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發(fā)酵的歷史

瀏覽次數(shù):7869發(fā)布日期:2008-12-01

發(fā)酵的歷史
  發(fā)酵現(xiàn)象早巳被人們所認(rèn)識(shí),但了解它的本質(zhì)卻是近200年來(lái)的事。英語(yǔ)中發(fā)酵一詞fermentation是從拉丁語(yǔ)fervere派生而來(lái)的,原意為“翻騰”,它描述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)生的二氧化碳所引起的。在生物化學(xué)中把酵母的無(wú)氧呼吸過(guò)程稱(chēng)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(lái)維持生命活動(dòng)的過(guò)程。發(fā)酵產(chǎn)物是指在反應(yīng)過(guò)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(guò)呼吸作用zui終生成CO2和水,而發(fā)酵zui終是獲得各種不同的代謝產(chǎn)物。因而,現(xiàn)代對(duì)發(fā)酵的定義應(yīng)該是:通過(guò)微生物(或動(dòng)植物細(xì)胞)的生長(zhǎng)培養(yǎng)和化學(xué)變化,大量產(chǎn)生和積累專(zhuān)門(mén)的代謝產(chǎn)物的反應(yīng)過(guò)程。
]發(fā)酵的定義
  漢詞“發(fā)酵”作為名詞表示一個(gè)過(guò)程,作為動(dòng)詞表示一種行動(dòng)。
  (1)微生物生理學(xué)嚴(yán)格定義的“發(fā)酵”:
  有機(jī)物被生物體氧化降解成氧化產(chǎn)物并釋放能量的過(guò)程統(tǒng)稱(chēng)為生物氧化。
  微生物生理學(xué)把生物氧化區(qū)分為呼吸和發(fā)酵,呼吸又可進(jìn)一步區(qū)分為有氧呼吸和無(wú)氧呼吸。因此,發(fā)酵是生物氧化的一種方式。
  發(fā)酵是這樣一種生物氧化方式:在沒(méi)有外源zui終電子受體的條件下,化能異養(yǎng)型微生物細(xì)胞對(duì)能源有機(jī)化合物的氧化與內(nèi)源的(已經(jīng)經(jīng)過(guò)該細(xì)胞代謝的)有機(jī)化合物的還原相耦合,一般并不發(fā)生經(jīng)包含細(xì)胞色素等的電子傳遞鏈上的電子傳遞和電子傳遞磷酸化,而是通過(guò)底物(激酶的底物)水平磷酸化來(lái)獲得代謝能ATP;能源有機(jī)化合物釋放的電子的一級(jí)電子載體NAD,以NADH的形式直接將電子交給內(nèi)源的有機(jī)電子受體而再生成NAD,同時(shí)將后者還原成發(fā)酵產(chǎn)物(不*氧化的產(chǎn)物)。
  細(xì)胞中的NAD是有限的,如果作為一級(jí)電子載體的輔酶NAD不能得到再生,就不能被回用,有效的電子載體就會(huì)愈來(lái)愈少,脫氫反應(yīng)就不能持續(xù)進(jìn)行下去了。因此輔酶NAD的再生是生物氧化(包括發(fā)酵)繼續(xù)進(jìn)行下去的必要條件。
  (2)工業(yè)生產(chǎn)上定義的發(fā)酵——“工業(yè)發(fā)酵”
  工業(yè)生產(chǎn)上籠統(tǒng)地把一切依靠微生物的生命活動(dòng)而實(shí)現(xiàn)的工業(yè)生產(chǎn)均稱(chēng)為“發(fā)酵”。這樣定義的發(fā)酵就是“工業(yè)發(fā)酵”。工業(yè)發(fā)酵要依靠微生物的生命活動(dòng),生命活動(dòng)依靠生物氧化提供的代謝能來(lái)支撐,因此工業(yè)發(fā)酵應(yīng)該覆蓋微生物生理學(xué)中生物氧化的所有方式:有氧呼吸、無(wú)氧呼吸和發(fā)酵。
  近百年來(lái),隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,發(fā)酵技術(shù)發(fā)生了劃時(shí)代的變革,已經(jīng)從利用自然界中原有的微生物進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)的階段進(jìn)入到,按照人的意愿改造成具有特殊性能的微生物以生產(chǎn)人類(lèi)所需要的發(fā)酵產(chǎn)品的新階段。
  (3) 專(zhuān)業(yè)詞匯“發(fā)酵(fermentation)”
  “發(fā)酵”這個(gè)詞匯在生活中往往是人聯(lián)想到發(fā)面制作大餅、油條、饅頭、包子,或者聯(lián)想到食品酸敗物品霉?fàn)€。
  “發(fā)酵”作為專(zhuān)業(yè)詞匯其含義不但覆蓋發(fā)面制作大餅、油條、饅頭、包子,更重要的是指用發(fā)酵的手段工業(yè)化生產(chǎn)酒及酒*料、食品及食品添加劑、飼料及飼料添加劑、藥品、化工材料等等。
發(fā)酵的特點(diǎn)
  發(fā)酵和其他化學(xué)工業(yè)的zui大區(qū)別在于它是生物體所進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)。其主要特點(diǎn)如下:
  1,發(fā)酵過(guò)程一般來(lái)說(shuō)都是在常溫常壓下進(jìn)行的生物化學(xué)反應(yīng),反應(yīng)安全,要求條件也比較簡(jiǎn)單。
  2,發(fā)酵所用的原料通常以淀粉、糖蜜或其他農(nóng)副產(chǎn)品為主,只要加入少量的有機(jī)和無(wú)機(jī)氮源就可進(jìn)行反應(yīng)。微生物因不同的類(lèi)別可以有選擇地去利用它所需要的營(yíng)養(yǎng)。基于這—特性,可以利用廢水和廢物等作為發(fā)酵的原料進(jìn)行生物資源的改造和更新。
  3,發(fā)酵過(guò)程是通過(guò)生物體的自動(dòng)調(diào)節(jié)方式來(lái)完成的,反應(yīng)的專(zhuān)一性強(qiáng),因而可以得到較為單—的代謝產(chǎn)物。
  4,由于生物體本身所具有的反應(yīng)機(jī)制,能夠?qū)R恍缘睾透叨冗x擇性地對(duì)某些較為復(fù)雜的化合物進(jìn)行特定部位地氧化、還原等化學(xué)轉(zhuǎn)化反應(yīng),也可以產(chǎn)生比較復(fù)雜的高分子化合物。
  5,發(fā)酵過(guò)程中對(duì)雜菌污染的防治至關(guān)重要。除了必須對(duì)設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)格消毒處理和空氣過(guò)濾外,反應(yīng)必須在無(wú)菌條件下進(jìn)行。如果污染了雜菌,生產(chǎn)上就要遭到巨大的經(jīng)濟(jì)損失,要是感染了噬菌體,對(duì)發(fā)酵就會(huì)造成更大的危害。因而維持無(wú)菌條件是發(fā)酵成敗的關(guān)鍵。
  6,微生物菌種是進(jìn)行發(fā)酵的根本因素,通過(guò)變異和菌種篩選,可以獲得高產(chǎn)的優(yōu)良菌株并使生產(chǎn)設(shè)備得到充分利用,也可以因此獲得按常規(guī)方法難以生產(chǎn)的產(chǎn)品。
  7,工業(yè)發(fā)酵與其他工業(yè)相比,投資少,見(jiàn)效快,開(kāi)可以取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
  基于以上特點(diǎn),工業(yè)發(fā)酵日益引起人們重視。和傳統(tǒng)的發(fā)酵工藝相比,現(xiàn)代發(fā)酵工程除了上述的發(fā)酵特征之外更有其*性。除了使用微生物外,還可以用動(dòng)植物細(xì)胞和酶,也可以用人工構(gòu)建的“工程菌’來(lái)進(jìn)行反應(yīng);反應(yīng)設(shè)備也不只是常規(guī)的發(fā)酵罐,而是以各種各樣的生物反應(yīng)器而代之,自動(dòng)化連續(xù)化程度高,使發(fā)酵水平在原有基礎(chǔ)上有所提高和和創(chuàng)新。
[編輯本段]發(fā)酵的類(lèi)型
  根據(jù)發(fā)酵的特點(diǎn)和微生物對(duì)氧的不同需要,可以將發(fā)酵分成若干類(lèi)型:
  1,按發(fā)酵原料來(lái)區(qū)分:糖類(lèi)物質(zhì)發(fā)酵、石油發(fā)酵及廢水發(fā)酵等類(lèi)型。
  2,按發(fā)酵產(chǎn)物來(lái)區(qū)分:如氨基酸發(fā)酵、有機(jī)酸發(fā)酵、抗生素發(fā)酵、酒精發(fā)酵、維生素發(fā)酵等。
  3,按發(fā)酵形式來(lái)區(qū)分,則有:固態(tài)發(fā)酵和深層液體發(fā)酵。
  4,按發(fā)酵工藝流程區(qū)分則有:分批發(fā)酵、連續(xù)發(fā)酵和流加發(fā)酵。
  5,按發(fā)酵過(guò)程中對(duì)氧的不同需求來(lái)分,一般可分為:厭氧發(fā)酵和通風(fēng)發(fā)酵兩大類(lèi)型。

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