發(fā)酵與釀造工藝學(xué)

1、生物發(fā)酵技術(shù)生物發(fā)酵技術(shù)信陽(yáng)農(nóng)專生物技術(shù)系信陽(yáng)農(nóng)專生物技術(shù)系授課人：王家東授課人：王家東第一章 緒論 一、發(fā)酵與釀造技術(shù)的歷史一、發(fā)酵與釀造技術(shù)的歷史 二、發(fā)酵與釀造技術(shù)特點(diǎn)以及與現(xiàn)代生二、發(fā)酵與釀造技術(shù)特點(diǎn)以及與現(xiàn)代生物技術(shù)的關(guān)系物技術(shù)的關(guān)系 三、發(fā)酵與釀造技術(shù)的研究對(duì)象三、發(fā)酵與釀造技術(shù)的研究對(duì)象 四、發(fā)酵與釀造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)四、發(fā)酵與釀造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 一、發(fā)酵與釀造技術(shù)的歷史一、發(fā)酵與釀造技術(shù)的歷史發(fā)酵的英文發(fā)酵的英文“fermentation”是從拉丁語(yǔ)是從拉丁語(yǔ)“ferver”即即“發(fā)泡發(fā)泡”、“翻涌翻涌”派生而來(lái)的，。派生而來(lái)的，。人類利用微生物進(jìn)行食品發(fā)酵與釀造已有數(shù)千人類利用

2、微生物進(jìn)行食品發(fā)酵與釀造已有數(shù)千年的歷史，發(fā)酵現(xiàn)象是自古以來(lái)就已被人們發(fā)年的歷史，發(fā)酵現(xiàn)象是自古以來(lái)就已被人們發(fā)現(xiàn)并掌握的，但由于對(duì)發(fā)酵與釀造的主角現(xiàn)并掌握的，但由于對(duì)發(fā)酵與釀造的主角微生物缺乏認(rèn)識(shí)，發(fā)酵與釀造的本質(zhì)長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)微生物缺乏認(rèn)識(shí)，發(fā)酵與釀造的本質(zhì)長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有被揭示，始終充滿神秘色彩。因而在有被揭示，始終充滿神秘色彩。因而在19世紀(jì)世紀(jì)中葉以前，發(fā)酵與釀造業(yè)的發(fā)展極其緩慢。中葉以前，發(fā)酵與釀造業(yè)的發(fā)展極其緩慢。我國(guó)古代的釀酒作坊（漢代畫像）古埃及人釀制啤酒的場(chǎng)面古埃及人釀制啤酒的場(chǎng)面在微生物的發(fā)現(xiàn)上做出重大貢獻(xiàn)的是17世紀(jì)后葉的列文虎克(Leewehoch)，他用自制的手磨鏡，成功地制成

3、了世界上第一臺(tái)顯微鏡，在人類歷史上第一次通過(guò)顯微鏡用肉眼發(fā)現(xiàn)了單細(xì)胞生命體微生物。由于當(dāng)時(shí)“自然發(fā)生說(shuō)”盛極一時(shí)，他的發(fā)現(xiàn)并沒(méi)有受到應(yīng)有的重視。16641664年，英人虎克用于觀察霉年，英人虎克用于觀察霉菌的單筒復(fù)式顯微鏡菌的單筒復(fù)式顯微鏡直到直到19世紀(jì)中葉，巴斯德世紀(jì)中葉，巴斯德(Pasteur)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期而經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期而細(xì)致的研究之后，才有說(shuō)服力地宣告發(fā)酵是微細(xì)致的研究之后，才有說(shuō)服力地宣告發(fā)酵是微生物作用的結(jié)果。生物作用的結(jié)果。巴斯德在巴斯德瓶中加入肉汁，發(fā)現(xiàn)在加熱情巴斯德在巴斯德瓶中加入肉汁，發(fā)現(xiàn)在加熱情況下不發(fā)酵，不加熱則產(chǎn)生發(fā)酵現(xiàn)象，并詳細(xì)況下不發(fā)酵，不加熱則產(chǎn)生發(fā)酵現(xiàn)象，并詳細(xì)觀察了

4、發(fā)酵液中許許多微小生命的生長(zhǎng)情況等，觀察了發(fā)酵液中許許多微小生命的生長(zhǎng)情況等，由此他得出結(jié)論：發(fā)酵是由微生物進(jìn)行的一種由此他得出結(jié)論：發(fā)酵是由微生物進(jìn)行的一種化學(xué)變化。巴斯德認(rèn)識(shí)到這些不同類型的發(fā)酵，化學(xué)變化。巴斯德認(rèn)識(shí)到這些不同類型的發(fā)酵，是由形態(tài)上可以區(qū)別的各種特定的微生物所引是由形態(tài)上可以區(qū)別的各種特定的微生物所引起的。起的。徹底否定了自然發(fā)生說(shuō)證實(shí)發(fā)酵由微生物引起微生物學(xué)之父巴斯德的功績(jī)微生物學(xué)之父巴斯德的功績(jī)免疫學(xué)預(yù)防接種發(fā)明巴氏消毒法著名的曲頸瓶試驗(yàn)著名的曲頸瓶試驗(yàn)曲曲頸頸瓶瓶實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)其后不久，科赫(Koch)建立了單種微生物分離和純培養(yǎng)技術(shù)，利用這些技術(shù)研究炭疽病時(shí)，發(fā)現(xiàn)動(dòng)物的傳

5、染病是由特定的細(xì)菌引起的。從而得知，微生物也和高等植物一樣，可以根據(jù)它們的種屬關(guān)系明確地加以區(qū)分，從此以后，各種微生物純培養(yǎng)技術(shù)獲得成功。單種微生物單種微生物分離和純培養(yǎng)技術(shù)的建立，是食品發(fā)酵分離和純培養(yǎng)技術(shù)的建立，是食品發(fā)酵與釀造技術(shù)發(fā)展的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。與釀造技術(shù)發(fā)展的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)?？坪盏墓?jī)證實(shí)炭疽病因 炭疽桿菌, 發(fā)現(xiàn)結(jié)核病原菌結(jié)核桿菌（1905年獲諾貝爾獎(jiǎng)）科赫法則發(fā)明固體培養(yǎng)基,提出了純培養(yǎng)的概念和方法創(chuàng)造了細(xì)菌染色的方法.從動(dòng)植物的患者體內(nèi)分 離出病原物 進(jìn)行純培養(yǎng) 回接到同樣類型的動(dòng)植 物體，引起同樣的病癥 再分離得到與第二步一 致的菌系科赫法則科赫法則是偉大的德國(guó)細(xì)菌學(xué)家科赫法則是

6、偉大的德國(guó)細(xì)菌學(xué)家羅伯特羅伯特科赫科赫（Robert Robert KochKoch，1843184319101910年）提出的一套科學(xué)驗(yàn)證方法年）提出的一套科學(xué)驗(yàn)證方法, ,用以驗(yàn)證用以驗(yàn)證了細(xì)菌與病害的關(guān)系，被后人奉為傳染病病原鑒定的金科了細(xì)菌與病害的關(guān)系，被后人奉為傳染病病原鑒定的金科玉律。包括：玉律。包括：1 1、在每一病例中都出現(xiàn)這種微生物；、在每一病例中都出現(xiàn)這種微生物；2 2、要從寄主分離出這樣的微生物并在培養(yǎng)基中培養(yǎng)出、要從寄主分離出這樣的微生物并在培養(yǎng)基中培養(yǎng)出 來(lái)；來(lái)；3 3、用這種微生物的純培養(yǎng)接種健康而敏感的寄主，同樣的、用這種微生物的純培養(yǎng)接種健康而敏感的寄主，同樣的

7、 疾病會(huì)重復(fù)發(fā)生；疾病會(huì)重復(fù)發(fā)生； 4 4、從試驗(yàn)發(fā)病的寄主中能再度分離培養(yǎng)出這種微生物、從試驗(yàn)發(fā)病的寄主中能再度分離培養(yǎng)出這種微生物 來(lái)。來(lái)。小常識(shí)小常識(shí)布赫納布赫納(Buchner)闡明了微生物的化學(xué)反應(yīng)本闡明了微生物的化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)。為了把酵母提取液用于醫(yī)學(xué)，他用石英砂質(zhì)。為了把酵母提取液用于醫(yī)學(xué)，他用石英砂磨碎酵母菌細(xì)胞制成酵母汁，并加入大量砂糖磨碎酵母菌細(xì)胞制成酵母汁，并加入大量砂糖防腐，結(jié)果意外地發(fā)現(xiàn)酵母汁也有發(fā)酵現(xiàn)象，防腐，結(jié)果意外地發(fā)現(xiàn)酵母汁也有發(fā)酵現(xiàn)象，任何生物都具有引起發(fā)酵的物質(zhì)任何生物都具有引起發(fā)酵的物質(zhì)酶，從此酶，從此以后，人們用生物細(xì)胞的磨碎物研究種種反應(yīng)，以后，人們用

8、生物細(xì)胞的磨碎物研究種種反應(yīng)，從而促成了當(dāng)代生物化學(xué)的誕生，也將生物化從而促成了當(dāng)代生物化學(xué)的誕生，也將生物化學(xué)和微生物學(xué)彼此溝通起來(lái)，大大擴(kuò)展了發(fā)酵學(xué)和微生物學(xué)彼此溝通起來(lái)，大大擴(kuò)展了發(fā)酵與釀造的范圍，豐富了發(fā)酵與釀造的產(chǎn)品。與釀造的范圍，豐富了發(fā)酵與釀造的產(chǎn)品。20世紀(jì)世紀(jì)40年代，借助于抗生素工業(yè)的興起，建年代，借助于抗生素工業(yè)的興起，建立了通風(fēng)攪拌培養(yǎng)技術(shù)。成功建立起深層通氣立了通風(fēng)攪拌培養(yǎng)技術(shù)。成功建立起深層通氣培養(yǎng)法和一整套培養(yǎng)工藝，包括向發(fā)酵罐中通培養(yǎng)法和一整套培養(yǎng)工藝，包括向發(fā)酵罐中通入大量無(wú)菌空氣、通過(guò)攪拌使空氣均勻分布、入大量無(wú)菌空氣、通過(guò)攪拌使空氣均勻分布、培養(yǎng)基的滅菌和

9、無(wú)菌接種等，使微生物在培養(yǎng)培養(yǎng)基的滅菌和無(wú)菌接種等，使微生物在培養(yǎng)過(guò)程中的溫度、過(guò)程中的溫度、pH、通氣量、培養(yǎng)物的供給、通氣量、培養(yǎng)物的供給都受到嚴(yán)格的控制。這些技術(shù)極大地促進(jìn)了發(fā)都受到嚴(yán)格的控制。這些技術(shù)極大地促進(jìn)了發(fā)酵與釀造工業(yè)，各種有機(jī)酸、酶制劑、維生素、酵與釀造工業(yè)，各種有機(jī)酸、酶制劑、維生素、激素都可以借助于好氣性發(fā)酵進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。激素都可以借助于好氣性發(fā)酵進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。因而，好氣性發(fā)酵工程技術(shù)成為發(fā)酵與釀造技因而，好氣性發(fā)酵工程技術(shù)成為發(fā)酵與釀造技術(shù)發(fā)展的第二個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。術(shù)發(fā)展的第二個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。一種新技術(shù)一種新技術(shù)人工誘變育種和代謝控制發(fā)酵人工誘變育種和代謝控制發(fā)酵工程技術(shù)的誕生

10、。人們以動(dòng)態(tài)生物學(xué)和微生物工程技術(shù)的誕生。人們以動(dòng)態(tài)生物學(xué)和微生物遺傳學(xué)為基礎(chǔ)，將微生物進(jìn)行人工誘變，得到遺傳學(xué)為基礎(chǔ)，將微生物進(jìn)行人工誘變，得到適合于生產(chǎn)某種產(chǎn)品的突變株，再在人工控制適合于生產(chǎn)某種產(chǎn)品的突變株，再在人工控制的條件下培養(yǎng)，有選擇地大量生產(chǎn)人們所需要的條件下培養(yǎng)，有選擇地大量生產(chǎn)人們所需要的物質(zhì)。這一新技術(shù)首先在氨基酸生產(chǎn)上獲得的物質(zhì)。這一新技術(shù)首先在氨基酸生產(chǎn)上獲得成功，而后在核苷酸、有機(jī)酸、抗生素等其他成功，而后在核苷酸、有機(jī)酸、抗生素等其他產(chǎn)品得到應(yīng)用。產(chǎn)品得到應(yīng)用?？梢哉f(shuō)，人工誘變育種和代射可以說(shuō)，人工誘變育種和代射控制發(fā)酵工程技術(shù)是發(fā)酵與釀造技術(shù)發(fā)展的第控制發(fā)酵工程技

11、術(shù)是發(fā)酵與釀造技術(shù)發(fā)展的第三個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。三個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。生產(chǎn)廠家既想利用化學(xué)合成法降低生產(chǎn)生產(chǎn)廠家既想利用化學(xué)合成法降低生產(chǎn)成本，又想使產(chǎn)品擁有較高的質(zhì)量，于成本，又想使產(chǎn)品擁有較高的質(zhì)量，于是就采用化學(xué)合成結(jié)合微生物發(fā)酵的方是就采用化學(xué)合成結(jié)合微生物發(fā)酵的方法。如生產(chǎn)某些有機(jī)酸，先采用化學(xué)合法。如生產(chǎn)某些有機(jī)酸，先采用化學(xué)合成法合成其前體物質(zhì)，然后用微生物轉(zhuǎn)成法合成其前體物質(zhì)，然后用微生物轉(zhuǎn)化法得到最終產(chǎn)品。化法得到最終產(chǎn)品。這樣，將化學(xué)合成這樣，將化學(xué)合成與微生物發(fā)酵有機(jī)地結(jié)合起來(lái)的工程技與微生物發(fā)酵有機(jī)地結(jié)合起來(lái)的工程技術(shù)就建立起來(lái)了，這形成了發(fā)酵與釀造術(shù)就建立起來(lái)了，這形成了發(fā)酵與釀造技術(shù)發(fā)

12、展的第四個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。技術(shù)發(fā)展的第四個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。細(xì)胞融合技術(shù)，得到了許多具有特殊功細(xì)胞融合技術(shù)，得到了許多具有特殊功能和多功能的新菌株，再通過(guò)常規(guī)發(fā)酵能和多功能的新菌株，再通過(guò)常規(guī)發(fā)酵得到了許多新有用物質(zhì)。得到了許多新有用物質(zhì)?；蚬こ碳夹g(shù)，可以在體外重組生物細(xì)基因工程技術(shù)，可以在體外重組生物細(xì)胞的基因，并克隆到微生物細(xì)胞中去構(gòu)胞的基因，并克隆到微生物細(xì)胞中去構(gòu)成工程菌，利用工程菌生產(chǎn)原來(lái)微生物成工程菌，利用工程菌生產(chǎn)原來(lái)微生物不能生產(chǎn)的產(chǎn)物，如胰島素、干擾素等，不能生產(chǎn)的產(chǎn)物，如胰島素、干擾素等，使微生物的發(fā)酵產(chǎn)品大大增加。使微生物的發(fā)酵產(chǎn)品大大增加。酶工程酶工程很多產(chǎn)品還采用一步酶法轉(zhuǎn)很多產(chǎn)品還

13、采用一步酶法轉(zhuǎn)化法，即僅僅利用微生物生產(chǎn)的酶進(jìn)行化法，即僅僅利用微生物生產(chǎn)的酶進(jìn)行單一的化學(xué)反應(yīng)。例如，果葡糖槳的生單一的化學(xué)反應(yīng)。例如，果葡糖槳的生產(chǎn)，就是利用葡萄糖異構(gòu)酶將葡萄糖轉(zhuǎn)產(chǎn)，就是利用葡萄糖異構(gòu)酶將葡萄糖轉(zhuǎn)化為果糖的。化為果糖的。發(fā)酵設(shè)備發(fā)酵設(shè)備生物反應(yīng)器也不再是傳統(tǒng)生物反應(yīng)器也不再是傳統(tǒng)意義上的鋼鐵設(shè)備，昆蟲的軀體、動(dòng)物意義上的鋼鐵設(shè)備，昆蟲的軀體、動(dòng)物細(xì)胞的乳腺、植物細(xì)胞的根莖果實(shí)都可細(xì)胞的乳腺、植物細(xì)胞的根莖果實(shí)都可以看作是一種生物反應(yīng)器。以看作是一種生物反應(yīng)器?？梢哉f(shuō)，發(fā)酵和釀造技術(shù)已經(jīng)不再是單可以說(shuō)，發(fā)酵和釀造技術(shù)已經(jīng)不再是單純的微生物發(fā)酵，已擴(kuò)展到植物和動(dòng)物純的微生物發(fā)

14、酵，已擴(kuò)展到植物和動(dòng)物細(xì)胞領(lǐng)域，包括天然微生物、人工重組細(xì)胞領(lǐng)域，包括天然微生物、人工重組工程菌、動(dòng)植物細(xì)胞等生物細(xì)胞的培養(yǎng)。工程菌、動(dòng)植物細(xì)胞等生物細(xì)胞的培養(yǎng)。隨著轉(zhuǎn)基因動(dòng)植物的問(wèn)世，因此，隨著隨著轉(zhuǎn)基因動(dòng)植物的問(wèn)世，因此，隨著基因工程、細(xì)胞工程、酶工程和生化工基因工程、細(xì)胞工程、酶工程和生化工程的發(fā)展，傳統(tǒng)的發(fā)酵與釀造工業(yè)已經(jīng)程的發(fā)展，傳統(tǒng)的發(fā)酵與釀造工業(yè)已經(jīng)被賦予嶄新內(nèi)容，現(xiàn)代發(fā)酵與釀造已開(kāi)被賦予嶄新內(nèi)容，現(xiàn)代發(fā)酵與釀造已開(kāi)辟了一片嶄新領(lǐng)域。辟了一片嶄新領(lǐng)域。二、發(fā)酵與釀造技術(shù)特點(diǎn)以及與二、發(fā)酵與釀造技術(shù)特點(diǎn)以及與現(xiàn)代生物技術(shù)的關(guān)系現(xiàn)代生物技術(shù)的關(guān)系 (一一)發(fā)酵與釀造的特點(diǎn)發(fā)酵與釀造的

15、特點(diǎn) (二)發(fā)酵與釀造和現(xiàn)代生物技術(shù)的關(guān)系 (一一)發(fā)酵與釀造的特點(diǎn)發(fā)酵與釀造的特點(diǎn) 發(fā)酵對(duì)微生物學(xué)家來(lái)說(shuō)，發(fā)酵對(duì)微生物學(xué)家來(lái)說(shuō)，微生物進(jìn)行的微生物進(jìn)行的一切活動(dòng)都可以稱為發(fā)酵一切活動(dòng)都可以稱為發(fā)酵；而對(duì)生物化；而對(duì)生物化學(xué)家來(lái)說(shuō)，學(xué)家來(lái)說(shuō)，發(fā)酵僅僅是指厭氧條件下有發(fā)酵僅僅是指厭氧條件下有機(jī)化合物進(jìn)行不徹底的分解代謝釋放能機(jī)化合物進(jìn)行不徹底的分解代謝釋放能量的過(guò)程。量的過(guò)程。(一一)發(fā)酵與釀造的特點(diǎn)發(fā)酵與釀造的特點(diǎn)成分單一、風(fēng)味要求不高的產(chǎn)品，如酒精、檸成分單一、風(fēng)味要求不高的產(chǎn)品，如酒精、檸檬酸、谷氨酸、單細(xì)胞蛋白等的生產(chǎn)稱為發(fā)酵。檬酸、谷氨酸、單細(xì)胞蛋白等的生產(chǎn)稱為發(fā)酵。 釀造則是我國(guó)人們

16、對(duì)一些特定產(chǎn)品進(jìn)行發(fā)酵生釀造則是我國(guó)人們對(duì)一些特定產(chǎn)品進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)的一種叫法，通常把成分復(fù)雜、風(fēng)味要求較產(chǎn)的一種叫法，通常把成分復(fù)雜、風(fēng)味要求較高諸如黃酒、白酒、啤酒、葡萄酒等酒類以及高諸如黃酒、白酒、啤酒、葡萄酒等酒類以及醬油、醬、食醋、腐乳、豆豉、醬腌菜等副食醬油、醬、食醋、腐乳、豆豉、醬腌菜等副食佐餐調(diào)味品的生產(chǎn)稱為釀造。佐餐調(diào)味品的生產(chǎn)稱為釀造。(一一)發(fā)酵與釀造的特點(diǎn)發(fā)酵與釀造的特點(diǎn)1.安全簡(jiǎn)單安全簡(jiǎn)單 2.原料廣泛原料廣泛3.反應(yīng)專一反應(yīng)專一 4.代謝多樣代謝多樣 5.易受污染易受污染 6.菌種選育菌種選育1.安全簡(jiǎn)單 發(fā)酵與釀造過(guò)程絕大數(shù)是在常溫壓下進(jìn)發(fā)酵與釀造過(guò)程絕大數(shù)是在常溫

17、壓下進(jìn)行的，生產(chǎn)過(guò)程安全，所需的生產(chǎn)條件行的，生產(chǎn)過(guò)程安全，所需的生產(chǎn)條件比較簡(jiǎn)單。比較簡(jiǎn)單。2.原料廣泛發(fā)酵與釀造通常以淀粉、糖蜜或其他農(nóng)發(fā)酵與釀造通常以淀粉、糖蜜或其他農(nóng)副產(chǎn)品主原料，添加少量營(yíng)養(yǎng)因子，就副產(chǎn)品主原料，添加少量營(yíng)養(yǎng)因子，就可以進(jìn)行反應(yīng)了。目前，發(fā)酵與釀造的可以進(jìn)行反應(yīng)了。目前，發(fā)酵與釀造的原料范圍已大大擴(kuò)展，礦產(chǎn)資源和石油原料范圍已大大擴(kuò)展，礦產(chǎn)資源和石油產(chǎn)品都可以作為發(fā)酵與釀造的原料，甚產(chǎn)品都可以作為發(fā)酵與釀造的原料，甚至生產(chǎn)中的廢水、廢料都可以作為發(fā)酵至生產(chǎn)中的廢水、廢料都可以作為發(fā)酵與釀造的原料。與釀造的原料。 3.反應(yīng)專一食品發(fā)酵與釀造過(guò)程是通過(guò)生物體的自食品發(fā)酵與

18、釀造過(guò)程是通過(guò)生物體的自動(dòng)調(diào)節(jié)方式來(lái)完成的，反應(yīng)專一性強(qiáng)。動(dòng)調(diào)節(jié)方式來(lái)完成的，反應(yīng)專一性強(qiáng)。因而，可以得到較為單一的代謝產(chǎn)物，因而，可以得到較為單一的代謝產(chǎn)物，避免不利或有害副產(chǎn)物混雜其中。避免不利或有害副產(chǎn)物混雜其中。 4.代謝多樣由于各種各樣生物體代謝方式、代謝過(guò)由于各種各樣生物體代謝方式、代謝過(guò)程的多樣化，以及生物體化學(xué)反應(yīng)的高程的多樣化，以及生物體化學(xué)反應(yīng)的高度選擇性，即使是極其復(fù)雜的高分子化度選擇性，即使是極其復(fù)雜的高分子化合物，也能在自然界找到所需的代謝產(chǎn)合物，也能在自然界找到所需的代謝產(chǎn)物。因而，發(fā)酵與釀造適應(yīng)的范圍非常物。因而，發(fā)酵與釀造適應(yīng)的范圍非常廣。廣。5.易受污染由于發(fā)

19、酵培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)豐富，各種來(lái)源的由于發(fā)酵培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)豐富，各種來(lái)源的微生物都很容易生長(zhǎng)，發(fā)酵與釀造過(guò)程微生物都很容易生長(zhǎng)，發(fā)酵與釀造過(guò)程要嚴(yán)格控制雜菌污染，有許多產(chǎn)品必須要嚴(yán)格控制雜菌污染，有許多產(chǎn)品必須在密閉條件下進(jìn)行發(fā)酵，在接種前設(shè)備在密閉條件下進(jìn)行發(fā)酵，在接種前設(shè)備和培養(yǎng)基必須滅菌，反應(yīng)過(guò)程中所需空和培養(yǎng)基必須滅菌，反應(yīng)過(guò)程中所需空氣或流加營(yíng)養(yǎng)物必須保持無(wú)菌狀態(tài)。發(fā)氣或流加營(yíng)養(yǎng)物必須保持無(wú)菌狀態(tài)。發(fā)酵過(guò)程避免雜菌污染是發(fā)酵成功的關(guān)鍵。酵過(guò)程避免雜菌污染是發(fā)酵成功的關(guān)鍵。6.菌種選育發(fā)酵與釀造最重要的因素是菌種，通過(guò)發(fā)酵與釀造最重要的因素是菌種，通過(guò)各種菌種選育手段得到高產(chǎn)的優(yōu)良菌種，各種菌種選

20、育手段得到高產(chǎn)的優(yōu)良菌種，是能否創(chuàng)造顯著經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵。另外，是能否創(chuàng)造顯著經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵。另外，生產(chǎn)過(guò)程中菌種會(huì)不斷地變異，因此，生產(chǎn)過(guò)程中菌種會(huì)不斷地變異，因此，自始至終都要進(jìn)行菌種的選育和優(yōu)化工自始至終都要進(jìn)行菌種的選育和優(yōu)化工作，以保持菌種的基本特征和優(yōu)良性狀。作，以保持菌種的基本特征和優(yōu)良性狀。 (二)發(fā)酵與釀造和現(xiàn)代生物技術(shù)的關(guān)系現(xiàn)代生物技術(shù)即應(yīng)用生物體現(xiàn)代生物技術(shù)即應(yīng)用生物體(微生物、動(dòng)物細(xì)微生物、動(dòng)物細(xì)胞、植物細(xì)胞胞、植物細(xì)胞)或其組成部分或其組成部分(細(xì)胞器、酶細(xì)胞器、酶)，在，在最適合條件下，生產(chǎn)有價(jià)值的產(chǎn)物，或進(jìn)行有最適合條件下，生產(chǎn)有價(jià)值的產(chǎn)物，或進(jìn)行有益過(guò)程的技術(shù)。它

21、是一門涉及分子生物學(xué)、細(xì)益過(guò)程的技術(shù)。它是一門涉及分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)、微生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、胞生物學(xué)、遺傳學(xué)、微生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、工程學(xué)的多學(xué)科、綜合性的科學(xué)技術(shù)。生物技工程學(xué)的多學(xué)科、綜合性的科學(xué)技術(shù)。生物技術(shù)是靠基因工程、細(xì)胞工程、發(fā)酵工程、酶工術(shù)是靠基因工程、細(xì)胞工程、發(fā)酵工程、酶工程和生化工程這五大技術(shù)體系支撐起來(lái)的。這程和生化工程這五大技術(shù)體系支撐起來(lái)的。這五大技術(shù)體系的關(guān)系見(jiàn)圖五大技術(shù)體系的關(guān)系見(jiàn)圖1-1。 (二)發(fā)酵與釀造和現(xiàn)代生物技術(shù)的關(guān)系現(xiàn)代發(fā)酵技術(shù)已超越了微生物工程的范現(xiàn)代發(fā)酵技術(shù)已超越了微生物工程的范疇。由此可見(jiàn)，發(fā)酵工程疇。由此可見(jiàn)，發(fā)酵工程(包括酶工

22、程包括酶工程)與與細(xì)胞工程、基因工程誰(shuí)也離不開(kāi)誰(shuí)，發(fā)細(xì)胞工程、基因工程誰(shuí)也離不開(kāi)誰(shuí)，發(fā)酵工程（包括酶工程）需要基因工程、酵工程（包括酶工程）需要基因工程、細(xì)胞工程為他提供最良好的生物細(xì)胞細(xì)胞工程為他提供最良好的生物細(xì)胞（或酶），而基因工程、細(xì)胞工程得到（或酶），而基因工程、細(xì)胞工程得到的最良好的細(xì)胞的最良好的細(xì)胞(或酶或酶)必須要經(jīng)過(guò)發(fā)酵工必須要經(jīng)過(guò)發(fā)酵工程程(包括酶工程包括酶工程)才能實(shí)現(xiàn)其價(jià)值。才能實(shí)現(xiàn)其價(jià)值。(二)發(fā)酵與釀造和現(xiàn)代生物技術(shù)的關(guān)系若采用的生物催化劑是酶、休止細(xì)胞、死細(xì)胞若采用的生物催化劑是酶、休止細(xì)胞、死細(xì)胞或固定化細(xì)胞，則反應(yīng)系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，只需考或固定化細(xì)胞，則反應(yīng)系統(tǒng)比

23、較簡(jiǎn)單，只需考慮溫度、慮溫度、PH等容易控制的條件。若采用的是等容易控制的條件。若采用的是生物活細(xì)胞，則要為該細(xì)胞提供最優(yōu)生長(zhǎng)、最生物活細(xì)胞，則要為該細(xì)胞提供最優(yōu)生長(zhǎng)、最優(yōu)形成產(chǎn)物的可控系統(tǒng)和環(huán)境，使溫度、優(yōu)形成產(chǎn)物的可控系統(tǒng)和環(huán)境，使溫度、pH、通氣、攪拌、罐壓、溶解氧、二氧化碳含量等通氣、攪拌、罐壓、溶解氧、二氧化碳含量等物理、化學(xué)條件得到有效的維持和控制，從而物理、化學(xué)條件得到有效的維持和控制，從而使該生物細(xì)胞呈現(xiàn)出最佳的性能，生成和積累使該生物細(xì)胞呈現(xiàn)出最佳的性能，生成和積累大量產(chǎn)物。這就充分反映出生化工程是發(fā)酵工大量產(chǎn)物。這就充分反映出生化工程是發(fā)酵工程轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力必不可少的重要環(huán)節(jié)

24、。程轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力必不可少的重要環(huán)節(jié)。三、發(fā)酵與釀造技術(shù)的研究對(duì)象三、發(fā)酵與釀造技術(shù)的研究對(duì)象 (一)按產(chǎn)業(yè)部門來(lái)分 (二)按產(chǎn)品性質(zhì)來(lái)分 (一)按產(chǎn)業(yè)部門來(lái)分(1)釀酒工業(yè)釀酒工業(yè)(黃酒、啤酒、白酒、葡萄等黃酒、啤酒、白酒、葡萄等)；(2)傳統(tǒng)釀造工業(yè)傳統(tǒng)釀造工業(yè)(醬、醬油、食醋、腐乳、豆醬、醬油、食醋、腐乳、豆豉、酸乳等豉、酸乳等)；(3)有機(jī)酸發(fā)酵工業(yè)有機(jī)酸發(fā)酵工業(yè)(檸檬酸、蘋果酸、葡萄糖檸檬酸、蘋果酸、葡萄糖酸等酸等)；(4)酶制劑發(fā)酵工業(yè)酶制劑發(fā)酵工業(yè)(淀粉酶、蛋白酶等淀粉酶、蛋白酶等)；(5)氨基酸發(fā)酵工業(yè)氨基酸發(fā)酵工業(yè)(谷氨酸、賴氨酸等谷氨酸、賴氨酸等)；(一)按產(chǎn)業(yè)部門來(lái)分(6)

25、功能性食品生產(chǎn)工業(yè)功能性食品生產(chǎn)工業(yè)(低聚糖、真菌多糖、低聚糖、真菌多糖、紅曲等紅曲等)；(7)食品添加劑生產(chǎn)工業(yè)食品添加劑生產(chǎn)工業(yè)(黃原膠、海藻糖等黃原膠、海藻糖等)；(8)菌體制造工業(yè)菌體制造工業(yè)(單細(xì)胞蛋白、酵母等單細(xì)胞蛋白、酵母等)；(9)維生素發(fā)酵工業(yè)維生素發(fā)酵工業(yè)(維生素維生素B2、維生素、維生素B12等等)；(10)核苷酸發(fā)酵工業(yè)核苷酸發(fā)酵工業(yè)(ATP、IMP、GMP等等)。(二)按產(chǎn)品性質(zhì)來(lái)分1.生物代謝產(chǎn)物發(fā)酵生物代謝產(chǎn)物發(fā)酵 2.酶制劑發(fā)酵酶制劑發(fā)酵 3.生物轉(zhuǎn)化發(fā)酵生物轉(zhuǎn)化發(fā)酵 4.菌體制造菌體制造 1.生物代謝產(chǎn)物發(fā)酵 生物細(xì)胞將外界物質(zhì)吸收到體內(nèi)，一面進(jìn)行分生物細(xì)胞將

26、外界物質(zhì)吸收到體內(nèi)，一面進(jìn)行分解代謝解代謝(異化作用異化作用)，一面又利用分解代謝中間，一面又利用分解代謝中間代謝產(chǎn)物及能量去合成代謝產(chǎn)物及能量去合成(同化作用同化作用)體內(nèi)所需成體內(nèi)所需成分，這一過(guò)程稱為新陳代謝。在代謝過(guò)程中，分，這一過(guò)程稱為新陳代謝。在代謝過(guò)程中，生物體進(jìn)行著復(fù)雜的生物合成，獲得了許多重生物體進(jìn)行著復(fù)雜的生物合成，獲得了許多重要的代謝產(chǎn)物。以生物體代謝產(chǎn)物為產(chǎn)品的發(fā)要的代謝產(chǎn)物。以生物體代謝產(chǎn)物為產(chǎn)品的發(fā)酵與釀造工業(yè)是該工業(yè)中數(shù)量很多、產(chǎn)量最大、酵與釀造工業(yè)是該工業(yè)中數(shù)量很多、產(chǎn)量最大、也是最重要的部分，產(chǎn)品包括初級(jí)代謝產(chǎn)物、也是最重要的部分，產(chǎn)品包括初級(jí)代謝產(chǎn)物、中間代

27、謝產(chǎn)物和次級(jí)代謝產(chǎn)物。中間代謝產(chǎn)物和次級(jí)代謝產(chǎn)物。 2.酶制劑發(fā)酵利用發(fā)酵法制備和生產(chǎn)并提取微生物產(chǎn)生的各利用發(fā)酵法制備和生產(chǎn)并提取微生物產(chǎn)生的各種酶，已是當(dāng)今發(fā)酵工業(yè)的重要組成部分。工種酶，已是當(dāng)今發(fā)酵工業(yè)的重要組成部分。工業(yè)用酶大多來(lái)自于微生物發(fā)酵生產(chǎn)的酶，如：業(yè)用酶大多來(lái)自于微生物發(fā)酵生產(chǎn)的酶，如：-淀粉酶、淀粉酶、-淀粉酶、葡萄糖苷酶、支鏈淀粉淀粉酶、葡萄糖苷酶、支鏈淀粉酶、轉(zhuǎn)化酶、葡萄糖異構(gòu)酶、纖維素酶，堿性酶、轉(zhuǎn)化酶、葡萄糖異構(gòu)酶、纖維素酶，堿性蛋白酶、酸性蛋白酶、中性蛋白酶，果膠酶，蛋白酶、酸性蛋白酶、中性蛋白酶，果膠酶，脂肪酶，凝乳酶，過(guò)氧化氫酶，青霉素?；?，脂肪酶，凝乳酶，

28、過(guò)氧化氫酶，青霉素?；?，膽固醇氧化酶，葡萄糖氧化酶，氨基?；傅取Ｄ懝檀佳趸?，葡萄糖氧化酶，氨基?；傅?。利用微生物生產(chǎn)的胞內(nèi)酶或胞外酶加以分離提利用微生物生產(chǎn)的胞內(nèi)酶或胞外酶加以分離提取得到的酶制劑?，F(xiàn)在已有很多酶制劑被加工取得到的酶制劑?，F(xiàn)在已有很多酶制劑被加工成固定化酶，使酶制劑行業(yè)前進(jìn)一大步。成固定化酶，使酶制劑行業(yè)前進(jìn)一大步。3.生物轉(zhuǎn)化發(fā)酵 生物轉(zhuǎn)化是指利用生物細(xì)胞中的一種或生物轉(zhuǎn)化是指利用生物細(xì)胞中的一種或多種酶，作用于一些化合物的特定部位多種酶，作用于一些化合物的特定部位(基團(tuán)基團(tuán))，使它轉(zhuǎn)變成結(jié)構(gòu)相類似但具有更，使它轉(zhuǎn)變成結(jié)構(gòu)相類似但具有更大經(jīng)濟(jì)價(jià)值化合物的生化反應(yīng)。大經(jīng)

29、濟(jì)價(jià)值化合物的生化反應(yīng)?？蛇M(jìn)行的轉(zhuǎn)化反應(yīng)包括脫氫、氧化、脫可進(jìn)行的轉(zhuǎn)化反應(yīng)包括脫氫、氧化、脫水、縮合、脫羧、羥化、氨化、脫氨、水、縮合、脫羧、羥化、氨化、脫氨、異構(gòu)化等，異構(gòu)化等，4.菌體制造 這是以獲得具有特定用途的生物細(xì)胞為這是以獲得具有特定用途的生物細(xì)胞為目的產(chǎn)品的一種發(fā)酵，包括單細(xì)胞蛋白，目的產(chǎn)品的一種發(fā)酵，包括單細(xì)胞蛋白，藻類，食用菌和人、畜防治疾病用的疫藻類，食用菌和人、畜防治疾病用的疫苗，生物殺蟲劑等的生產(chǎn)。細(xì)胞物質(zhì)發(fā)苗，生物殺蟲劑等的生產(chǎn)。細(xì)胞物質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)的特點(diǎn)是細(xì)胞的生長(zhǎng)與產(chǎn)物積累酵生產(chǎn)的特點(diǎn)是細(xì)胞的生長(zhǎng)與產(chǎn)物積累呈平行關(guān)系，生長(zhǎng)速率最大時(shí)期也是產(chǎn)呈平行關(guān)系，生長(zhǎng)速率最大時(shí)期

30、也是產(chǎn)物合成速率最高階段，剛進(jìn)入生長(zhǎng)穩(wěn)定物合成速率最高階段，剛進(jìn)入生長(zhǎng)穩(wěn)定期時(shí)細(xì)胞物質(zhì)濃度最大，同時(shí)也是產(chǎn)量期時(shí)細(xì)胞物質(zhì)濃度最大，同時(shí)也是產(chǎn)量最高的收獲時(shí)期。最高的收獲時(shí)期。四、發(fā)酵與釀造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)四、發(fā)酵與釀造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) (一)利用基因工程技術(shù)，人工選育和改良菌種 (二)結(jié)合細(xì)胞工程技術(shù)，用發(fā)酵技術(shù)進(jìn)行動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng) (三)應(yīng)用酶工程技術(shù)，將固定化酶或細(xì)胞廣泛應(yīng)用于發(fā)酵與釀造工業(yè) 四、發(fā)酵與釀造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)四、發(fā)酵與釀造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)(四)重視生化工程在發(fā)酵與釀造業(yè)的應(yīng)用 (五)發(fā)酵法生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白 (六)加強(qiáng)代謝研究，進(jìn)一步搞好代謝控制，開(kāi)發(fā)更多代謝產(chǎn)品(一)利用基因工程技術(shù)，人工選育和改良菌種 基因工程是一種將目的基因從DNA上切割下來(lái)(或人工合成)，在體外將該基因連接到載體上，通過(guò)轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)導(dǎo)等手段將重組的基因組導(dǎo)入受體細(xì)胞，使后者獲得復(fù)制該基因的能力，從而達(dá)到定向改變菌種遺傳特性或創(chuàng)造新菌種的目的。這種帶有目的基因的受體