固體含水量和水活性固態(tài)發(fā)酵涉及微生物在沒(méi)有或幾乎沒(méi)有游離小的固形物上生長(zhǎng)。當(dāng)基質(zhì)的水分含量低于12%時(shí)，微生物發(fā)酵作用即停止。固態(tài)系統(tǒng)含水量的上限即游離水開(kāi)始出現(xiàn)，是隨基質(zhì)材科的種類不同而異。所以，影響微生物生長(zhǎng)的實(shí)際因素不是含水量，而是微生物可用的水分量。可用水分量可由水活性來(lái)表示。水活性為濕固形物的水蒸汽壓與純水的蒸氣壓之比。除了基質(zhì)本身的影響外，水活性值還與溶質(zhì)的種類和數(shù)量有關(guān)。純水的水活性為1.00，水活性值隨溶質(zhì)的添加而降低。水活性值乘以100，即為與濕固體物平衡的空氣的相對(duì)濕度。因而，可用測(cè)定已由樣品充分平衡的狹小空間的相對(duì)濕度的辦法來(lái)測(cè)出水溶性。細(xì)菌和酵母的生長(zhǎng)，繁殖和移動(dòng)需要游離水，因而需要較高的水活性值的環(huán)境，而某些絲狀真菌和少數(shù)酵母可用在較低的水活性值(0.6-0.7)下明顯生長(zhǎng)。一般地說(shuō)，只有那些能耐受低水活性，并在低水活性值下生長(zhǎng)繁殖的微生物，才是固態(tài)發(fā)酵的主要微生物。在固態(tài)發(fā)酵中，把基質(zhì)水分含量控制在這些真菌能夠生長(zhǎng)，而又低于細(xì)菌生長(zhǎng)所需要的水活性值時(shí)，可以有效地控制細(xì)菌的污染。因而，很多傳統(tǒng)固態(tài)發(fā)酵相對(duì)地都不需要在嚴(yán)格無(wú)菌的條件下操作。固態(tài)發(fā)酵中真菌及其生長(zhǎng)霉菌在固體基質(zhì)上的生長(zhǎng)和瓊脂平板上生長(zhǎng)相似，生長(zhǎng)仍以菌絲頂端延伸和分枝為特征。但是由于固態(tài)發(fā)酵中使用的天然材料具有多孔多面的復(fù)雜表面，生長(zhǎng)的方向和速度就由營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的可用性和基質(zhì)的立體形狀來(lái)決定的。當(dāng)微生物生長(zhǎng)在麥麩等疏松的多孔性基質(zhì)中時(shí)，菌絲體附著在基質(zhì)表面生長(zhǎng)，并逐步充滿基質(zhì)間的空間。由于在這些空隙中沒(méi)有游離的液體，從而也沒(méi)有營(yíng)養(yǎng)物，生長(zhǎng)速度就取決于菌絲到達(dá)另一可用基質(zhì)的能力。這些都是很難用一般數(shù)學(xué)方法來(lái)精確描述的，沒(méi)有生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型可供使用。由于表面附著對(duì)真菌在固體基質(zhì)上的生長(zhǎng)有重要作用。許多絲狀真菌和酵母都分泌有黏著性的多糖。有些真菌還能形成假根，吸胞和附著胞等專門(mén)的固著結(jié)構(gòu)，另外，菌絲頂端可進(jìn)行酶消化作用，在基質(zhì)表面形成小洞，固著結(jié)構(gòu)又附著在上面，也便利于菌絲入侵基質(zhì)顆粒內(nèi)部。菌絲在基質(zhì)間的生長(zhǎng)有時(shí)會(huì)使基質(zhì)結(jié)塊。基質(zhì)被降解而變粘也會(huì)加重結(jié)塊問(wèn)題。結(jié)塊會(huì)影響空氣的流通，進(jìn)而影響菌絲在其中的生長(zhǎng)。在固態(tài)發(fā)酵中，真菌的菌絲穿插于基質(zhì)之間，使菌體生物量的測(cè)定非常困難。多數(shù)常規(guī)方法都無(wú)法使用。一般可采用氧攝入，二氧化碳排除，ATP含量和葡萄糖胺含量等方法間接反映固態(tài)培養(yǎng)物中菌體的生長(zhǎng)情況，某些酶的活性也可能同菌體量成比例。一般情況下，固態(tài)培養(yǎng)時(shí)的生長(zhǎng)速度要比液體發(fā)酵中低得多。比如在液體深層發(fā)酵中，常見(jiàn)真菌的平均菌體量倍增時(shí)間為4-8小時(shí)，而在蘑菇堆料中菌體量的倍增時(shí)間則要5.5天。本文參考《發(fā)酵微生物學(xué)》一書(shū)。