發(fā)酵過程fermentation process
沿革 發(fā)酵一詞最早來自拉丁語“fervere”，意即“冒泡”，指的是釀酒時的冒泡（產(chǎn)生二氧化碳）現(xiàn)象。1857年法國化學家L.巴斯德證實酒精（乙醇）是由活的酵母引起發(fā)酵生成的，以后一些利用微生物對糖類等物質(zhì)轉(zhuǎn)化的工業(yè)即不斷出現(xiàn)(見生物化工產(chǎn)品)。這使原始的發(fā)酵定義（僅限于通過微生物或其酶的作用，將有機化合物進行嫌氣代謝的過程，產(chǎn)物的分子結(jié)構(gòu)要比原料更為簡單，如糖發(fā)酵形成乙醇或乳酸等）有了新的發(fā)展，它包括任何在人工控制下通過微生物作用生產(chǎn)特定產(chǎn)物的過程。因此好氣代謝過程的產(chǎn)品如某些抗生素、有機酸、維生素等也都屬于發(fā)酵產(chǎn)品。目前，發(fā)酵過程的產(chǎn)品已不下百種，有的產(chǎn)品如乙醇、丙酮－丁醇、檸檬酸等也同時是農(nóng)林化工產(chǎn)品。但有的產(chǎn)品，如大多數(shù)的抗生素和某些維生素因其結(jié)構(gòu)復雜，從技術(shù)及經(jīng)濟角度講，化學合成方法進行工業(yè)生產(chǎn)是不合算的，只能用發(fā)酵方法來生產(chǎn)。因此，發(fā)酵過程在各國工業(yè)生產(chǎn)中，特別是化學、輕工、醫(yī)藥、食品工業(yè)都占有一定的地位。酶反應過程近年來亦有一定的發(fā)展，但酶的來源主要是微生物，還是要通過發(fā)酵的手段才能獲得。至于動植物細胞大量培養(yǎng)技術(shù)也是在發(fā)酵技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。由上可見，發(fā)酵過程是生物反應過程的一個基本過程。
過程分類 按發(fā)酵產(chǎn)品分為四個主要類型：①以獲得微生物細胞為產(chǎn)品的過程；②以獲得微生物酶為產(chǎn)品的過程；③以獲得微生物代謝產(chǎn)物的過程，代謝產(chǎn)物包括分解代謝產(chǎn)物和合成代謝產(chǎn)物，分解代謝產(chǎn)物是指菌體利用基質(zhì)，如淀粉或葡萄糖，分解成小分子物質(zhì)的過程，而合成代謝產(chǎn)物又可分為初級代謝產(chǎn)物和次級代謝產(chǎn)物，其中初級代謝產(chǎn)物是指與微生物生長、繁殖有關(guān)的一類產(chǎn)物，而次級代謝產(chǎn)物是以初級代謝物為母體衍生而得的，結(jié)構(gòu)類型多樣、復雜；④以微生物進行生物轉(zhuǎn)化的過程，即利用微生物細胞內(nèi)專一性酶將一種化合物轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)上與之相關(guān)的另一種產(chǎn)物的過程（表1）。
典型流程 可分成六個基本組成部分（圖1）：①供菌體生長和產(chǎn)物形成所用培養(yǎng)基的制備；②培養(yǎng)基、發(fā)酵罐和附屬設備的滅菌；③供發(fā)酵生產(chǎn)用的種子制備；④在發(fā)酵罐中提供最佳條件，以使菌體生長和產(chǎn)物形成；⑤產(chǎn)品的提煉和純化；⑥生產(chǎn)中所產(chǎn)生的廢物的處理。
?、佟〖毦l(fā)酵生成丙酮酸 葡萄糖可被多種細菌分解代謝形成丙酮酸，進一步由某些菌株以特定的代謝途徑（圖2）進行嫌氣發(fā)酵，在此過程中起催化作用的微生物有四種，它們分別生成不同產(chǎn)物（表2）。過程中所有的氫均是由NADH2(還原型輔酶I)轉(zhuǎn)化為NAD+時釋出的。
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