什么是发酵技术以及发酵工业的发展史

、什么是发酵和发酵技术

从古到今，人们看到、吃到的很多东西，如酱油（sauce）、泡菜（pickled vegetables）、干酪（cheese）、酒精（alcohol）和现在普端使用的各种抗生素、各种醇等都是通过发酵的方法获得的产品。那么什么是发酵？生物化学和工业微生物学对发酵给出了不同的定义，从生物化学的角度来看，发酵是指在无氧条件下个有机化合物能同时作为电子供体和终电子受体并产生能量的过程。例如酵母菌的乙醇发酵过程，酵母菌在无氧条件下作用于麦汁中的糖，分解糖分子并失去分子内的电子，而电子的终受体为籍的分解产物乙醛，乙醛接受电子后被还原为乙醇。此过程为生物化学意义上典型的“发酵”。简言之，生物化学认为“发酵”是酵母菌在无氧状态下的呼吸过程，是生物获得能量的种形式，现代发酵的定义则将利用微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制造产品的过程叫做发酵。微生物学拓宽了原发酵的定义，认为发酵是指通过大规模培养薇生物来生产产品的过程，既包括微生物的厌氧发酵也包括好氧发醉。

发酵技术是指以微生物为主要操作对象的生物工程技术。伴随着生命科学与生物技术的发展，发酵技术及其相关应用域也越来越活跃，发酵技术不仅是工业生物技术的重要组成部分，更是生物技术产业化的关键。发酵技术在工业、农业、卫生保健及其环境的可持续发展等域将发挥巨大的作用。

二、发酵工业发展史

公元前6000年，苏美尔人和巴比伦人已经会制作啤酒。公元前221年，我劳动人民已经懂得制酱、酿醋、制作豆腐。考古发掘证实，龙山文化时期（距今约4200年）我已有酒器出现。人类祖先必须面对的项严峻挑战是与疾病作斗争，公元10世纪，就有预防天花的活疫苗。1673牛，荷兰人列文虎克（Leeuwenhoek）制成显微镜，先观察到了微生物（microbe）。19世纪60年代，法科学巴斯德（1.Pasteur）先证实酒精发酵是由酵母敞引起的，其他不同的发酵产物是由不同的微生物作用而形成的，由此建立了纯种培养技术。

19世纪末到20世纪20-30年代，发酵工业兴起，这时期的发辞产品有酒精、乳酸（lactic acid）、丙酮-丁醇（acetone-butanol）、柠檬酸（citric acid）、蛋白酶（proteinase）等。

近代发酵技术产品出现在20世纪40年代，以抗生素的生产为标志，抗生素的出现为发酵工业翻开了个新的篇章，因为抗生素的大罐、无菌、深层发酵才是真正现代意义发酵工业的开始。初采用表面培养法（surface culture method）生产，以麸皮为培养基（medium），发酵效价单位为40U/nmL，纯度20%，收率30%。1943年，美英科学研究用5m°的机械通风发酵罐进行深层通风发酵，发酵效价单位提高到200U/mL，纯度60%，收率75%，这之后出现了系列的发酵产品，例如赤霉素、（streptomycin）、（neomycin）。

20世纪50年代初，生物转化技术兴起，即利用微生物将某种基团加人到某些大分子化合物上，由此改变这些大分子的特性，从而转化生产出具有新特性的化合物。

20世纪60年代末，利用微生物发酵生产氨基酸的技术获得成功并迅速发展。1969年，日本科学先将固定化酶（immobilized enzyme）用于氨基酸的光学拆分。目前，人们常应用固定化异构酶（immobilized isomerase）生产果葡糖浆（fructose syrup）和应用固定化酰化酶（immobilized acylase）生产6-氨基青霉烷酸（6-amino penicillanic acid）。20世纪60年代末，人们发现并应用了蛋白醇和其他酶抑制剂，大地推动了生物活性物质的寻找与开发。

20世纪70年代初，基因工程技术的成功、发展与完善，使人类按照自己的意愿设计、培养菌株成为可能。1977年，波义耳实验室先用基因操作（genetic manipulation）手段获得了生长激素释放抑制因子的克隆。1978年，吉耳伯特（Gilbert）接着获得了鼠胰岛素（mouse insulin）的克隆。

20世纪80年代，随着生物技术的发展，发酵技术又有了迅猛的进展。例如，体外DNA重组技术在微生物育种方面得到实际应用后，就有可能按照预定的蓝图选育菌种来生产所需要的产物，这类菌种被称为“工程菌”。工程菌可以生产般微生物所不能生产的产品，如胰岛素、干扰素、超氧化物歧化酶（SOTD）等。