一、发酵工业的类别
1、古代和现代的发酵工业
发酵工程的定义在中国古代,“酵”的本意是酿酒用的酒曲或酒母;发酵,是指在酒曲或酒母中微生物的无氧呼吸作用下,降解糖产生二氧化碳,气泡上涌的现象。
生物化学领域的发酵是指生物的一种产能代谢类型,这一代谢过程包括以有机化合物为电子给体和电子受体的一系列氧化还原反应,同时发生各种物质的转化。
发酵可理解为“微生物细胞为获取生长和生存所需能量而进行的氧化还原反应”。千百年来,发酵的应用不断延伸,日趋丰富。
我国现代的发酵工业(也称工业生物技术产业),或者与发酵工业有等同意义的生物化工分属于轻工、医药、农业、化工、能源、环保等行业或部门。轻工行业属下的发酵工业可分为以下部分:酿酒(白酒、*酒、葡萄酒、啤酒)、淀粉糖、酵母、酶制剂、有机酸、乙醇和生物材料。
发酵工业还涉及大量的医药生物产品(如抗生素等)、农用生物制品及化工产品的生产。酿酒产业是发酵行业中最大的产业,发展速度最快的是啤酒。
啤酒产量从20世纪80年代开始大规模扩张,近年来年产量连续多年居世界第一。
2、发酵工程是什么?
微生物发酵是指微生物在一定的条件下,经特定的代谢途径,将物质转化为代谢产物及菌体的过程。广义上,发酵这一概念及技术也应用到植物细胞和动物细胞的培养及代谢产物的生产过程。
发酵工程又称微生物工程,是通过大规模工业化生产的方法,人为控制各项条件,利用微生物的生长和代谢活动来获取人们所需的物质,或者为人类提供服务的技术过程。因此,发酵工程是生物学和化学工程相互交叉的学科。
3、发酵的三个阶段
发酵工程包括“上游”、“中游”、“下游”3个阶段。“上游”工程是指微生物菌种的筛选、鉴定、保藏和育种;
“中游”工程涵盖从生产原料到发酵结束这一阶段,包括生产原料的预处理(含无菌空气的制备和水的预处理),菌种的扩大培养和大规模培养,发酵方法及发酵过程控制等;“下游”工程是指发酵产品的分离纯化,得到最终成品,还包括发酵副产品的综合利用。
二、发酵的特点
发酵的特点以谷物类等为原料,经微生物发酵法生产各种高附加值的产品从本质上说,属于化学反应。与一般的化工生产相比,微生物发酵法在比较温和的条件下进行。微生物发酵温度低,压力不高,pH在中性左右。故无需耐高温和高压设备,设备投资较小。
三、发酵的分类
发酵方法分为以下几大类:
1、 好氧发酵
好氧发酵是指好氧微生物在与空气(氧气)接触的条件下生长、繁殖,氧化有机物或无机物的产能代谢过程。专性好氧微生物把氧作为最终电子受体,通过有氧呼吸获取能量。向微生物提供充足的氧气,在发酵过程中需提供大量新鲜空气并搅拌。
2、 厌氧发酵
厌氧发酵(又称嫌气发酵,anaerobicfermentation)是指在隔绝空气的条件下,兼性微生物和专性厌氧微生物生长并进行生物化学作用,对物质进行生化降解的过程。例如,梭状芽孢杆菌引起的丙酮、丁醇发酵,沼气发酵等。对于专性厌氧微生物,氧对其有*性作用。
3、 兼性厌氧发酵
兼性厌氧发酵是利用兼性厌氧微生物进行的发酵。兼性厌氧微生物是指既可在有氧环境,又可在无氧环境中生活的微生物。
4、液态发酵(liquidfermentation)是最常见的发酵方式,
又分为深层发酵(submergedfermentation)、表面发酵(facialfermentation)和附着培养(adhesionfermentation)。深层发酵是在大型发酵罐中进行通风和搅拌,微生物悬浮于液体培养基中,故微生物、培养基成分、代谢产物的分布较均匀,过程控制容易,并易实现纯种培养。
5、固态发酵
固态发酵(solid-statefermentation)过程可定义为微生物在几乎没有游离可流动水,在培养基质上的生长过程及生物反应过程。
6、分批发酵
在分批发酵(batchfermentation)过程中,培养基一次加入反应器,灭菌、接种,细胞经历滞后期、对数生长期、稳定生长期(一般不进入衰亡期)后,一次出料(放罐)。
7、补料分批发酵
补料分批发酵是指在发酵初期,发酵罐内并不完全加满培养基,当菌体生长到对数生长期后即开始补料。