项目一发酵技术的基础概述.DOC

《发酵工程》电子教材  项目一 发酵技术的基础概述 项目说明 本项目主要介绍了发酵技术的相关基础知识,包括:发酵技术的定义、发展史、发展趋势、发酵工业的特点和范围、发酵产物的类型，并且还补充了微生物代谢产物合成及调控的基础知识。旨在对发酵技术的发展、特点、应用等方面能有相对全面的认识，为本课程的学习打下基础。 基础知识 发酵技术是我国重点发展的高新技术生物的重要组成部分，生物技术产业化。发酵的定义发酵的定义1. 早期的“发酵” “发酵”（fermentation）一词最初来自拉丁语 “fervere”，意为“发泡”，用来描述作用于果汁或麦芽浸出液时产生的“发泡”现象。这种现象实际上是由于浸出液中糖在缺氧条件下被酵母菌代谢产生CO2 所引起的。而真正将发酵现象和微生物生命活动联系起来，揭示发酵原理的是“发酵之父” ──巴斯德（Pasteur），他研究了酒精发酵的生理意义，认为发酵是酵母在无氧状态下的呼吸过程，他将酒精生成过程中产生CO2而发泡的现象称为发酵。 2. “发酵”的发展 近代生物化学家与工业微生物学家对发酵有不同的理解。生物化学家更关注能量代谢，从能量代谢的角度分析，认为发酵是酵母的无氧呼吸过程，即有机化合物的分解代谢，并产生能量；而工业微生物学家则拓宽了原发酵的定义，指利用微生物代谢形成产物的过程，包括无氧过程和有氧过程，同时涉及分解代谢和合成代谢过程，而且有氧发酵在现代发酵工业中占有相当重要的地位。 目前，人们把利用微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来大量生产或积累微生物细胞、酶类和代谢产物的过程统称为发酵。 （二）发酵技术的定义 利用微生物的发酵作用，运用一些技术手段控制发酵过程，大规模生产发酵产品的技术，称为发酵技术。发酵技术是生物技术中最早发展和应用的食品加工技术之一。传统的发酵食品如酒豆豉酱酸面包腌菜腐乳干酪等。 二、发酵的发展历史 发酵本质的认识过程Gay-Lussac）证明发酵和腐烂都必需氧，也使反对意见得到支持，使斯帕兰扎尼的观点未能取胜。1837年施万（Schwann）改进了斯帕兰扎尼的实验，通入事前经过加热或“焙烧”的空气，并以青蛙仍能在其中生活，证明并未影响“活力”的存在。但施万的实验由于存在某些技术问题，结果并不稳定。因而仍有利于自然发生的观点。 法国生物学家巴斯德（Pasteur）反复试验，通过著名的曲颈瓶试验有力的证实，汤汁中的微生物不是自然发生的，而是来源于空气中已有的微生物，它们引起了有机质的腐败。巴斯德自制了一个细长而又弯曲的颈玻璃瓶，瓶内盛肉汁或其它有机物质，经加热灭菌后，经过多时仍不腐败，因为弯曲的瓶颈阻挡了外面空气中微生物的进入，而一旦打破瓶颈，有了外界微生物进入，有机质才发生腐败。 1857年，巴斯德以实验证明，要把培养基中的微生物杀灭，必须加热并要有一定的加热温度与加热时间。此外，培养基经过加热后仍然适用于微生物的繁殖。这不但为发酵的生命本质提供了有力的证据，而且为杀灭培养基中的微生物提供了理论和技术支持。同年，他又通过试验确认了各种发酵如酒精发酵、乳酸发酵等都是由各自不同的微生物作用所引起的。自此， 建立了发酵的生命理论，证明发酵是由于微生物的作用。而巴斯德也因为其在微生物发酵研究的贡献，被后人誉为“发酵之父”。 2. 关于发酵本质的酶学理论 自发酵的生命理论建立后，还有一个未能解决的问题，那就是微生物是如何起作用从而导致汤汁的腐败的？即发酵的本质。直到1897年，德国人布赫纳（Eduard Buchner）将酵母的细胞壁磨碎，得到的酵母汁仍能使糖液发酵产生酒精，他将酵母汁中的具有发酵能力的物质称为酒化酶。 由此得出结论：酵母可以产生酶，而这些酶即使离开酵母体，仍可引起酒精发酵，这就是近代酶学的基础。 至此，人们才真正认识到发酵的本质就是由微生物的生命活动所产生的酶的生物催化作用所致。 （二）发酵技术的发展史──近代发酵技术──现代发酵技术”三个发展阶段。 1. 传统发酵技术──自然发酵 发酵有着悠久的历史，人们利用微生物的代谢产物作为食品和药品，已经有几千年的历史了。据考古证实，我国在距今4000～4200年前的龙山文化已有酒器出现。3000年前，我国有用长霉的豆腐治疗皮肤病的记载。国外的发酵史也很悠久，公元前4000～3000年，古埃及人已熟悉酒、醋的酿造方法，约在公元前2000年，古希腊人和罗马人已会酿制葡萄酒。然而尽管微生物的发酵产品与人类的关系十分密切，但是在漫长的岁月中人们并不知道发酵与微生物的关系，对发酵的本质并不清楚，很难人为控制发酵过程。这个阶段的主要产品是酒精类饮料、醋、酱油、泡菜、干酪等，其特点是：发酵生产完全凭经验，口传心授，非纯种培养，而且容易染菌，产品质量不稳定，所以被称为天然发酵时期。 2. 近代发酵技术──纯培