發(fā)酵技術及應用研究論文

1、發(fā)酵技術及應用研究學生姓名 班 級 生化1101班 專業(yè)名稱 生化制藥 系部名稱 制藥工程系 指導教師 提交日期 2013.12 答辯日期 2013.12 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術學院 2013 年 12 月目錄1、摘要32、引言33、正文1 3.1 發(fā)酵的相關概述13.1.1 基本含義1 3.1.2 特點23.1.3 反應33.1.4 類型34、發(fā)酵技術的發(fā)展歷程.4 5、常見的發(fā)酵工藝65.1 青霉素的發(fā)酵65.1.1原理65.1.2工藝7 5.2 土霉素的發(fā)酵75.2.1原理7 5.2.2工藝86、發(fā)酵技術的應用. 8 6.1 醫(yī)藥方面. 8 6.2 食品方面. 9 6.3 農業(yè)方面.10

2、6.4 環(huán)境方面.11 7、發(fā)酵技術的發(fā)展前景.12 8、參考文獻.149、致謝.15 1、摘要摘要：發(fā)酵工程又稱為微生物工程，是指 傳統(tǒng)的發(fā)酵技術與dna重組、細胞融合、分子修飾和改造等技術結合并發(fā)展起來的現(xiàn)代發(fā)酵技術。隨著社會的發(fā)展，發(fā)酵工程已經在許多工業(yè)生產領域起到了重要的作用，給人類帶來不可估量的經濟和社會效益發(fā)酵工程又稱為微生物工程，是指傳統(tǒng)的發(fā)酵技術與dna重組、細胞融合、分子修飾和改造等技術結合并發(fā)展起來的現(xiàn)代發(fā)酵技術?，F(xiàn)代發(fā)酵工程包括微生物資源開發(fā)利用；微生物菌種的選育、培養(yǎng)；固定化細胞計數(shù)；生物器設計；發(fā)酵條件的利用及自動化控制；產品的分離提純等技術。發(fā)酵在工業(yè)生產

3、中的應用價值 發(fā)酵工程是古老而大有潛力的工業(yè)技術，生物技術中的基因工程、酶工程、單克隆抗體、生物量的研究轉化等研究成果為它注入新的內容，使傳統(tǒng)的發(fā)酵工藝煥發(fā)“青春”，賦予了微生物發(fā)酵技術新的生命力，使微生物發(fā)酵制品的品種不斷增加。目前，現(xiàn)代發(fā)酵工程技術已作為一種新興的工業(yè)體系發(fā)展起來，已深入到生產的各個行業(yè)，如醫(yī)藥，食品，能源，農業(yè)和環(huán)境保護等關鍵字：發(fā)酵 原理 流程 應用 發(fā)展2、引言發(fā)酵在工業(yè)生產中的應用價值 發(fā)酵工程是古老而大有潛力的工業(yè)技術，生物技術中的基因工程、酶工程、單克隆抗體、生物量的研究轉化等研究成果為它注入新的內容，使傳統(tǒng)的發(fā)酵工藝煥發(fā)“青春”，賦予了微生

4、物發(fā)酵技術新的生命力，使微生物發(fā)酵制品的品種不斷增加。目前，現(xiàn)代發(fā)酵工程技術已作為一種新興的工業(yè)體系發(fā)展起來，已深入到生產的各個行業(yè)，如醫(yī)藥，食品，能源，農業(yè)和環(huán)境保護等1、醫(yī)藥行業(yè) 微生物發(fā)酵是生物轉化法之一,在中藥中早有應用。真菌是， 發(fā)酵中藥的主要功能菌。發(fā)酵時大都采用單一菌種純種發(fā)酵法?，F(xiàn)代中藥發(fā)酵技術分為液體發(fā)酵和固體發(fā)酵。中藥發(fā)酵技術按應用方式可分為無渣式和去渣式,前者可直接用藥,后者要提取和制劑用藥。發(fā)展發(fā)酵中藥可進一步推進中藥現(xiàn)代化和國際化進程,提高中藥行業(yè)的競爭力,為中藥走向世界、造福人類作出新的貢獻。2.食品工業(yè) 現(xiàn)代化生物技術的突飛猛進，改寫

5、了食品發(fā)酵工藝的歷史。據(jù)報道，由發(fā)酵工程貢獻的產品可占食品工業(yè)總銷售額的15%以上。目前利用微生物發(fā)酵法可以生產近20種氨基酸。該法較蛋白質水解和化學合成法生產成本低，工藝簡單，且全部具有光學活性。3.能源工業(yè)乙醇作為一種生產工藝成熟，生產原料來源廣泛的替代能源越來越受到人們的關注。燃料酒精不僅可以緩解能源短缺的問題，從長遠的利益和能源的可再生性來看，燃料酒精又是一種潛力巨大的物能源。酒精發(fā)酵的方式有間歇式發(fā)酵、半連續(xù)式發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵4.農業(yè)近年來，固態(tài)發(fā)酵工藝在生物農藥工業(yè)生產中的應用取得了進展。固態(tài)發(fā)酵是沒有或只有少量游離水存在，在具有可以滿足微生物生長代謝的一定濕度的固態(tài)營養(yǎng)基質中進行的

6、微生物發(fā)酵過程?？傊l(fā)酵技術發(fā)展方向發(fā)酵技術未來的發(fā)展方向主要有以下幾個大方面。基因工程的發(fā)展為發(fā)酵工程帶來新的活力。新型發(fā)酵設備的研制為發(fā)酵工程提供先進工具。大型化、連續(xù)化、自動化控制技術的應用為發(fā)酵工程的發(fā)展拓展了新空間。強調代謝機理與調控研究，使微生物的發(fā)酵機能得到進一步開發(fā)。生態(tài)型發(fā)酵工業(yè)的興起開拓了發(fā)酵的新領域。再生資源的利用給人們帶來了希望。 3、正文3.1 發(fā)酵的相關概述 3.1.1 基本含義現(xiàn)代發(fā)酵的定義應該是：通過對微生物（或動植物細胞）的進行大規(guī)模的生長培養(yǎng)，使之發(fā)生化學變化和生理變化，從而產生和積累大量人們發(fā)酵所需要的代謝產物的過程。(1)微生物生理學嚴格定義

7、的“發(fā)酵”：有機物被生物體氧化降解成氧化產物并釋放能量的過程統(tǒng)稱為生物氧化。微生物生理學把生物氧化區(qū)分為呼吸和發(fā)酵，呼吸又可進一步區(qū)分為有氧呼吸和無氧呼吸。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：在沒有外源最終電子受體的條件下，化能異養(yǎng)型微生物細胞對能源有機化合物的氧化與內源的（已經經過該細胞代謝的）有機化合物的還原相耦合，一般并不發(fā)生經包含細胞色素等的電子傳遞鏈上的電子傳遞和電子傳遞磷酸化，而是通過底物（激酶的底物）水平磷酸化來獲得代謝能atp；能源有機化合物釋放的電子的一級電子載體nad，以nadh的形式直接將電子交給內源的有機電子受體而再生成nad，同時將后者還原成發(fā)

8、酵產物（不完全氧化的產物）。細胞中的nad是有限的，如果作為一級電子載體的輔酶nad不能得到再生，就不能被回用，有效的電子載體就會愈來愈少，脫氫反應就不能持續(xù)進行下去了。因此輔酶nad的再生是生物氧化（包括發(fā)酵）繼續(xù)進行下去的必要條件。(2)工業(yè)生產上定義的發(fā)酵“工業(yè)發(fā)酵”工業(yè)生產上籠統(tǒng)地把一切依靠微生物的生命活動而實現(xiàn)的工業(yè)用秸稈發(fā)酵制成沼氣生產均稱為“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，生命活動依靠生物氧化提供的代謝能來支撐，因此工業(yè)發(fā)酵應該覆蓋微生物生理學中生物氧化的所有方式：有氧呼吸、無氧呼吸和發(fā)酵。近百年來，隨著科學技術的進步，發(fā)酵技術發(fā)生了劃時代

9、的變革，已經從利用自然界中原有的微生物進行發(fā)酵生產的階段進入到，按照人的意愿改造成具有特殊性能的微生物以生產人類所需要的發(fā)酵產品的新階段。(3) 專業(yè)詞匯“發(fā)酵（fermentation）”“發(fā)酵”這個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爛。“發(fā)酵”作為專業(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)化生產酒及酒精飲料、食品及食品添加劑、飼料及飼料添加劑、藥品、化工材料等等3.1.2 特點發(fā)酵和其他化學工業(yè)的最大區(qū)別在于它是生物體所進行的化學反應。其主要特點如下：1，發(fā)酵過程一般來說都是在常溫常壓下進行的生物化學反

10、應，反應安全，要求條件也比較簡單。2，發(fā)酵所用的原料通常以淀粉、糖蜜或其他農副產品為主，只要加入少量的有機和無機氮源就可進行反應。微生物因不同的類別可以有選擇地去利用它所需要的營養(yǎng)?；谶@特性，可以利用廢水和廢物等作為發(fā)酵的原料進行生物資源的改造和更新。3，發(fā)酵過程是通過生物體的自動調節(jié)方式來完成的，反應的專一性強，因而可以得到較為單的代謝產物。4，由于生物體本身所具有的反應機制，能夠專一性地和高度選擇性地對某些較為復雜的化合物進行特定部位地氧化、還原等化學轉化反應，也可以產生比較復雜的高分子化合物。5，一般情況下，發(fā)酵過程中需要特別控制雜菌的產生。通?？刂齐s菌的方法是對設備進行嚴格消毒處理，

11、對空氣加熱滅菌操作以及盡可能的采用自動化的方式進行發(fā)酵。通常，如果發(fā)酵過程中污染了雜菌或者噬菌體，會影響發(fā)酵過程的進行，導致發(fā)酵產品的產量減少，嚴重的，甚至會導致整個發(fā)酵過程失敗，發(fā)酵產品被要求全部倒掉。6，微生物菌種是進行發(fā)酵的根本因素，通過變異和菌種篩選，可以獲得高產的優(yōu)良菌株并使生產設備得到充分利用，甚至可以獲得按常規(guī)方法難以生產的產品。7，工業(yè)發(fā)酵與普通發(fā)酵相比，對于發(fā)酵過程的控制更為嚴格，對發(fā)酵技術要求更為成熟，并且能夠實現(xiàn)大規(guī)模量產基于以上特點，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)酵特征之外更有其優(yōu)越性。除了使用微生物外，還可以用動植物細胞和酶，

12、也可以用人工構建的“工程菌來進行反應；反應設備也不只是常規(guī)的發(fā)酵罐，而是以各種各樣的生物反應器而代之，自動化連續(xù)化程度高，使發(fā)酵水平在原有基礎上有所提高和和創(chuàng)新。 3.1.3 反應發(fā)酵反應的過程依據(jù)不同糖的利用與產物的生產而不同。以下以葡萄糖生產酒精為例，說明釀酒發(fā)酵的過程，同時這也是最經典的發(fā)酵反應：化學式：c6h12o6 2c2h5oh + 2co2 + 2 atp (放出能量:118 kj/mol) 文字式：糖（葡萄糖、果糖或蔗糖） 醇類（乙醇） + 二氧化碳 + 能量 (atp) 就實際反應的生化途徑而言，在厭氧呼吸的初期，往往是糖酵解途徑，之后的途徑與終產物有關。 3.1.4 類型根

13、據(jù)發(fā)酵的特點和微生物對氧的不同需要，可以將發(fā)酵分成若干類型：1，按發(fā)酵原料來區(qū)分：糖類物質發(fā)酵、石油發(fā)酵及廢水發(fā)酵等類型。2，按發(fā)酵產物來區(qū)分：如氨基酸發(fā)酵、有機酸發(fā)酵、抗生素發(fā)酵、酒精發(fā)酵、維生素發(fā)酵等。3，按發(fā)酵形式來區(qū)分，則有：固態(tài)發(fā)酵和液體深層發(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)酵過程中對氧的不同需求來分，一般可分為：厭氧發(fā)酵和通風發(fā)酵兩大類型。發(fā)酵工程在生物工程中的位置生物工程主要包括基因工程、細胞工程、酶工程、蛋白質工程和發(fā)酵工程等5個部分；基因工程和細胞工程的研究結果，大多需要通過發(fā)酵工程和酶工程來實現(xiàn)產業(yè)化?；蚬こ?、細胞工程和發(fā)酵工程中所需

14、要的酶，往往是通過酶工程來獲得；酶工程中酶的生產，一般要通過微生物發(fā)酵的方法來進行。由此可見，生物工程各個分支之間存在著交叉滲透的現(xiàn)象。生物工程主要操作對象工程目的與其它工程的關系基因工程基因及動物細胞、植物細胞、微生物改造物種通過細胞工程、發(fā)酵工程使目的基因得以表達細胞工程動物細胞、植物細胞、微生物細胞改造物種可以為發(fā)酵工程提供菌種、使基因工程得以實現(xiàn)發(fā)酵工程微生物獲得菌體及各種代謝產物為酶工程提供酶的來源酶 工 程微生物獲得酶制劑或固定化酶為其它生物工程提供酶制劑4、發(fā)酵技術的發(fā)展歷程20世紀20年代的酒精、甘油和丙酮等發(fā)酵工程，屬于厭氧發(fā)酵。從那時起，發(fā)酵工程又經歷了幾次重大的轉折，在不

15、斷地發(fā)展和完善。20世紀40年代初，隨著青霉素的發(fā)現(xiàn)，抗生素發(fā)酵工業(yè)逐漸興起。由于青霉素產生菌是需氧型的，微生物學家就在厭氧發(fā)酵技術的基礎上，成功地引進了通氣攪拌和一整套無菌技術，建立了深層通氣發(fā)酵技術。它大大促進了發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展，使有機酸、維生素、激素等都可以用發(fā)酵法大規(guī)模生產。1957年，日本用微生物生產谷氨酸成功，如今20種氨基酸都可以用發(fā)酵法生產。氨基酸發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展，是建立在代謝控制發(fā)酵新技術的基礎上的。科學家在深入研究微生物代謝途徑的基礎上，通過對微生物進行人工誘變，先得到適合于生產某種產品的突變類型，再在人工控制的條件下培養(yǎng)，就大量產生人們所需要的物質。目前，代謝控制發(fā)酵技術已經

16、與核苷酸、有機酸和部分抗生素等的生產中。20世紀70年代以后，基因工程、細胞工程等生物工程技術的開發(fā)，使發(fā)酵工程進入了定向育種的新階段，新產品層出不窮。20世紀80年代以來，隨著學科之間的不斷交叉和滲透，微生物學家開始用數(shù)學、動力學、化工工程原理、計算機技術對發(fā)酵過程進行綜合研究，使得對發(fā)酵過程的控制更為合理。在一些國家，已經能夠自動記錄和自動控制發(fā)酵過程的全部參數(shù)，明顯提高了生產效率?，F(xiàn)代意義上的發(fā)酵工程是一個由多學科交叉、融合而形成的技術性和應用性較強的開放性的學科。發(fā)酵工程經歷了“農產手工加工近代發(fā)酵工程現(xiàn)代發(fā)酵工程”三個發(fā)展階段。手工加工發(fā)酵工程發(fā)源于家庭或作坊式的發(fā)酵制作（農產手工加

17、工），后來借鑒于化學工程實現(xiàn)了工業(yè)化生產（近代發(fā)酵工程），最后返璞歸真以微生物生命活動為中心研究、設計和指導工業(yè)發(fā)酵生產（現(xiàn)代發(fā)酵工程），跨入生物工程的行列。近代發(fā)酵原始的手工作坊式的發(fā)酵制作憑借祖先傳下來的技巧和經驗生產發(fā)酵產品，體力勞動繁重，生產規(guī)模受到限制，難以實現(xiàn)工業(yè)化的生產。于是，發(fā)酵界的前人首先求教于化學和化學工程，向農業(yè)化學和化學工程學習，對發(fā)酵生產工藝進行了規(guī)范，用泵和管道等輸送方式替代了肩挑手提的人力搬運，以機器生產代替了手工操作，把作坊式的發(fā)酵生產成功地推上了工業(yè)化生產的水平。發(fā)酵生產與化學和化學工程的結合促成了發(fā)酵生產的第一次飛躍。現(xiàn)代發(fā)酵通過發(fā)酵工業(yè)化生產的幾十年實踐，

18、人們逐步認識到發(fā)酵工業(yè)過程是一個隨著時間變化的（時變的）、非線性的、多變量輸入和輸出的動態(tài)的生物學過程，按照化學工程的模式來處理發(fā)酵工業(yè)生產（特別是大規(guī)模生產）的問題，往往難以收到預期的效果。從化學工程的角度來看，發(fā)酵罐也就是生產原料發(fā)酵的反應器，發(fā)酵罐中培養(yǎng)的微生物細胞只是一種催化劑，按化學工程的正統(tǒng)思維，微生物當然難以發(fā)揮其生命特有的生產潛力。于是，追溯到作坊式的發(fā)酵生產技術的生物學內核（微生物），返璞歸真而對發(fā)酵工程的屬性有了新的認識。發(fā)酵工程的生物學屬性的認定，使發(fā)酵工程的發(fā)展有了明確的方向，發(fā)酵工程進入了生物工程的范疇5、常見的發(fā)酵工藝5.1 青霉素的發(fā)酵 5.1.1原理天然青霉素青

19、霉素g生產可分為菌種發(fā)酵和提取精制兩個步驟。菌種發(fā)酵：將產黃青霉菌接種到固體培養(yǎng)基上，在25下培養(yǎng)710天，即可得青霉菌孢子培養(yǎng)物。用無菌水將孢子制成懸浮液接種到種子罐內已滅菌的培養(yǎng)基中，通入無菌空；氣、攪拌，在27下培養(yǎng)2428h，然后將種子培養(yǎng)液接種到發(fā)酵罐已滅菌的含有苯乙酸前體的培養(yǎng)基中，通入無菌空氣，攪拌，在27下培養(yǎng)7天。在發(fā)酵過程中需補入苯乙酸前體及適量的培養(yǎng)基。提取精制：將青霉素發(fā)酵液冷卻，過濾。濾液在ph22.5的條件下，于萃取機內用醋酸丁酯進行多級逆流萃取，得到丁酯萃取液，轉入ph7.07.2的緩沖液中，然后再轉入丁酯中，將此丁酯萃取液經活性炭脫色，加入成鹽劑，經共沸蒸餾即可

20、得青霉素g鉀鹽。青霉素g鈉鹽是將青霉素g鉀鹽通過離子交換樹脂（鈉型）而制得。半合成青霉素以6apa為中間體與多種化學合成有機酸進行酰化反應，可制得各種類型的半合成青霉素。6apa是利用微生物產生的青霉素?；噶呀馇嗝顾豨或v而得到。酶反應一般在4050、ph810的條件下進行；近年來，酶固相化技術已應用于6apa生產，簡化了裂解工藝過程。6apa也可從青霉素g用化學法來裂解制得，但成本較高。側鏈的引入系將相應的有機酸先用氯化劑制成酰氯，然后根據(jù)酰氯的穩(wěn)定性在水或有機溶劑中，以無機或有機堿為縮合劑，與6apa進行?；磻？s合反應也可以在裂解液中直接進行而不需分離出6apa 5.1.2工藝青霉素

21、的生產分成發(fā)酵工藝和提煉工藝過程。 其中，青霉素發(fā)酵過程是屬于二次微生物代謝的過程,所獲得的是下一級代謝的產物,即菌種在一定條件下 (培養(yǎng)基、溫度、ph、通氣攪拌等)進行培養(yǎng)發(fā)酵,經過下一級代謝得到生成物青霉素,此環(huán)節(jié)是在發(fā)酵罐中進行的,最終是微生物分泌大量的抗生素。為了保證發(fā)酵過程正常進行,需對一些物理、化學、生理參數(shù)進行檢測和控制。檢測的物理參數(shù)有罐溫、罐壓、冷卻水流量及進出口溫度;化學參數(shù)有尾氣中o2含量、co2含量、罐內溶解氧、ph值等生理參數(shù)有菌絲濃度、基液質濃度、代謝產物濃度等,由于傳感器及檢測元件等原因目前生理參數(shù)還不能直接在線測量只能采用模型進行在線推算或離線化驗分析

22、。另外發(fā)酵過程中還存在一些通過可測參數(shù)在線計算來得到的重要參數(shù)如氧攝取率、呼吸商、生物熱等。罐溫發(fā)酵液ph、發(fā) 酵液中的do2及罐壓等環(huán)境參數(shù)對菌絲的生長、衰老及青霉素的合成有很大的影響因此控制系統(tǒng)主要就針對這些參數(shù)實行自動控制。 5.2 土霉素的發(fā)酵 5.2.1原理分為三型，一型發(fā)酵為酒精發(fā)酵，二三型發(fā)酵為甘油發(fā)酵酒精發(fā)酵：葡萄糖走emp途徑放能和還原力（nadh)，分解為兩個丙酮酸，丙酮酸脫羧又被還原力還原為乙醇。甘油發(fā)酵：加入亞硫酸氫鈉，它結合乙醛，乙醛失去受氫能力，由磷酸二羥丙酮作為受氫體，一步步被還原為甘油。部分游離乙醛仍可受氫產生atp。三型甘油發(fā)酵：調ph使其成為不產能只產甘油的

23、靜息細胞。 5.2.2工藝6、 發(fā)酵技術的應用 6.1 醫(yī)藥方面1、在醫(yī)藥工業(yè)上的應用：基于發(fā)酵工程技術，開發(fā)了種類繁多的藥品，如人類生長激素、重組乙肝疫苗、某些種類的單克隆抗體、白細胞介素2、抗血友病因子等。3、發(fā)酵工程與番茄紅素番茄紅素是由11個共軛雙鍵及2個非共軛碳碳雙鍵構成的高度不飽和直鏈型烴類化合物，具有預防癌癥、防治心血管疾病、緩解骨質疏松癥和提高免疫等重要的生理功能。番茄紅素的生產方法主要有提取法、化學合成法和微生物發(fā)酵法。由于番茄紅素含量低，提取法無法滿足市場需求，化學合成法存在收率低、產物不穩(wěn)定以及合成成本高等缺點；發(fā)酵法被認為是生產番茄紅素最有潛力的方法，發(fā)酵法利用特定微生

24、物的代謝將淀粉、葡萄糖、黃豆餅粉等廉原料轉化為番茄紅素，不受原材料、地理環(huán)境和氣候等因素影響，工藝簡單、生產周期短、生產效率高、生產成本低，且產物質量可控，并減少了對環(huán)境的污染。最重要的是發(fā)酵法生產的番茄紅素。 6.2 食品方面?zhèn)鹘y(tǒng)上人們利用固態(tài)發(fā)酵生產面包、麥芽、酒曲、酒精飲料、醬油、用酒精發(fā)酵生產的紅酒、豆豉、蘑菇等食品或生產中間原料。近代研究發(fā)現(xiàn)利用固態(tài)發(fā)酵生產的一些食品中含有生理活性物質，表明了固態(tài)發(fā)酵在生產這些食品及食品添加劑上有優(yōu)勢。隨著能源危機與環(huán)境問題的日益嚴重，固態(tài)發(fā)酵技術以其特有的優(yōu)點引起人們極大的興趣。人們在固態(tài)發(fā)酵領域的研究及其在資源環(huán)境、蛋白質飼料中的應用取得了較大進

25、展，主要表現(xiàn)在生物飼料、生物燃料、生物農藥、生物轉化、生物解毒及生物修復等方面的成功開發(fā)應用，為固態(tài)發(fā)酵的不斷發(fā)展提供了強有力支持，為傳統(tǒng)技術發(fā)揚光大提供了廣闊的應用前景。另外，中藥固態(tài)發(fā)酵，在保持中藥原來藥效，降低毒性反應的作用巨大?，F(xiàn)在發(fā)酵技術在食品工業(yè)上的應用：主要有三大類產品，一是生產傳統(tǒng)的發(fā)酵產品，如啤酒、果酒、食醋等；二是生產食品添加劑；三是幫助解決糧食問題。如： 生產葡萄酒生產味精全世界都采用發(fā)酵法生產味精。發(fā)酵法生產味精的原料基本上都是淀粉、砂糖、醋酸、糖蜜等天然物質，因此味精不是化學合成產品。制作酵素一是生產酵素菌。酵素菌是從自然界中分分離純化獲得的有益微生物，將其組合發(fā)酵形

26、成，包括細菌、酵素菌、絲狀菌三大類二十余種能產生流活性分解酶的微生物群體組成的產品，廣泛應用于種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)和人體保健食品行業(yè)。二是制作食用酵素。食用酵素（酶，enzyme）根據(jù)原料的多寡，又可分為綜合酵素和專一酵素。綜合酵素，特別是植物綜合酵素（植物復合酶），一般是指用幾十種甚至上百種蔬果經發(fā)酵制備的酵素產品，針對性弱，藉在強調對人體的綜合調理作用。專一酵素，是指針對某些特定功效作用，或出于某些特定因素，而選用一種或兩種原料（一般不超過三種），經發(fā)酵制備而成的酵素產品。如，諾麗酵素，原料只有有機諾麗和有機青梅，旨在針對女性排毒、通便、祛痘（光潔皮膚）。 “人造肉”近年來，國內外市場上出現(xiàn)了一

27、種引人注目的新食品，它們的樣子很象雞、鴨、魚或豬肉，但卻不是通過飼養(yǎng)畜禽而獲得的制品，也不是耕種收獲的五谷雜糧，而是利用現(xiàn)代發(fā)酵工程技術制成的，因此，人們將他稱為“人造肉”?，F(xiàn)代發(fā)酵工程，就是利用微生物的許多特殊本領，通過現(xiàn)代的工程技術手段來生產人類有用的物質，或者把微生物直接運用于工業(yè)生產的一類技術。它是以培養(yǎng)微生物發(fā)酵為主的，因此又叫微生物工程 6.3 農業(yè)方面（1）甜高粱莖稈液態(tài)發(fā)酵在液態(tài)發(fā)酵過程中，由于甜高粱汁液中氮源、無機鹽含量不能滿足酵母菌的需求，大多數(shù)研究者通過在汁液中添加氮源和無機鹽來研究最佳的發(fā)酵工藝條件。從節(jié)省水資源、降低勞動強度和減少費用的角度?？紤]液態(tài)發(fā)酵中高密度發(fā)酵更

28、具競爭力。當可溶性固形物含量從16g100g升高到31gloog時，可節(jié)約585的用水，同時減少環(huán)境污染，提高設備利用率，而且高密度發(fā)酵可以增加發(fā)酵速率和酒精得率。在甜高梁汁液和磨碎的甜高粱籽粒混合液中加入蔗糖 (濃度34glooml混合液)進行高密度液態(tài)發(fā)酵，酒精的最大得率能達到16 8。高密度液態(tài)發(fā)酵有利于提高從甜高梁莖稈汁液中獲取燃料乙醇的收益。甜高梁莖稈汁液高密度發(fā)酵工業(yè)化生產往往采用固定化酵母發(fā)酵工藝，固定化技術應用于酒精發(fā)酵的機理是利用活細胞或酶的高度密集，從而比普通游離狀態(tài)的細胞成倍地增長，加快反應速度、縮短反應周期和提高工作效率。載體內部的酵母受外界影響較少，并不斷增殖向外擴散

29、，載體內部一直保持原有品質，而且擁有較好的抗污染能力。從固定化人手來高發(fā)酵強度是一種切實可行的方法。劉榮厚 等研究了在搖床和流化床反應器上進行固定化酵母汁液酒精發(fā)酵，取得了很好的效果，為燃料乙醇的發(fā)展提供了科學依據(jù)。 （2）紅薯飲料 用紅薯與鮮奶配合發(fā)酵制成的紅薯酸奶，有紅薯的特有香味，還增加了酸奶纖維素、維生素和多種微量元素，減少脂肪含量，既可達到動植物營養(yǎng)互補，又能降低生產成本，是一種風味獨特的滋補飲料。 （3）膨化玉米粉酸奶 玉米是一種含多種營養(yǎng)成分的高產經濟作物，含有大量的氨基酸、脂肪和粗纖維。經擠壓、膨化、粉碎后的玉米粉除以上特點外，

30、由于采取了高溫高壓短時的加工方法，營養(yǎng)成分幾乎未被破壞，原料經糊化處理后，更易消化吸收，擠壓后的淀粉和蛋白質均易受酶作用而發(fā)生水解，產品口感細膩，風味好。以膨化后的玉米粉為原料，配以脫脂乳，用乳酸菌進行發(fā)酵制成膨化玉米粉乳酸發(fā)酵制品，酸甜適口，口感 細膩，有乳香和玉米清香，含有大量對人體有益的活性乳酸菌。 （4）中華獼猴桃果醋 中華獼猴桃營養(yǎng)價值高，被譽為“水果之王”。中華獼猴桃果醋生產工藝流程：獼猴桃洗凈粉碎蒸煮加麩曲榨汁果汁加酒母酒精發(fā)酵加醋酸菌液醋酸發(fā)酵過濾高溫殺菌裝瓶成品。 6.4 環(huán)境方面在環(huán)境科學領域的應用：污水處理中微生物的強化。環(huán)境保護近年來，利用現(xiàn)代發(fā)酵及

31、分離技術對大量的農作物麩皮、殼和秸桿以及各種果渣等有機廢渣資源進行深層次的研究開發(fā)，從而獲得高活性、高附加值的天然功能產品，引起了各國學者的廣泛重視，其中以有機廢渣為基本培養(yǎng)基，選擇合適的微生物菌株 ( 酵母、真菌或細菌)進行固態(tài)發(fā)酵，以獲得高附加值的微生物代謝物。7、發(fā)酵技術的發(fā)展前景發(fā)酵技術是生物工程的核心技術，也是醫(yī)藥生物工程和農業(yè)生物工程實現(xiàn)產業(yè)化的橋梁，具有廣闊的發(fā)展前景。隨著科學技術的進步，發(fā)酵技術也有了很大的發(fā)展，并且已經進入能夠人為控制和改造微生物，使這些微生物為人類生產產品的現(xiàn)代發(fā)酵工程階段?，F(xiàn)代發(fā)酵工程作為現(xiàn)代生物技術的一個重要組成部分，具有廣闊的應用前景。1、發(fā)

32、酵工程作為最早從事微生物學的研究領域，在過去的3個世紀中為人類的生活、生存、社會的發(fā)展作出了重大的貢獻。但這些都是過去的成就。發(fā)酵工程與現(xiàn)在的生物工程（基因工程）相比，是處于劣勢，因為其是個老學科，在很多人看來，其沒有什么大的學問，通過一些操作過程的控制和菌種的篩選難以達到基因工程那樣迅捷的效果。但目前發(fā)酵工程不斷在發(fā)展自己，不斷整合其他學科的優(yōu)點來發(fā)展自己：1 上游方面：在菌種選育方面與基因工程相結合，從源頭上來發(fā)展自己的優(yōu)勢。但這一方面存在很大的問題，因為搞基因的人對發(fā)酵不很熟悉，使得許多基因工程菌難以發(fā)酵生產產品，而且基因工程菌發(fā)酵的乙酸問題到現(xiàn)在還沒有解決；另一方面，基因工程領域的專家

33、對發(fā)酵工業(yè)具有很大應用價值的菌種還沒有做深入研究（我指的是國內情況），國內還沒有哪個基因中心對工業(yè)微生物進行基因測序。2工藝方面： 在過程控制中，與微生物學、微生物生理學、計算機工程、控制工程、化工工程等學科相結合，將過程操作變數(shù)與微生物生理狀態(tài)結合起來?；谖⑸锓磻淼呐囵B(yǎng)基組成優(yōu)化；基于微生物代謝特性的分階段培養(yǎng)策略；基于代謝通量分析的發(fā)酵優(yōu)化策略。等等策略的利用，多尺度控制策略（葉勤教授等）就是將化工領域的策略運用到微生物學領域的典型范例，并取得很大的成就（華北制藥等等）。2 該學科在積極拓展自己的領域：最明顯的例子是交叉學科的出現(xiàn)，如發(fā)酵工程與環(huán)境工程的交叉形成了環(huán)境生物技術，與化

34、工交叉的生物化工，與紡織工業(yè)交叉的紡織生物工程等的等。對于未來，微生物發(fā)酵有很大的發(fā)展空間。微生物制造是有發(fā)展的特點和投資的熱點，發(fā)展方向比較廣，不過在發(fā)展過程中的核心技術和資金瓶頸一直困擾著企業(yè)。微生物發(fā)酵與人民的吃穿息息相關，同時與國家的節(jié)能減排大政方針密切聯(lián)系，與國家的循環(huán)經濟是分不開的。發(fā)酵技術隨著時代的發(fā)展而不斷向前發(fā)展，從傳統(tǒng)的發(fā)酵工業(yè)到現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)，再到微生物工程，它不僅成為生物技術產業(yè)的重要支柱，而且和基因工程技術的結合使它如虎添翼.隨著生物技術的發(fā)展，發(fā)酵工程的應用領域也在不斷擴大。從細胞生長繁殖、代謝的角度而言，利用發(fā)酵工程技術所進行的大規(guī)模植物細胞培養(yǎng)，將用于生產一些昂貴

35、的植物化學品；而動物細胞培養(yǎng)所生產的一些蛋白質和多肽類產品將作為醫(yī)用激素及抗癌與抗艾滋病的新藥物。發(fā)酵原料的更換也將使發(fā)酵工程發(fā)生重大的變革。2000年以后，由于木質纖維素原料的大量應用，發(fā)酵工程將大規(guī)模生產通用化學品以及能源。這樣，發(fā)酵工程變得對人類更為重要。目前還在逐步應用的化工原料前體發(fā)酵技術，已使發(fā)酵工程成為生產某些化學品的不可替換的手段，諸如色氨酸的前體發(fā)酵，長鏈脂肪烴（13，14正烷烴）發(fā)酵等，將使人類大規(guī)模應用色氨酸和長鏈二元酸成為可能。發(fā)酵工程技術在今后10年內的重點發(fā)展方向為：基因工程及細胞雜交技術在微生物育種上的應用，將使發(fā)酵用菌種達到前所未有的水平；生物反應器技術及生物分離技術的相應進步將消除發(fā)酵工業(yè)放大的某些神秘特征；由于物理微生物數(shù)據(jù)庫、發(fā)酵動力學、發(fā)酵傳遞力學