发酵与酿造工艺学
杨陵职业技术学院
应用生物技术专业
第一章 绪论
? 一、发酵与酿造技术的历史
? 二、发酵与酿造技术特点以及与现代生
物技术的关系
? 三、发酵与酿造技术的研究对象
? 四、发酵与酿造技术的发展趋势
一、发酵与酿造技术的历史
? 发酵的英文, fermentation”是从拉丁语, ferver”
即, 发泡,,, 翻涌, 派生而来的, 。 人类利
用微生物进行食品发酵与酿造已有数千年的历
史, 发酵现象是自古以来就已被人们发现并掌
握的, 但由于对发酵与酿造的主角 ——微生物缺
乏认识, 发酵与酿造的本质长时间没有被揭示,
始终充满神秘色彩 。 因而在 19世纪中叶以前,
发酵与酿造业的发展极其缓慢 。
一、发酵与酿造技术的历史
? 在微生物的发现上做出重大贡献的是 17
世纪后叶的列文虎克 (Leewehoch),他用
自制的手磨镜, 成功地制成了世界上第
一台显微镜, 在人类历史上第一次通过
显微镜用肉眼发现了单细胞生命体 ——微
生物 。 由于当时, 自然发生说, 盛极一
时, 他的发现并没有受到应有的重视 。
一、发酵与酿造技术的历史
? 直到 19世纪中叶, 巴斯德 (Pasteur)经过长期而
细致的研究之后, 才有说服力地宣告发酵是微
生物作用的结果 。
? 巴斯德在巴斯德瓶中加入肉汁, 发现在加热情
况下不发酵, 不加热则产生发酵现象, 并详细
观察了发酵液中许许多微小生命的生长情况等,
由此他得出结论：发酵是由微生物进行的一种
化学变化 。 巴斯德认识到这些不同类型的发酵,
是由形态上可以区别的各种特定的微生物所引
起的 。
一、发酵与酿造技术的历史
? 其后不久, 科赫 (Koch)建立了单种微生
物分离和纯培养技术, 利用这些技术研
究炭疽病时, 发现动物的传染病是由特
定的细菌引起的 。 从而得知, 微生物也
和高等植物一样, 可以根据它们的种属
关系明确地加以区分, 从此以后, 各种
微生物纯培养技术获得成功 。 单种微生
物分离和纯培养技术的建立, 是食品发
酵与酿造技术发展的一个转折点 。
一、发酵与酿造技术的历史
? 布赫纳 (Buchner)阐明了微生物的化学反应本质 。
为了把酵母提取液用于医学, 他用石英砂磨碎
酵母菌细胞制成酵母汁, 并加入大量砂糖防腐,
结果意外地发现酵母汁也有发酵现象, 任何生
物都具有引起发酵的物质 ——酶, 从此以后, 人
们用生物细胞的磨碎物研究种种反应, 从而促
成了当代生物化学的诞生, 也将生物化学和微
生物学彼此沟通起来, 大大扩展了发酵与酿造
的范围, 丰富了发酵与酿造的产品 。
一、发酵与酿造技术的历史
? 20世纪 40年代, 借助于抗生素工业的兴起, 建
立了通风搅拌培养技术 。 成功建立起深层通气
培养法和一整套培养工艺, 包括向发酵罐中通
入大量无菌空气, 通过搅拌使空气均匀分布,
培养基的灭菌和无菌接种等, 使微生物在培养
过程中的温度, pH,通气量, 培养物的供给都
受到严格的控制 。 这些技术极大地促进了发酵
与酿造工业, 各种有机酸, 酶制剂, 维生素,
激素都可以借助于好气性发酵进行大规模生产 。
因而, 好气性发酵工程技术成为发酵与酿造技
术发展的第二个转折点 。
一、发酵与酿造技术的历史
? 一种新技术 ——人工诱变育种和代谢控制发酵工
程技术的诞生 。 人们以动态生物学和微生物遗
传学为基础, 将微生物进行人工诱变, 得到适
合于生产某种产品的突变株, 再在人工控制的
条件下培养, 有选择地大量生产人们所需要的
物质 。 这一新技术首先在氨基酸生产上获得成
功, 而后在核苷酸, 有机酸, 抗生素等其他产
品得到应用 。 可以说, 人工诱变育种和代射控
制发酵工程技术是发酵与酿造技术发展的第三
个转折点 。
一、发酵与酿造技术的历史
? 生产厂家既想利用化学合成法降低生产
成本, 又想使产品拥有较高的质量, 于
是就采用化学合成结合微生物发酵的方
法 。 如生产某些有机酸, 先采用化学合
成法合成其前体物质, 然后用微生物转
化法得到最终产品 。 这样, 将化学合成
与微生物发酵有机地结合起来的工程技
术就建立起来了, 这形成了发酵与酿造
技术发展的第四个转折点 。
一、发酵与酿造技术的历史
? 细胞融合技术, 得到了许多具有特殊功
能和多功能的新菌株, 再通过常规发酵
得到了许多新有用物质 。
? 基因工程技术, 可以在体外重组生物细
胞的基因, 并克隆到微生物细胞中去构
成工程菌, 利用工程菌生产原来微生物
不能生产的产物, 如胰岛素, 干扰素等,
使微生物的发酵产品大大增加 。
一、发酵与酿造技术的历史
? 酶工程 —— 很多产品还采用一步酶法转化法，
即仅仅利用微生物生产的酶进行单一的化学反
应。例如，果葡糖桨的生产，就是利用葡萄糖
异构酶将葡萄糖转化为果糖的。
? 发酵设备 ——生物反应器也不再是传统意义上的
钢铁设备，昆虫的躯体、动物细胞的乳腺、植
物细胞的根茎果实都可以看作是一种生物反应
器。
一、发酵与酿造技术的历史
? 可以说, 发酵和酿造技术已经不再是单
纯的微生物发酵, 已扩展到植物和动物
细胞领域, 包括天然微生物, 人工重组
工程菌, 动植物细胞等生物细胞的培养 。
随着转基因动植物的问世, 因此, 随着
基因工程, 细胞工程, 酶工程和生化工
程的发展, 传统的发酵与酿造工业已经
被赋予崭新内容, 现代发酵与酿造已开
辟了一片崭新领域 。
二、发酵与酿造技术特点以及
与现代生物技术的关系
? (一 )发酵与酿造的特点
? (二 )发酵与酿造和现代生物技术的关系
(一 )发酵与酿造的特点
? 发酵对微生物学家来说,微生物进行的
一切活动都可以称为发酵 ；而对生物化
学家来说,发酵仅仅是指厌氧条件下有
机化合物进行不彻底的分解代谢释放能
量的过程。
(一 )发酵与酿造的特点
? 成分单一、风味要求不高的产品，如酒精、柠
檬酸、谷氨酸、单细胞蛋白等的生产称为发酵。
? 酿造则是我国人们对一些特定产品进行发酵生
产的一种叫法，通常把成分复杂、风味要求较
高诸如黄酒、白酒、啤酒、葡萄酒等酒类以及
酱油、酱、食醋、腐乳、豆豉、酱腌菜等副食
佐餐调味品的生产称为酿造。
(一 )发酵与酿造的特点
? 1.安全简单
? 2.原料广泛
? 3.反应专一
? 4.代谢多样
? 5.易受污染
? 6.菌种选育
1.安全简单
? 发酵与酿造过程绝大数是在常温压下进
行的, 生产过程安全, 所需的生产条件
比较简单 。
2.原料广泛
? 发酵与酿造通常以淀粉、糖蜜或其他农
副产品主原料，添加少量营养因子，就
可以进行反应了。目前，发酵与酿造的
原料范围已大大扩展，矿产资源和石油
产品都可以作为发酵与酿造的原料，甚
至生产中的废水、废料都可以作为发酵
与酿造的原料。
3.反应专一
? 食品发酵与酿造过程是通过生物体的自
动调节方式来完成的，反应专一性强。
因而，可以得到较为单一的代谢产物，
避免不利或有害副产物混杂其中。
4.代谢多样
? 由于各种各样生物体代谢方式, 代谢过
程的多样化, 以及生物体化学反应的高
度选择性, 即使是极其复杂的高分子化
合物, 也能在自然界找到所需的代谢产
物 。 因而, 发酵与酿造适应的范围非常
广 。
5.易受污染
? 由于发酵培养基营养丰富, 各种来源的
微生物都很容易生长, 发酵与酿造过程
要严格控制杂菌污染, 有许多产品必须
在密闭条件下进行发酵, 在接种前设备
和培养基必须灭菌, 反应过程中所需空
气或流加营养物必须保持无菌状态 。 发
酵过程避免杂菌污染是发酵成功的关键 。
6.菌种选育
? 发酵与酿造最重要的因素是菌种，通过
各种菌种选育手段得到高产的优良菌种，
是能否创造显著经济效益的关键。另外，
生产过程中菌种会不断地变异，因此，
自始至终都要进行菌种的选育和优化工
作，以保持菌种的基本特征和优良性状。
(二 )发酵与酿造和现代生物技
术的关系
? 现代生物技术即应用生物体 (微生物、动物细胞、
植物细胞 )或其组成部分 (细胞器、酶 )，在最适
合条件下，生产有价值的产物，或进行有益过
程的技术。它是一门涉及分子生物学、细胞生
物学、遗传学、微生物学、化学、物理学、工
程学的多学科、综合性的科学技术。生物技术
是靠基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程
和生化工程这五大技术体系支撑起来的。这五
大技术体系的关系见图 1-1。
(二 )发酵与酿造和现代生物技术的关系
? 现代发酵技术已超越了微生物工程的范
畴 。 由此可见, 发酵工程 (包括酶工程 )与
细胞工程, 基因工程谁也离不开谁, 发
酵工程 （ 包括酶工程 ） 需要基因工程,
细胞工程为他提供最良好的生物细胞
（ 或酶 ）, 而基因工程, 细胞工程得到
的最良好的细胞 (或酶 )必须要经过发酵工
程 (包括酶工程 )才能实现其价值 。
(二 )发酵与酿造和现代生物技术的关系
? 若采用的生物催化剂是酶, 休止细胞, 死细胞
或固定化细胞, 则反应系统比较简单, 只需考
虑温度, PH等容易控制的条件 。 若采用的是生
物活细胞, 则要为该细胞提供最优生长, 最优
形成产物的可控系统和环境, 使温度, pH,通
气, 搅拌, 罐压, 溶解氧, 二氧化碳含量等物
理, 化学条件得到有效的维持和控制, 从而使
该生物细胞呈现出最佳的性能, 生成和积累大
量产物 。 这就充分反映出生化工程是发酵工程
转化为生产力必不可少的重要环节 。
三、发酵与酿造技术的研究对象
? (一 )按产业部门来分
? (二 )按产品性质来分
(一 )按产业部门来分
? (1)酿酒工业 (黄酒, 啤酒, 白酒, 葡萄等 )；
? (2)传统酿造工业 (酱, 酱油, 食醋, 腐乳,
豆豉, 酸乳等 )；
? (3)有机酸发酵工业 (柠檬酸, 苹果酸, 葡
萄糖酸等 )；
? (4)酶制剂发酵工业 (淀粉酶, 蛋白酶等 )；
? (5)氨基酸发酵工业 (谷氨酸, 赖氨酸等 )；
(一 )按产业部门来分
? (6)功能性食品生产工业 (低聚糖, 真菌多糖,
红曲等 )；
? (7)食品添加剂生产工业 (黄原胶, 海藻糖等 )；
? (8)菌体制造工业 (单细胞蛋白, 酵母等 )；
? (9)维生素发酵工业 (维生素 B2,维生素 B12等 )；
? (10)核苷酸发酵工业 (ATP,IMP,GMP等 )。
(二 )按产品性质来分
? 1.生物代谢产物发酵
? 2.酶制剂发酵
? 3.生物转化发酵
? 4.菌体制造
1.生物代谢产物发酵
? 生物细胞将外界物质吸收到体内，一面进行分
解代谢 (异化作用 )，一面又利用分解代谢中间
代谢产物及能量去合成 (同化作用 )体内所需成
分，这一过程称为新陈代谢。在代谢过程中，
生物体进行着复杂的生物合成，获得了许多重
要的代谢产物。以生物体代谢产物为产品的发
酵与酿造工业是该工业中数量很多、产量最大、
也是最重要的部分，产品包括初级代谢产物、
中间代谢产物和次级代谢产物。
2.酶制剂发酵
? 利用发酵法制备和生产并提取微生物产生的各
种酶, 已是当今发酵工业的重要组成部分 。 工
业用酶大多来自于微生物发酵生产的酶, 如：
α-淀粉酶, β-淀粉酶, 葡萄糖苷酶, 支链淀粉
酶, 转化酶, 葡萄糖异构酶, 纤维素酶, 碱性
蛋白酶, 酸性蛋白酶, 中性蛋白酶, 果胶酶,
脂肪酶, 凝乳酶, 过氧化氢酶, 青霉素酰化酶,
胆固醇氧化酶, 葡萄糖氧化酶, 氨基酰化酶等 。
? 利用微生物生产的胞内酶或胞外酶加以分离提
取得到的酶制剂。现在已有很多酶制剂被加工
成固定化酶，使酶制剂行业前进一大步。
3.生物转化发酵
? 生物转化是指利用生物细胞中的一种或
多种酶, 作用于一些化合物的特定部位
(基团 ),使它转变成结构相类似但具有更
大经济价值化合物的生化反应 。
? 可进行的转化反应包括脱氢, 氧化, 脱
水, 缩合, 脱羧, 羟化, 氨化, 脱氨,
异构化等,
4.菌体制造
? 这是以获得具有特定用途的生物细胞为
目的产品的一种发酵, 包括单细胞蛋白,
藻类, 食用菌和人, 畜防治疾病用的疫
苗, 生物杀虫剂等的生产 。 细胞物质发
酵生产的特点是细胞的生长与产物积累
呈平行关系, 生长速率最大时期也是产
物合成速率最高阶段, 刚进入生长稳定
期时细胞物质浓度最大, 同时也是产量
最高的收获时期 。
四、发酵与酿造技术的发展趋势
? (一 )利用基因工程技术，人工选育和改良
菌种
? (二 )结合细胞工程技术，用发酵技术进行
动植物细胞培养
? (三 )应用酶工程技术，将固定化酶或细胞
广泛应用于发酵与酿造工业
四、发酵与酿造技术的发展趋势
? (四 )重视生化工程在发酵与酿造业的应用
? (五 )发酵法生产单细胞蛋白
? (六 )加强代谢研究，进一步搞好代谢控制，
开发更多代谢产品
(一 )利用基因工程技术，人工选育和
改良菌种
? 基因工程是一种将目的基因从 DNA上切
割下来 (或人工合成 ),在体外将该基因连
接到载体上, 通过转化或转导等手段将
重组的基因组导入受体细胞, 使后者获
得复制该基因的能力, 从而达到定向改
变菌种遗传特性或创造新菌种的目的 。
这种带有目的基因的受体细胞, 具有我
们所希望的新的遗传性能和生产性能,
这是常规育种方法无法做到的 。
(二 )结合细胞工程技术，用发酵技术
进行动植物细胞培养
? 细胞原生质体融合技术使动植物细胞的人工培
养技术进入了一个新的阶段 。 借助于微生物细
胞培养的先进技术, 大量培养动植物细胞的技
术日臻完善, 有很多已经进行大规模生产 。
? 动植物细胞有产生很多微生物细胞所不具备的
特有的代谢产物, 进行动植物细胞的培养, 就
能生产这些特有物质 。 如动物细胞可生产生长
激素, 疫苗, 免疫球蛋白等；植物细胞可生产
生物碱类, 色素, 类黄酮, 花色苷, 苯酚, 固
醇类, 萜烯类, 植物生长激素类, 调味品, 香
料等 。 植物细胞培养还可以用于种苗生产, 使
名贵的植物, 花卉种苗可在实验室得以培育 。
(三 )应用酶工程技术，将固定化酶或
细胞广泛应用于发酵与酿造工业
? 将酶固定在不溶性膜状或颗粒状聚合物上，以
聚合物作为载体的固定化酶在连续催化反应过
程中不再流失，从而可以回收并反复利用，这
样就改善了反应的经济性；酶也不会混杂在反
应产物中，可大大简化提取纯化工艺；另外，
有些酶在游离状况下容易失活，固定后稳定性
得以提高。固定化细胞则是将具有一定生理功
能的生物体 (如微生物、植物细胞、动物组织或
细胞、细胞器 )用一定方法固定，作为生物催化
剂使用。
(四 )重视生化工程在发酵与酿造业的
应用
? 生化工程指的是生化反应器、生物传感器和生
化产品的分离提取纯化等下游工程。
? 生化反应器是生物化学反应得以进行的场所，
其开发涉及流体力学、传质、传热和生物化学
反应动力学等学科。
? 生物传感器是发酵与酿造过程控制的关键所在,
要实现反应器的自动化, 连续化, 生物传感器
是必不可少的 。
? 生物代谢产品的分离提取纯化工作是生物技术
产品产业化必不可少的环节, 下游工程水平的
高低将对该项目是否能取得较高的经济效益起
到至关重要的作用 。
(五 )发酵法生产单细胞蛋白
? 当今世界面临着三大问题：食物, 能源和环境 。
开发单细胞蛋白是解决人类食物问题的重要途
径 。 单细胞蛋白最主要的用途是作为动物饲料,
作为高蛋白供人食用已不多见 。 由于微生物的
代谢方式各种各样, 各种资源都可以利用, 而
且微生物繁殖速度惊人, 比动物要快上百倍,
因此, 发展单细胞蛋白不失为一种解决废水废
料, 保护环境, 节约粮食资源的好方法 。
(六 )加强代谢研究，进一步搞好代谢
控制，开发更多代谢产品
? 由于生物代谢的多样性，至今研究透彻
的代谢途径中的一小部分，搞清更多的
代谢途径，搞清其代谢调节的机制，将
会开发出更多有价值的生物代谢产品。
结束语
? 我国是食品发酵与酿造基础较好的国家，传统
酿酒和传统酿造在我国历史悠久，现代发酵技
术在酿酒工业、酿制工业和抗生素工业的带领
下，在我国已形成一个完整的工业体系，规模
和产量在世界上都占有相当的比重。总之，发
展食品发酵与酿造工业在我国已有相当的产业
基础、较好的技术力量及广阔的市场和需求，
只要给予足够的投资，保证基本的研究条件，
加大力量培养相关人才，食品发酵与酿造工业
一定能取得辉煌的成就。
作业
? 1、简述发酵与酿造技术的发展历史。
? 2,解释基因工程, 细胞工程, 酶工程,
发酵工程和生物工程 。
? 3,简述发酵与酿造技术的研究对象 。
杨陵职业技术学院
应用生物技术专业
第一章 绪论
? 一、发酵与酿造技术的历史
? 二、发酵与酿造技术特点以及与现代生
物技术的关系
? 三、发酵与酿造技术的研究对象
? 四、发酵与酿造技术的发展趋势
一、发酵与酿造技术的历史
? 发酵的英文, fermentation”是从拉丁语, ferver”
即, 发泡,,, 翻涌, 派生而来的, 。 人类利
用微生物进行食品发酵与酿造已有数千年的历
史, 发酵现象是自古以来就已被人们发现并掌
握的, 但由于对发酵与酿造的主角 ——微生物缺
乏认识, 发酵与酿造的本质长时间没有被揭示,
始终充满神秘色彩 。 因而在 19世纪中叶以前,
发酵与酿造业的发展极其缓慢 。
一、发酵与酿造技术的历史
? 在微生物的发现上做出重大贡献的是 17
世纪后叶的列文虎克 (Leewehoch),他用
自制的手磨镜, 成功地制成了世界上第
一台显微镜, 在人类历史上第一次通过
显微镜用肉眼发现了单细胞生命体 ——微
生物 。 由于当时, 自然发生说, 盛极一
时, 他的发现并没有受到应有的重视 。
一、发酵与酿造技术的历史
? 直到 19世纪中叶, 巴斯德 (Pasteur)经过长期而
细致的研究之后, 才有说服力地宣告发酵是微
生物作用的结果 。
? 巴斯德在巴斯德瓶中加入肉汁, 发现在加热情
况下不发酵, 不加热则产生发酵现象, 并详细
观察了发酵液中许许多微小生命的生长情况等,
由此他得出结论：发酵是由微生物进行的一种
化学变化 。 巴斯德认识到这些不同类型的发酵,
是由形态上可以区别的各种特定的微生物所引
起的 。
一、发酵与酿造技术的历史
? 其后不久, 科赫 (Koch)建立了单种微生
物分离和纯培养技术, 利用这些技术研
究炭疽病时, 发现动物的传染病是由特
定的细菌引起的 。 从而得知, 微生物也
和高等植物一样, 可以根据它们的种属
关系明确地加以区分, 从此以后, 各种
微生物纯培养技术获得成功 。 单种微生
物分离和纯培养技术的建立, 是食品发
酵与酿造技术发展的一个转折点 。
一、发酵与酿造技术的历史
? 布赫纳 (Buchner)阐明了微生物的化学反应本质 。
为了把酵母提取液用于医学, 他用石英砂磨碎
酵母菌细胞制成酵母汁, 并加入大量砂糖防腐,
结果意外地发现酵母汁也有发酵现象, 任何生
物都具有引起发酵的物质 ——酶, 从此以后, 人
们用生物细胞的磨碎物研究种种反应, 从而促
成了当代生物化学的诞生, 也将生物化学和微
生物学彼此沟通起来, 大大扩展了发酵与酿造
的范围, 丰富了发酵与酿造的产品 。
一、发酵与酿造技术的历史
? 20世纪 40年代, 借助于抗生素工业的兴起, 建
立了通风搅拌培养技术 。 成功建立起深层通气
培养法和一整套培养工艺, 包括向发酵罐中通
入大量无菌空气, 通过搅拌使空气均匀分布,
培养基的灭菌和无菌接种等, 使微生物在培养
过程中的温度, pH,通气量, 培养物的供给都
受到严格的控制 。 这些技术极大地促进了发酵
与酿造工业, 各种有机酸, 酶制剂, 维生素,
激素都可以借助于好气性发酵进行大规模生产 。
因而, 好气性发酵工程技术成为发酵与酿造技
术发展的第二个转折点 。
一、发酵与酿造技术的历史
? 一种新技术 ——人工诱变育种和代谢控制发酵工
程技术的诞生 。 人们以动态生物学和微生物遗
传学为基础, 将微生物进行人工诱变, 得到适
合于生产某种产品的突变株, 再在人工控制的
条件下培养, 有选择地大量生产人们所需要的
物质 。 这一新技术首先在氨基酸生产上获得成
功, 而后在核苷酸, 有机酸, 抗生素等其他产
品得到应用 。 可以说, 人工诱变育种和代射控
制发酵工程技术是发酵与酿造技术发展的第三
个转折点 。
一、发酵与酿造技术的历史
? 生产厂家既想利用化学合成法降低生产
成本, 又想使产品拥有较高的质量, 于
是就采用化学合成结合微生物发酵的方
法 。 如生产某些有机酸, 先采用化学合
成法合成其前体物质, 然后用微生物转
化法得到最终产品 。 这样, 将化学合成
与微生物发酵有机地结合起来的工程技
术就建立起来了, 这形成了发酵与酿造
技术发展的第四个转折点 。
一、发酵与酿造技术的历史
? 细胞融合技术, 得到了许多具有特殊功
能和多功能的新菌株, 再通过常规发酵
得到了许多新有用物质 。
? 基因工程技术, 可以在体外重组生物细
胞的基因, 并克隆到微生物细胞中去构
成工程菌, 利用工程菌生产原来微生物
不能生产的产物, 如胰岛素, 干扰素等,
使微生物的发酵产品大大增加 。
一、发酵与酿造技术的历史
? 酶工程 —— 很多产品还采用一步酶法转化法，
即仅仅利用微生物生产的酶进行单一的化学反
应。例如，果葡糖桨的生产，就是利用葡萄糖
异构酶将葡萄糖转化为果糖的。
? 发酵设备 ——生物反应器也不再是传统意义上的
钢铁设备，昆虫的躯体、动物细胞的乳腺、植
物细胞的根茎果实都可以看作是一种生物反应
器。
一、发酵与酿造技术的历史
? 可以说, 发酵和酿造技术已经不再是单
纯的微生物发酵, 已扩展到植物和动物
细胞领域, 包括天然微生物, 人工重组
工程菌, 动植物细胞等生物细胞的培养 。
随着转基因动植物的问世, 因此, 随着
基因工程, 细胞工程, 酶工程和生化工
程的发展, 传统的发酵与酿造工业已经
被赋予崭新内容, 现代发酵与酿造已开
辟了一片崭新领域 。
二、发酵与酿造技术特点以及
与现代生物技术的关系
? (一 )发酵与酿造的特点
? (二 )发酵与酿造和现代生物技术的关系
(一 )发酵与酿造的特点
? 发酵对微生物学家来说,微生物进行的
一切活动都可以称为发酵 ；而对生物化
学家来说,发酵仅仅是指厌氧条件下有
机化合物进行不彻底的分解代谢释放能
量的过程。
(一 )发酵与酿造的特点
? 成分单一、风味要求不高的产品，如酒精、柠
檬酸、谷氨酸、单细胞蛋白等的生产称为发酵。
? 酿造则是我国人们对一些特定产品进行发酵生
产的一种叫法，通常把成分复杂、风味要求较
高诸如黄酒、白酒、啤酒、葡萄酒等酒类以及
酱油、酱、食醋、腐乳、豆豉、酱腌菜等副食
佐餐调味品的生产称为酿造。
(一 )发酵与酿造的特点
? 1.安全简单
? 2.原料广泛
? 3.反应专一
? 4.代谢多样
? 5.易受污染
? 6.菌种选育
1.安全简单
? 发酵与酿造过程绝大数是在常温压下进
行的, 生产过程安全, 所需的生产条件
比较简单 。
2.原料广泛
? 发酵与酿造通常以淀粉、糖蜜或其他农
副产品主原料，添加少量营养因子，就
可以进行反应了。目前，发酵与酿造的
原料范围已大大扩展，矿产资源和石油
产品都可以作为发酵与酿造的原料，甚
至生产中的废水、废料都可以作为发酵
与酿造的原料。
3.反应专一
? 食品发酵与酿造过程是通过生物体的自
动调节方式来完成的，反应专一性强。
因而，可以得到较为单一的代谢产物，
避免不利或有害副产物混杂其中。
4.代谢多样
? 由于各种各样生物体代谢方式, 代谢过
程的多样化, 以及生物体化学反应的高
度选择性, 即使是极其复杂的高分子化
合物, 也能在自然界找到所需的代谢产
物 。 因而, 发酵与酿造适应的范围非常
广 。
5.易受污染
? 由于发酵培养基营养丰富, 各种来源的
微生物都很容易生长, 发酵与酿造过程
要严格控制杂菌污染, 有许多产品必须
在密闭条件下进行发酵, 在接种前设备
和培养基必须灭菌, 反应过程中所需空
气或流加营养物必须保持无菌状态 。 发
酵过程避免杂菌污染是发酵成功的关键 。
6.菌种选育
? 发酵与酿造最重要的因素是菌种，通过
各种菌种选育手段得到高产的优良菌种，
是能否创造显著经济效益的关键。另外，
生产过程中菌种会不断地变异，因此，
自始至终都要进行菌种的选育和优化工
作，以保持菌种的基本特征和优良性状。
(二 )发酵与酿造和现代生物技
术的关系
? 现代生物技术即应用生物体 (微生物、动物细胞、
植物细胞 )或其组成部分 (细胞器、酶 )，在最适
合条件下，生产有价值的产物，或进行有益过
程的技术。它是一门涉及分子生物学、细胞生
物学、遗传学、微生物学、化学、物理学、工
程学的多学科、综合性的科学技术。生物技术
是靠基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程
和生化工程这五大技术体系支撑起来的。这五
大技术体系的关系见图 1-1。
(二 )发酵与酿造和现代生物技术的关系
? 现代发酵技术已超越了微生物工程的范
畴 。 由此可见, 发酵工程 (包括酶工程 )与
细胞工程, 基因工程谁也离不开谁, 发
酵工程 （ 包括酶工程 ） 需要基因工程,
细胞工程为他提供最良好的生物细胞
（ 或酶 ）, 而基因工程, 细胞工程得到
的最良好的细胞 (或酶 )必须要经过发酵工
程 (包括酶工程 )才能实现其价值 。
(二 )发酵与酿造和现代生物技术的关系
? 若采用的生物催化剂是酶, 休止细胞, 死细胞
或固定化细胞, 则反应系统比较简单, 只需考
虑温度, PH等容易控制的条件 。 若采用的是生
物活细胞, 则要为该细胞提供最优生长, 最优
形成产物的可控系统和环境, 使温度, pH,通
气, 搅拌, 罐压, 溶解氧, 二氧化碳含量等物
理, 化学条件得到有效的维持和控制, 从而使
该生物细胞呈现出最佳的性能, 生成和积累大
量产物 。 这就充分反映出生化工程是发酵工程
转化为生产力必不可少的重要环节 。
三、发酵与酿造技术的研究对象
? (一 )按产业部门来分
? (二 )按产品性质来分
(一 )按产业部门来分
? (1)酿酒工业 (黄酒, 啤酒, 白酒, 葡萄等 )；
? (2)传统酿造工业 (酱, 酱油, 食醋, 腐乳,
豆豉, 酸乳等 )；
? (3)有机酸发酵工业 (柠檬酸, 苹果酸, 葡
萄糖酸等 )；
? (4)酶制剂发酵工业 (淀粉酶, 蛋白酶等 )；
? (5)氨基酸发酵工业 (谷氨酸, 赖氨酸等 )；
(一 )按产业部门来分
? (6)功能性食品生产工业 (低聚糖, 真菌多糖,
红曲等 )；
? (7)食品添加剂生产工业 (黄原胶, 海藻糖等 )；
? (8)菌体制造工业 (单细胞蛋白, 酵母等 )；
? (9)维生素发酵工业 (维生素 B2,维生素 B12等 )；
? (10)核苷酸发酵工业 (ATP,IMP,GMP等 )。
(二 )按产品性质来分
? 1.生物代谢产物发酵
? 2.酶制剂发酵
? 3.生物转化发酵
? 4.菌体制造
1.生物代谢产物发酵
? 生物细胞将外界物质吸收到体内，一面进行分
解代谢 (异化作用 )，一面又利用分解代谢中间
代谢产物及能量去合成 (同化作用 )体内所需成
分，这一过程称为新陈代谢。在代谢过程中，
生物体进行着复杂的生物合成，获得了许多重
要的代谢产物。以生物体代谢产物为产品的发
酵与酿造工业是该工业中数量很多、产量最大、
也是最重要的部分，产品包括初级代谢产物、
中间代谢产物和次级代谢产物。
2.酶制剂发酵
? 利用发酵法制备和生产并提取微生物产生的各
种酶, 已是当今发酵工业的重要组成部分 。 工
业用酶大多来自于微生物发酵生产的酶, 如：
α-淀粉酶, β-淀粉酶, 葡萄糖苷酶, 支链淀粉
酶, 转化酶, 葡萄糖异构酶, 纤维素酶, 碱性
蛋白酶, 酸性蛋白酶, 中性蛋白酶, 果胶酶,
脂肪酶, 凝乳酶, 过氧化氢酶, 青霉素酰化酶,
胆固醇氧化酶, 葡萄糖氧化酶, 氨基酰化酶等 。
? 利用微生物生产的胞内酶或胞外酶加以分离提
取得到的酶制剂。现在已有很多酶制剂被加工
成固定化酶，使酶制剂行业前进一大步。
3.生物转化发酵
? 生物转化是指利用生物细胞中的一种或
多种酶, 作用于一些化合物的特定部位
(基团 ),使它转变成结构相类似但具有更
大经济价值化合物的生化反应 。
? 可进行的转化反应包括脱氢, 氧化, 脱
水, 缩合, 脱羧, 羟化, 氨化, 脱氨,
异构化等,
4.菌体制造
? 这是以获得具有特定用途的生物细胞为
目的产品的一种发酵, 包括单细胞蛋白,
藻类, 食用菌和人, 畜防治疾病用的疫
苗, 生物杀虫剂等的生产 。 细胞物质发
酵生产的特点是细胞的生长与产物积累
呈平行关系, 生长速率最大时期也是产
物合成速率最高阶段, 刚进入生长稳定
期时细胞物质浓度最大, 同时也是产量
最高的收获时期 。
四、发酵与酿造技术的发展趋势
? (一 )利用基因工程技术，人工选育和改良
菌种
? (二 )结合细胞工程技术，用发酵技术进行
动植物细胞培养
? (三 )应用酶工程技术，将固定化酶或细胞
广泛应用于发酵与酿造工业
四、发酵与酿造技术的发展趋势
? (四 )重视生化工程在发酵与酿造业的应用
? (五 )发酵法生产单细胞蛋白
? (六 )加强代谢研究，进一步搞好代谢控制，
开发更多代谢产品
(一 )利用基因工程技术，人工选育和
改良菌种
? 基因工程是一种将目的基因从 DNA上切
割下来 (或人工合成 ),在体外将该基因连
接到载体上, 通过转化或转导等手段将
重组的基因组导入受体细胞, 使后者获
得复制该基因的能力, 从而达到定向改
变菌种遗传特性或创造新菌种的目的 。
这种带有目的基因的受体细胞, 具有我
们所希望的新的遗传性能和生产性能,
这是常规育种方法无法做到的 。
(二 )结合细胞工程技术，用发酵技术
进行动植物细胞培养
? 细胞原生质体融合技术使动植物细胞的人工培
养技术进入了一个新的阶段 。 借助于微生物细
胞培养的先进技术, 大量培养动植物细胞的技
术日臻完善, 有很多已经进行大规模生产 。
? 动植物细胞有产生很多微生物细胞所不具备的
特有的代谢产物, 进行动植物细胞的培养, 就
能生产这些特有物质 。 如动物细胞可生产生长
激素, 疫苗, 免疫球蛋白等；植物细胞可生产
生物碱类, 色素, 类黄酮, 花色苷, 苯酚, 固
醇类, 萜烯类, 植物生长激素类, 调味品, 香
料等 。 植物细胞培养还可以用于种苗生产, 使
名贵的植物, 花卉种苗可在实验室得以培育 。
(三 )应用酶工程技术，将固定化酶或
细胞广泛应用于发酵与酿造工业
? 将酶固定在不溶性膜状或颗粒状聚合物上，以
聚合物作为载体的固定化酶在连续催化反应过
程中不再流失，从而可以回收并反复利用，这
样就改善了反应的经济性；酶也不会混杂在反
应产物中，可大大简化提取纯化工艺；另外，
有些酶在游离状况下容易失活，固定后稳定性
得以提高。固定化细胞则是将具有一定生理功
能的生物体 (如微生物、植物细胞、动物组织或
细胞、细胞器 )用一定方法固定，作为生物催化
剂使用。
(四 )重视生化工程在发酵与酿造业的
应用
? 生化工程指的是生化反应器、生物传感器和生
化产品的分离提取纯化等下游工程。
? 生化反应器是生物化学反应得以进行的场所，
其开发涉及流体力学、传质、传热和生物化学
反应动力学等学科。
? 生物传感器是发酵与酿造过程控制的关键所在,
要实现反应器的自动化, 连续化, 生物传感器
是必不可少的 。
? 生物代谢产品的分离提取纯化工作是生物技术
产品产业化必不可少的环节, 下游工程水平的
高低将对该项目是否能取得较高的经济效益起
到至关重要的作用 。
(五 )发酵法生产单细胞蛋白
? 当今世界面临着三大问题：食物, 能源和环境 。
开发单细胞蛋白是解决人类食物问题的重要途
径 。 单细胞蛋白最主要的用途是作为动物饲料,
作为高蛋白供人食用已不多见 。 由于微生物的
代谢方式各种各样, 各种资源都可以利用, 而
且微生物繁殖速度惊人, 比动物要快上百倍,
因此, 发展单细胞蛋白不失为一种解决废水废
料, 保护环境, 节约粮食资源的好方法 。
(六 )加强代谢研究，进一步搞好代谢
控制，开发更多代谢产品
? 由于生物代谢的多样性，至今研究透彻
的代谢途径中的一小部分，搞清更多的
代谢途径，搞清其代谢调节的机制，将
会开发出更多有价值的生物代谢产品。
结束语
? 我国是食品发酵与酿造基础较好的国家，传统
酿酒和传统酿造在我国历史悠久，现代发酵技
术在酿酒工业、酿制工业和抗生素工业的带领
下，在我国已形成一个完整的工业体系，规模
和产量在世界上都占有相当的比重。总之，发
展食品发酵与酿造工业在我国已有相当的产业
基础、较好的技术力量及广阔的市场和需求，
只要给予足够的投资，保证基本的研究条件，
加大力量培养相关人才，食品发酵与酿造工业
一定能取得辉煌的成就。
作业
? 1、简述发酵与酿造技术的发展历史。
? 2,解释基因工程, 细胞工程, 酶工程,
发酵工程和生物工程 。
? 3,简述发酵与酿造技术的研究对象 。
