第一節(jié)　發(fā)　酵

工業(yè)發(fā)酵是利用微生物的生長和代謝活動(dòng)來生產(chǎn)各種有用物質(zhì)的一門現(xiàn)代工業(yè)，而現(xiàn)代發(fā)酵工程則是指直接把微生物（或動(dòng)植物細(xì)胞）應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的一種技術(shù)體系，是在化學(xué)工程中結(jié)合了微生物特點(diǎn)的一門學(xué)科，因而發(fā)酵工程有時(shí)也稱作微生物工程。

一、“發(fā)酵”一詞的來源

發(fā)酵現(xiàn)象早已被人們所認(rèn)識，但了解它的本質(zhì)卻是近200年的事。英語中發(fā)酵一詞“fermentation”是從拉丁語“fervere”派生而來的，原意為“翻騰”，它描述的是酵母作用于果汁或麥芽浸出液時(shí)的現(xiàn)象。沸騰現(xiàn)象是由浸出液中的糖在缺氧條件下降解而產(chǎn)生二氧化碳所引起的。在生物化學(xué)中把酵母的無氧呼吸過程稱作發(fā)酵。我們現(xiàn)在所指的發(fā)酵早已賦予了不同的含義。發(fā)酵是生命體所進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)和生理變化，是多種多樣的生物化學(xué)反應(yīng)根據(jù)生命體本身所具有的遺傳信息去不斷分解合成，以取得能量來維持生命活動(dòng)的過程。發(fā)酵產(chǎn)物是指在反應(yīng)過程當(dāng)中或反應(yīng)到達(dá)終點(diǎn)時(shí)所產(chǎn)生的能夠調(diào)節(jié)代謝使之達(dá)到平衡的物質(zhì)。實(shí)際上，發(fā)酵也是呼吸作用的一種，只不過呼吸作用最終生成CO₂和水，而發(fā)酵最終是獲得各種不同的代謝產(chǎn)物。因而，現(xiàn)在對發(fā)酵的定義應(yīng)該是：通過微生物（或動(dòng)植物細(xì)胞）的生長培養(yǎng)和化學(xué)變化，大量產(chǎn)生和積累專門的代謝產(chǎn)物的反應(yīng)過程。

二、發(fā)酵與發(fā)酵工程

1.發(fā)酵的定義

發(fā)酵分狹義的發(fā)酵和廣義的發(fā)酵。狹義“發(fā)酵”指的是生物化學(xué)或生理學(xué)上的發(fā)酵，指微生物在無氧條件下，分解各種有機(jī)物質(zhì)產(chǎn)生能量的一種方式，或者更嚴(yán)格地說，發(fā)酵是以有機(jī)物作為電子受體的氧化還原產(chǎn)能反應(yīng)。如葡萄糖在無氧條件下被微生物利用產(chǎn)生酒精并放出二氧化碳，同時(shí)獲得能量，丙酮酸被還原為乳酸而獲得能量等。廣義“發(fā)酵”指的是工業(yè)上的發(fā)酵，指利用生物細(xì)胞制造某些產(chǎn)品或凈化環(huán)境的過程，它包括厭氧培養(yǎng)的生產(chǎn)過程和通氣（有氧）培養(yǎng)的生產(chǎn)過程?，F(xiàn)在發(fā)酵技術(shù)已發(fā)展成為一門工程學(xué)科和獨(dú)立的工業(yè)，涵蓋了食品發(fā)酵（如酸奶、干酪、面包、醬腌菜等）、釀造（如啤酒、白酒、黃酒、葡萄酒等飲料酒以及醬油、醬、醋等調(diào)味品）、近代的發(fā)酵工業(yè)（如乙醇、乳酸、丙酮、丁醇等）。

2.發(fā)酵工程

發(fā)酵工程是以微生物的特定性狀和功能，通過現(xiàn)代化工程技術(shù)生產(chǎn)產(chǎn)品或直接應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)的技術(shù)體系，它是將傳統(tǒng)發(fā)酵與現(xiàn)代DNA重組、細(xì)胞融合、分子修飾和改造等技術(shù)結(jié)合并發(fā)展起來的現(xiàn)代發(fā)酵技術(shù)。發(fā)酵工程是現(xiàn)代生物技術(shù)的重要組成部分，是化學(xué)工程學(xué)和生物學(xué)相互滲透而產(chǎn)生的一門新型學(xué)科。

三、發(fā)酵工程與其他學(xué)科的關(guān)系

發(fā)酵工程是基于生物學(xué)知識和工程學(xué)概念，解決生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化中關(guān)鍵問題的一門專業(yè)核心課程，內(nèi)容涉及數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、微生物學(xué)及化工原理和工程等課程，內(nèi)容豐富、涉及面廣，不僅是工業(yè)生物技術(shù)的核心，更是生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵，因?yàn)榛蚬こ?、酶工程和?xì)胞工程等生物技術(shù)的最終成果通常都必須通過發(fā)酵才能最終實(shí)現(xiàn)。發(fā)酵雖然是古老的技術(shù)，但由于現(xiàn)代生物技術(shù)（基因工程、細(xì)胞工程、蛋白質(zhì)工程等）研究成果的轉(zhuǎn)化，為其注入新的內(nèi)容，使傳統(tǒng)的發(fā)酵工藝煥發(fā)出新的生命力。

雖然現(xiàn)代發(fā)酵工程已發(fā)展到培養(yǎng)細(xì)胞（含動(dòng)植物細(xì)胞和微生物細(xì)胞）來制得產(chǎn)物的所有過程，但已有的研究和應(yīng)用成果顯示，用于發(fā)酵技術(shù)過程最有效、最穩(wěn)定、最方便的培養(yǎng)細(xì)胞是微生物細(xì)胞。因此，目前采用的發(fā)酵技術(shù)都是圍繞微生物進(jìn)行的。

人們將生物工程劃分為基因工程、細(xì)胞工程、發(fā)酵工程、酶工程和蛋白質(zhì)工程5個(gè)方面（表1-1）。其中，發(fā)酵工程占有重要的位置?；蚬こ毯图?xì)胞工程是生物技術(shù)的主導(dǎo)方向，基因重組或細(xì)胞融合獲得的新品種，必須進(jìn)行微生物發(fā)酵和產(chǎn)物的分離純化研究，使之獲得產(chǎn)品和經(jīng)濟(jì)效益才能體現(xiàn)出生物工程的優(yōu)越性。而發(fā)酵工程和酶工程則是基因工程、細(xì)胞工程、蛋白質(zhì)工程研究成果的具體展現(xiàn)，只有通過發(fā)酵工程才能使基因工程或者細(xì)胞工程獲得的具有某種所需性狀的細(xì)菌實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，最終驗(yàn)證基因克隆或者細(xì)胞融合能否成功，從而獲得生產(chǎn)效益和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，即發(fā)酵工程是實(shí)現(xiàn)生物工程產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)。

總之，發(fā)酵工程是現(xiàn)代生物工程的重要組成部分，是生物技術(shù)實(shí)行工業(yè)化的基礎(chǔ)和必由之路。發(fā)酵工程具有連接生物技術(shù)上下游的紐帶作用，其學(xué)科地位顯而易見。