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發(fā)酵
科技名詞定義
中文名稱：
發(fā)酵
英文名稱：
fermentation
定義：
細(xì)菌和酵母等微生物在無(wú)氧條件下，酶促降解糖分子產(chǎn)生能量的過程。
所屬學(xué)科：
生物化學(xué)與分子生物學(xué)（一級(jí)學(xué)科）；總論（二級(jí)學(xué)科）
百科名片
發(fā)酵的面團(tuán)
發(fā)酵有時(shí)也寫作酦酵，其定義由使用場(chǎng)合的不同而不同。通常所說的發(fā)酵，多是指生物體對(duì)于有機(jī)物的某種分解過程。發(fā)酵是人類較早接觸的一種生物化學(xué)反應(yīng)，如今在食品工業(yè)、生物和化學(xué)工業(yè)中均有廣泛應(yīng)用。其也是生物工程的基本過程，即發(fā)酵工程。對(duì)于其機(jī)理以及過程控制的研究，還在繼續(xù)。
詞語(yǔ)解釋
詞目：發(fā)酵
拼音：fā jiào
基本解釋
[ferment] 復(fù)雜的有機(jī)物在微生物作用下分解
發(fā)酵
詳細(xì)解釋
1. 指微生物分解有機(jī)物質(zhì)的過程。應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、釀造、食品及化工等方面。
2. 喻事物受外力影響發(fā)生某種發(fā)展變化。
郭沫若 《今昔集·再談中蘇文化之交流》：“這三種東西（活字、指南針、火藥）傳到西方去了之后，把 歐洲 的近代文明起來了。” 茅盾《色盲》：“新的刺激，在他的脹熱的頭腦里開始發(fā)酵了。” 秦牧 《社稷壇抒情》：“對(duì)，這真是一個(gè)激發(fā)人們思古幽情的所在！作為一個(gè) 中國(guó) 人，可以讓這種使人微醉的感情發(fā)酵的去處可真多呢！”發(fā)酵的歷史發(fā)酵現(xiàn)象早已被人們所認(rèn)識(shí)，但了解它的本質(zhì)卻是近200年來的事。英語(yǔ)中發(fā)酵一詞fermentation是從拉丁語(yǔ)fervere派生而來的，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。
名稱來源
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
發(fā)酵設(shè)備——發(fā)酵罐
所引起的。在生物化學(xué)中把酵母的無(wú)氧呼吸過程稱作發(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，以取得能量來維持生命活動(dòng)的過程。發(fā)酵產(chǎn)物是指在反應(yīng)過程當(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)生和積累專門的代謝產(chǎn)物的反應(yīng)過程
發(fā)酵的菌種 微生物微生物（microorganism簡(jiǎn)稱microbe）是包括細(xì)菌、病毒、真菌以及一些小型的原生動(dòng)物等在內(nèi)的一大類生物群體，它個(gè)體微小，卻與人類生活密切相關(guān)。微生物在自然界中可謂“無(wú)處不在，無(wú)處不有”，涵蓋了有益有害的眾多種類，廣泛涉及健康、醫(yī)藥、工農(nóng)業(yè)、環(huán)保等諸多領(lǐng)域。
原核：細(xì)菌、放線菌、螺旋體、支原體、立克次氏體、衣原體。
真核：真菌、藻類、原生動(dòng)物。非細(xì)胞類：病毒和亞病毒。
發(fā)酵的定義
復(fù)雜的有機(jī)化合物在微生物的作用下分解成比較簡(jiǎn)單的物質(zhì)。發(fā)面、釀酒等都是發(fā)酵的應(yīng)用。也作酦酵。
漢詞“發(fā)酵”作為名詞表示一個(gè)過程，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)物并釋放能量的過程統(tǒng)稱為生物氧化。
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，而是通過底物（激酶的底物）水平磷酸化來獲得代謝能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)
利用秸稈發(fā)酵制成沼氣
生產(chǎn)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(dòng)，生命活動(dòng)依靠生物氧化提供的代謝能來支撐，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，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)人類所需要的發(fā)酵產(chǎn)品的新階段。
（3） 專業(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)酵過程一般來說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)。微生物因不同的類別可以有選擇地去利用它所需要的營(yíng)養(yǎng)?；谶@—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)酵過程是通過生物體的自動(dòng)調(diào)節(jié)方式來完成的，反應(yīng)的專一性強(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
通風(fēng)發(fā)酵池示意圖
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，見效快，開可以取得顯著的經(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。
發(fā)酵的類型
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
味精發(fā)酵工藝生產(chǎn)流程圖
分成若干類型：
1，按發(fā)酵原料來區(qū)分：糖類物質(zhì)發(fā)酵、石油發(fā)酵及廢水發(fā)酵等類型。
2，按發(fā)酵產(chǎn)物來區(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)酵過程中對(duì)氧的不同需求來分，一般可分為：厭氧發(fā)酵和通風(fēng)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(xì)胞工程、酶工程、蛋白質(zhì)工程和等5個(gè)部分；
基因工程和細(xì)胞工程的研究結(jié)果，目前大多需要通過和酶工程來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化?；蚬こ獭⒓?xì)胞工程和中所需要的酶，往往是通過酶工程來獲得；酶工程中酶的生產(chǎn)，一般要通過微生物發(fā)酵的方法來進(jìn)行。由此可見，生物工程各個(gè)分支之間存在著交叉滲透的現(xiàn)象。
| 生物工程 | 主要操作對(duì)象 | 工程目的 | 與其它工程的關(guān)系 |
| 基因工程 | 基因及動(dòng)物細(xì)胞、植物細(xì)胞、微生物 | 改造物種 | 通過細(xì)胞工程、使目的基因得以表達(dá) |
| 細(xì)胞工程 | 動(dòng)物細(xì)胞、植物細(xì)胞、微生物細(xì)胞 | 改造物種 | 可以為提供菌種、使基因工程得以實(shí)現(xiàn) |
| | 微生物 | 獲得菌體及各種代謝產(chǎn)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 |
反應(yīng)
主條目：糖酵解
主條目：呼吸作用
發(fā)酵反應(yīng)的過程依據(jù)不同糖的利用與產(chǎn)物的生產(chǎn)而不同。以下以葡萄糖生產(chǎn)酒精為例，說明釀酒發(fā)酵的過程，同時(shí)這也是zui經(jīng)典的發(fā)酵反應(yīng)：
化學(xué)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(shí)際反應(yīng)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(chǎn)物有關(guān)。
應(yīng)用
固態(tài)發(fā)酵應(yīng)用范圍極為廣泛
傳統(tǒng)上人們利用固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)面包、麥芽、酒曲、酒*料、醬油、
利用酒精發(fā)酵生產(chǎn)的紅酒
豆豉、蘑菇等食品或生產(chǎn)中間原料。近代研究發(fā)現(xiàn)利用固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)的一些食品中含有生理活性物質(zhì)，表明了固態(tài)發(fā)酵在生產(chǎn)這些食品及食品添加劑上有優(yōu)勢(shì)。隨著能源危機(jī)與環(huán)境問題的日益嚴(yán)重，固態(tài)發(fā)酵技術(shù)以其*的優(yōu)點(diǎn)引起人們極大的興趣。人們?cè)诠虘B(tài)發(fā)酵領(lǐng)域的研究及其在資源環(huán)境、蛋白質(zhì)飼料中的應(yīng)用取得了較大進(jìn)展，主要表現(xiàn)在生物飼料、生物燃料、生物農(nóng)藥、生物轉(zhuǎn)化、生物解毒及生物修復(fù)等方面的成功開發(fā)應(yīng)用，為固態(tài)發(fā)酵的不斷發(fā)展提供了強(qiáng)有力支持，為傳統(tǒng)技術(shù)發(fā)揚(yáng)光大提供了廣闊的應(yīng)用前景。
酒精發(fā)酵和乳酸發(fā)酵生產(chǎn)葡萄酒
（1）、破碎和去梗
破碎：使果肉和果汗分離。
去梗：果梗有青梗味，除非酒中需要額外增加單寧，才會(huì)保留果便。
（2）、酒精發(fā)酵和浸漬
葡萄破碎去梗后，被輸送到發(fā)酵容器中進(jìn)行發(fā)酵，酵母可以由葡萄自身原有的，也可以是人工添加的，發(fā)酵過程持續(xù)4~10天，葡萄皮中的單寧和色素就滲入葡萄汁里。
單寧和色素的撮過程就稱為浸漬。浸漬時(shí)間從數(shù)日到數(shù)周不等。酵造單寧含量低、較柔順的“新酒”，浸漬時(shí)間會(huì)很短；釀造可長(zhǎng)期收藏的紅酒時(shí)，由于需要足夠的單寧，浸漬的時(shí)間會(huì)很長(zhǎng)。（3）、更換容器和壓榨皮渣
更換容器是為了將皮渣從葡萄原酒中分離，結(jié)束浸漬過程。皮渣移出容器后，再經(jīng)壓榨出酒。從皮渣中壓榨出的葡萄酒顏色較深，單寧含量也較高，味苦澀。
（4）、乳酸發(fā)酵
在紅葡萄酒釀造過程中，通常會(huì)進(jìn)行稱為乳酸發(fā)酵的副發(fā)酵。副發(fā)酵是利用乳酸菌把酒中酸澀的蘋果酸變成較柔順且穩(wěn)定的乳酸。
生產(chǎn)味精
*都采用發(fā)酵法生產(chǎn)味精。發(fā)酵法生產(chǎn)味精的原料基本上都是淀粉、砂糖、醋酸、糖蜜等天然物質(zhì)，因此味精不是化學(xué)合成產(chǎn)品。
生物發(fā)酵處理垃圾
BTA工藝流程可廣泛應(yīng)用于處理生活垃圾、商業(yè)垃圾、農(nóng)業(yè)垃
BTA多級(jí)發(fā)酵系統(tǒng)——處理垃圾
圾及城市固體垃圾中的可降解生物垃圾（Biowaste）（垃圾中的有機(jī)物部份）。通過BTA工藝流程可將垃圾轉(zhuǎn)換成高質(zhì)量的生物燃?xì)猓˙iogas）和有機(jī)肥（Compost），生物燃?xì)庥挚砂l(fā)電并產(chǎn)出熱能。用BTA工藝流程進(jìn)行垃圾處理時(shí)，所用的水基本都是在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的循環(huán)水，多余的水可直接應(yīng)用于農(nóng)業(yè)灌溉或進(jìn)行進(jìn)一步的污水清潔處理。
較為常用的是BTA單級(jí)發(fā)酵系統(tǒng)。垃圾漿料的發(fā)酵在混合發(fā)酵反應(yīng)罐中一次完成。考慮到投資與運(yùn)行的成本，現(xiàn)有的發(fā)酵設(shè)備（如污水處理廠、農(nóng)業(yè)沼氣廠的發(fā)酵罐）都可以直接改造利用這一工藝。BTA單級(jí)發(fā)酵系統(tǒng)*可應(yīng)用于現(xiàn)有的垃圾處理工廠擴(kuò)大產(chǎn)量，如果要進(jìn)行餐廚垃圾的處理還有必要再增加一些BTA殺菌消毒設(shè)施。
還有一種BTA多級(jí)發(fā)酵系統(tǒng)，大多用于年處理量超過5萬(wàn)噸的工廠。在BTA多級(jí)發(fā)酵系統(tǒng)中垃圾漿料通過脫水分離成固態(tài)物質(zhì)和液相物質(zhì)。液相中包含可溶解的有機(jī)成份，可以直接泵入?yún)捬醢l(fā)酵罐（甲烷反應(yīng)器）中。經(jīng)過脫水后的固體渣料中由于仍然包含有未溶解的有機(jī)成份，可再一次將其與水混合打進(jìn)水解反應(yīng)器，經(jīng)過約4天后對(duì)這些懸浮液再次脫水，然后將液體部分注入到發(fā)酵罐（甲烷反應(yīng)器）中。通過在不同反應(yīng)器（酸化、水解和甲烷）中的降解過程，BTA多級(jí)發(fā)酵系統(tǒng)為微生物創(chuàng)造的生長(zhǎng)條件，加快了生物的降解速度，只需要幾天時(shí)間就使60%—80%的有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化成甲烷氣體。
相關(guān)產(chǎn)品
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