什么是發(fā)酵技術(shù)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(shù)

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(xué)和工業(yè)微生物學(xué)對(duì)發(fā)酵給出了不同的定義，從生物化學(xué)的角度來看，發(fā)酵是指在無氧條件下個(gè)有機(jī)化合物能同時(shí)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(xué)意義上典型的“發(fā)酵”。簡(jiǎn)言之，生物化學(xué)認(rèn)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(dòng)來制造產(chǎn)品的過程叫做發(fā)酵。微生物學(xué)拓寬了原發(fā)酵的定義，認(rèn)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(shù)是指以微生物為主要操作對(duì)象的生物工程技術(shù)。伴隨著生命科學(xué)與生物技術(shù)的發(fā)展，發(fā)酵技術(shù)及其相關(guān)應(yīng)用域也越來越活躍，發(fā)酵技術(shù)不僅是工業(yè)生物技術(shù)的重要組成部分，更是生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。發(fā)酵技術(shù)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?qū)l(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(huì)制作啤酒。公元前221年，我勞動(dòng)人民已經(jīng)懂得制醬、釀醋、制作豆腐?？脊虐l(fā)掘證實(shí)，龍山文化時(shí)期（距今約4200年）我已有酒器出現(xiàn)。人類祖先必須面對(duì)的項(xiàng)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)是與疾病作斗爭(zhēng)，公元10世紀(jì)，就有預(yù)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(jì)60年代，法科學(xué)巴斯德（1.Pasteur）先證實(shí)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(shù)。

19世紀(jì)末到20世紀(jì)20-30年代，發(fā)酵工業(yè)興起，這時(shí)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(shù)產(chǎn)品出現(xiàn)在20世紀(jì)40年代，以抗生素的生產(chǎn)為標(biāo)志，抗生素的出現(xiàn)為發(fā)酵工業(yè)翻開了個(gè)新的篇章，因?yàn)榭股氐拇蠊蕖o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(jià)單位為40U/nmL，純度20%，收率30%。1943年，美英科學(xué)研究用5m°的機(jī)械通風(fēng)發(fā)酵罐進(jìn)行深層通風(fēng)發(fā)酵，發(fā)酵效價(jià)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(jì)50年代初，生物轉(zhuǎn)化技術(shù)興起，即利用微生物將某種基團(tuán)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(zhuǎn)化生產(chǎn)出具有新特性的化合物。

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

20世紀(jì)70年代初，基因工程技術(shù)的成功、發(fā)展與完善，使人類按照自己的意愿設(shè)計(jì)、培養(yǎng)菌株成為可能。1977年，波義耳實(shí)驗(yàn)室先用基因操作（genetic manipulation）手段獲得了生長(zhǎng)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(jì)80年代，隨著生物技術(shù)的發(fā)展，發(fā)酵技術(shù)又有了迅猛的進(jìn)展。例如，體外DNA重組技術(shù)在微生物育種方面得到實(shí)際應(yīng)用后，就有可能按照預(yù)定的藍(lán)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。