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什么是發(fā)酵技術以及發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展史

、什么是發(fā)酵和發(fā)酵技術

從古到今，人們看到、吃到的很多東西，如醬油（sauce）、泡菜（pickled vegetables）、干酪（cheese）、酒精（alcohol）和現(xiàn)在普端使用的各種抗生素、各種醇等都是通過發(fā)酵的方法獲得的產(chǎn)品。那么什么是發(fā)酵？生物化學和工業(yè)微生物學對發(fā)酵給出了不同的定義，從生物化學的角度來看，發(fā)酵是指在無氧條件下個有機化合物能同時作為電子供體和終電子受體并產(chǎn)生能量的過程。例如酵母菌的乙醇發(fā)酵過程，酵母菌在無氧條件下作用于麥汁中的糖，分解糖分子并失去分子內(nèi)的電子，而電子的終受體為籍的分解產(chǎn)物乙醛，乙醛接受電子后被還原為乙醇。此過程為生物化學意義上典型的“發(fā)酵"。簡言之，生物化學認為“發(fā)酵"是酵母菌在無氧狀態(tài)下的呼吸過程，是生物獲得能量的種形式，現(xiàn)代發(fā)酵的定義則將利用微生物在有氧或無氧條件下的生命活動來制造產(chǎn)品的過程叫做發(fā)酵。微生物學拓寬了原發(fā)酵的定義，認為發(fā)酵是指通過大規(guī)模培養(yǎng)薇生物來生產(chǎn)產(chǎn)品的過程，既包括微生物的厭氧發(fā)酵也包括好氧發(fā)醉。

發(fā)酵技術是指以微生物為主要操作對象的生物工程技術。伴隨著生命科學與生物技術的發(fā)展，發(fā)酵技術及其相關應用域也越來越活躍，發(fā)酵技術不僅是工業(yè)生物技術的重要組成部分，更是生物技術產(chǎn)業(yè)化的關鍵。發(fā)酵技術在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、衛(wèi)生保健及其環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展等域將發(fā)揮巨大的作用。

二、發(fā)酵工業(yè)發(fā)展史

公元前6000年，蘇美爾人和巴比倫人已經(jīng)會制作啤酒。公元前221年，我勞動人民已經(jīng)懂得制醬、釀醋、制作豆腐。考古發(fā)掘證實，龍山文化時期（距今約4200年）我已有酒器出現(xiàn)。人類祖先必須面對的項嚴峻挑戰(zhàn)是與疾病作斗爭，公元10世紀，就有預防天花的活疫苗。1673牛，荷蘭人列文虎克（Leeuwenhoek）制成顯微鏡，先觀察到了微生物（microbe）。19世紀60年代，法科學巴斯德（1.Pasteur）先證實酒精發(fā)酵是由酵母敞引起的，其他不同的發(fā)酵產(chǎn)物是由不同的微生物作用而形成的，由此建立了純種培養(yǎng)技術。

19世紀末到20世紀20-30年代，發(fā)酵工業(yè)興起，這時期的發(fā)辭產(chǎn)品有酒精、乳酸（lactic acid）、丙酮-丁醇（acetone-butanol）、檸檬酸（citric acid）、蛋白酶（proteinase）等。

近代發(fā)酵技術產(chǎn)品出現(xiàn)在20世紀40年代，以抗生素的生產(chǎn)為標志，抗生素的出現(xiàn)為發(fā)酵工業(yè)翻開了個新的篇章，因為抗生素的大罐、無菌、深層發(fā)酵才是真正現(xiàn)代意義發(fā)酵工業(yè)的開始。初采用表面培養(yǎng)法（surface culture method）生產(chǎn)，以麩皮為培養(yǎng)基（medium），發(fā)酵效價單位為40U/nmL，純度20%，收率30%。1943年，美英科學研究用5m°的機械通風發(fā)酵罐進行深層通風發(fā)酵，發(fā)酵效價單位提高到200U/mL，純度60%，收率75%，這之后出現(xiàn)了系列的發(fā)酵產(chǎn)品，例如赤霉素、（streptomycin）、（neomycin）。

20世紀50年代初，生物轉化技術興起，即利用微生物將某種基團加人到某些大分子化合物上，由此改變這些大分子的特性，從而轉化生產(chǎn)出具有新特性的化合物。

20世紀60年代末，利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)氨基酸的技術獲得成功并迅速發(fā)展。1969年，日本科學先將固定化酶（immobilized enzyme）用于氨基酸的光學拆分。目前，人們常應用固定化異構酶（immobilized isomerase）生產(chǎn)果葡糖漿（fructose syrup）和應用固定化酰化酶（immobilized acylase）生產(chǎn)6-氨基青霉烷酸（6-amino penicillanic acid）。20世紀60年代末，人們發(fā)現(xiàn)并應用了蛋白醇和其他酶抑制劑，大地推動了生物活性物質(zhì)的尋找與開發(fā)。

20世紀70年代初，基因工程技術的成功、發(fā)展與完善，使人類按照自己的意愿設計、培養(yǎng)菌株成為可能。1977年，波義耳實驗室先用基因操作（genetic manipulation）手段獲得了生長激素釋放抑制因子的克隆。1978年，吉耳伯特（Gilbert）接著獲得了鼠胰島素（mouse insulin）的克隆。

20世紀80年代，隨著生物技術的發(fā)展，發(fā)酵技術又有了迅猛的進展。例如，體外DNA重組技術在微生物育種方面得到實際應用后，就有可能按照預定的藍圖選育菌種來生產(chǎn)所需要的產(chǎn)物，這類菌種被稱為“工程菌"。工程菌可以生產(chǎn)般微生物所不能生產(chǎn)的產(chǎn)品，如胰島素、干擾素、超氧化物歧化酶（SOTD）等。