB（乳酸菌）和酵母存活率分别维持在97.42%和81.05%，水分活度降至0.17，并验证了Midili-Kucuk模型（R2=0.998）对干燥动力学的最佳拟合效果。该研究为资源受限地区提供了低成本、可持续的发酵剂生产方案，对提升传统食品工业化水平具有重要意义。

　　

在撒哈拉以南非洲地区，谷物发酵食品是重要的膳食组成部分，但传统逆向接种发酵（backslopping）技术存在显著缺陷。这种沿用千年的方法依赖前一批次发酵物（backslop culture）作为接种源，其微生物组成受环境因素影响大，常导致产品卫生安全和品质不稳定。虽然冻干和烘箱干燥技术能改善这一问题，但其高昂的设备和能源成本（如冻干需-80°C条件）在电力供应不足的西非难以推广。

针对这一困境，贝宁阿波美-卡拉维大学的研究团队创新性地将太阳能干燥技术应用于发酵剂制备。他们设计了一种配备辅助热源的本地化太阳能干燥系统，通过5小时干燥过程使干燥室温度维持在45.6-59.8°C（环境温度仅30-33°C），最终获得水分含量9.2%、水分活度0.17的干燥发酵剂。该成果发表于《Applied Food Research》，为发展中国家的食品生物技术提供了重要参考。

关键技术方法包括：1）构建复合太阳能干燥系统（含预热室和干燥室）；2）使用含6株功能菌株（3株LAB和3株酵母）的模型发酵面团；3）基于Fick第二定律计算有效水分扩散系数（2.42×10^-9 m²/s）；4）采用10种薄层干燥模型拟合干燥动力学；5）通过pH值、可滴定酸度和微生物计数评估发酵性能。

【干燥参数变化】
干燥系统产生显著温梯度，内部温度较环境高15-27°C。湿度传感器与水分分析仪数据高度相关（R²=0.99），但传感器存在3.02%的系统性低估。系统能耗为3521.23 kJ，水分扩散效率与食品材料典型值（1.33×10^-10-1.935×10^-8 m²/s）相当。

【干燥动力学】
干燥过程呈现三阶段特征：初始表面水分蒸发（0-1h，干燥速率4.5 g/h）、快速内部脱水（1-3h，速率峰值20.4 g/h）和平衡阶段（3-5h，速率降至0.2 g/h）。Midili-Kucuk模型展现最优预测性能（R²=0.9978，RMSE=0.0157），其参数a=1.0004、k=0.1231、n=2.5841、b=0.0383。

【微生物存活】
LAB表现出显著耐干燥性，存活率97.42±0.15%（仅下降0.23 log CFU/g），而酵母存活率81.05±7.06%（下降1.66 log CFU/g）。这种差异可能与LAB的膜稳定机制有关，而酵母更易发生脂质过氧化。最终产品中未检出肠杆菌科细菌。

【发酵性能】
太阳能干燥发酵剂使玉米面团48小时发酵后pH降至3.87，与烘箱干燥组（pH 3.72）和自然发酵对照组（pH 3.59）相当。LAB在发酵6小时即达9.01 log CFU/g，且能有效抑制肠杆菌科生长（6小时后未检出）。

该研究首次证实太阳能干燥技术可用于功能性发酵剂的规模化制备。相比冻干（需24小时）和烘箱干燥（需39.5°C/24小时），5小时太阳能干燥即能达到相当效果，且设备成本降低80%以上。这种技术特别适合日均太阳辐射0.69-0.71 kW的西非地区，每批次可处理600g原料，满足中小规模生产需求。研究还建立了可靠的湿度传感器校正方程（y=1.01x+3.02），为资源受限地区的实时监测提供解决方案。

从可持续发展角度看，该技术每年可为西非食品企业节省约3000度电力，减少2.5吨CO₂排放。其社会意义在于：1）通过标准化发酵剂提升传统食品安全性；2）保留LAB产酸等关键功能特性；3）促进可再生能源在食品工业的应用。未来研究可聚焦于长期储存稳定性（建议Aw<0.2）和不同气候条件下的工艺优化，以进一步推动该技术的产业化应用。