[fā jiào] 發(fā)酵

1.指在無氧等外源氫受體的條件下，底物脫氫后所產(chǎn)生的還原力[H]未經(jīng)呼吸鏈傳遞而直接交某一內(nèi)源性中間代謝物接受，以實(shí)現(xiàn)底物水平磷酸化產(chǎn)能的一類生物氧化反應(yīng)。

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，把歐洲的近代文明發(fā)酵起來了。”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，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 人，可以讓這種使人微醉的感情發(fā)酵的去處可真多呢！” [

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)中把酵母的無氧呼吸過程稱作發(fā)酵。我們所指的發(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，只不過通常的呼吸作用是指有氧呼吸，其最終結(jié)果是生成CO2和水，而發(fā)酵過程則是一種無氧呼吸的過程，其最終結(jié)果是產(chǎn)生酒精，二氧化碳以及其它代謝的產(chǎn)物。

因而，現(xiàn)代發(fā)酵的定義應(yīng)該是：通過對微生物（或動植物細(xì)胞）進(jìn)行大規(guī)模的生長培養(yǎng)，使之發(fā)生化學(xué)變化和生理變化，從而產(chǎn)生和積累大量人們發(fā)酵所需要的代謝產(chǎn)物的過程。

“發(fā)酵”原來指的是輕度發(fā)泡或沸騰狀態(tài)。發(fā)酵現(xiàn)象早已被人們所認(rèn)識，但了解它的本質(zhì)卻是近200年來的事。英語中發(fā)酵一詞fermentation是從拉丁語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。現(xiàn)在發(fā)酵技術(shù)已發(fā)展成為一門工程學(xué)科和獨(dú)立的工業(yè)，涵蓋了食品發(fā)酵（如酸奶、干酪、面包、醬腌菜、豆豉、腐乳、發(fā)酵魚肉等）釀造（如啤酒、白酒、黃酒、葡萄酒等飲料酒以及醬油、醬、醋等釀造調(diào)味品等）、近代的發(fā)酵工業(yè)（如酒精、乳酸、丙酮、丁醇等）等。

食品發(fā)酵類型眾多，若不加以控制，就會導(dǎo)致食品腐敗變質(zhì)。控制食品發(fā)酵過程的主要因素有酸度、酒精含量、菌種的使用、溫度、通氧量和加鹽量等。這些因素同時(shí)還決定著發(fā)酵食品后期貯藏中的微生物生長的類型。

復(fù)雜的有機(jī)化合物在微生物的作用下分解成比較簡單的物質(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，作為動詞表示一種行動。

(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(xì)胞對能源有機(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（不完全氧化的產(chǎn)物）。

細(xì)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(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而實(shí)現(xiàn)的工業(yè)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，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(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。

發(fā)酵和其他化學(xué)工業(yè)的最大區(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養(yǎng)。基于這—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擇性地對某些較為復(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。

5，一般情況下，發(fā)酵過程中需要特別控制雜菌的產(chǎn)生。通常控制雜菌的方法是對設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)格消毒處理，對空氣加熱滅菌操作以及盡可能的采用自動化的方式進(jìn)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(jìn)行，導(dǎo)致發(fā)酵產(chǎn)品的產(chǎn)量減少，嚴(yán)重的，甚至?xí)?dǎo)致整個(gè)發(fā)酵過程失敗，發(fā)酵產(chǎn)品被要求全部倒掉。

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，甚至可以獲得按常規(guī)方法難以生產(chǎn)的產(chǎn)品。

7，工業(yè)發(fā)酵與普通發(fā)酵相比，對于發(fā)酵過程的控制更為嚴(yán)格，對發(fā)酵技術(shù)要求更為成熟，并且能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)

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)酵特征之外更有其優(yōu)越性。除了使用微生物外，還可以用動植物細(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)這也是最經(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)。

根據(jù)發(fā)酵的特點(diǎn)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(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(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)工程和發(fā)酵工程等5個(gè)部分；

基因工程和細(xì)胞工程的研究結(jié)果，大多需要通過發(fā)酵工程和酶工程來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。基因工程、細(xì)胞工程和發(fā)酵工程中所需要的酶，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。

對于任何發(fā)酵類型(除一些轉(zhuǎn)化過程外)．一個(gè)確定的發(fā)酵過程由6個(gè)部分組成：

①菌種以及確定的種子培養(yǎng)基和發(fā)酵培養(yǎng)基的組成；

②培養(yǎng)基、發(fā)酵罐和輔助設(shè)備的火菌；

③大規(guī)模的有活性、純種的種子培養(yǎng)物的生產(chǎn)；

④發(fā)酵罐中微生物最優(yōu)的生長條件下產(chǎn)：物的大規(guī)模生產(chǎn)；

⑤產(chǎn)物的提取、純化；

⑥發(fā)酵廢液的處理。

因此，有必要不斷進(jìn)行研究以逐步提高整個(gè)發(fā)酵過程的效率。如在一個(gè)發(fā)酵過程建立之前，生產(chǎn)菌株必須分離出來，通過改造使其合成日標(biāo)產(chǎn)物．并且其產(chǎn)量應(yīng)具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值；應(yīng)確定微生物在培養(yǎng)上的需求，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的沒備；同時(shí)必須確定產(chǎn)品的分離提取方法。

此外，整個(gè)研究計(jì)劃也應(yīng)包括在發(fā)酵過程中不斷地優(yōu)化微生物菌種、培養(yǎng)基和提取方法。

固態(tài)發(fā)酵

傳統(tǒng)上人們利用固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)面包、麥芽、酒曲、酒精飲料、醬油、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。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)以其特有的優(yōu)點(diǎn)引起人們極大的興趣。人們在固態(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。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(yīng)的作用巨大。

生產(chǎn)葡萄酒

(1)、破碎和去梗

破碎：使果肉和果汁分離。

去梗：果梗有青梗味，除非酒中需要額外增加單寧，才會保留果梗。

(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)間會很短；釀造可長期收藏的紅酒時(shí)，由于需要足夠的單寧，浸漬的時(shí)間會很長。

(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。