一、發(fā)酵與釀造歷史

1、天然發(fā)酵時(shí)期

發(fā)酵與釀造技術(shù)擁有悠久的歷史，遠(yuǎn)古時(shí)期，幾乎所有原始部族都從含糖的果實(shí)貯藏時(shí)自然發(fā)酵的現(xiàn)象中學(xué)會(huì)了酒精發(fā)酵的方法。但那時(shí)人們并不知道微生物與發(fā)酵的關(guān)系，因而很難人為控制發(fā)酵過(guò)程，生產(chǎn)也只能憑經(jīng)驗(yàn)，口傳心授。

公元前4000至公元前3000年，古埃及人已熟悉了酒、醋的釀造方法。

約在公元前2000年，古希臘人和古羅馬人已會(huì)利用葡萄釀造葡萄酒。

我國(guó)在距今4200~4000年前的龍山文化時(shí)期已有酒器出現(xiàn)，公元前1000多年前，商朝甲古文中就有“醋”、“酒”的記載。

2、純培養(yǎng)技術(shù)的建立時(shí)期

19世紀(jì)中葉至20世紀(jì)初，隨著顯微鏡的發(fā)明和微生物的發(fā)現(xiàn)，人們開(kāi)始逐漸了解發(fā)酵的微生物學(xué)原理，并建立了純培養(yǎng)技術(shù)，開(kāi)創(chuàng)了人為控制發(fā)酵過(guò)程的時(shí)期。

1680年，荷蘭人列文虎克制成了顯微鏡，使人們能夠觀察到微生物。

1857年，法國(guó)生物學(xué)家巴斯德用實(shí)驗(yàn)證明了酒精發(fā)酵是由活的酵母引起的。

1897年，德國(guó)人畢希納發(fā)現(xiàn)了酶的存在，揭示了發(fā)酵現(xiàn)象的化學(xué)本質(zhì)。

3、深層培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展時(shí)期

隨著第二次世界大戰(zhàn)的爆發(fā)，對(duì)抗生素等發(fā)酵產(chǎn)品的需求急劇增加，推動(dòng)了深層培養(yǎng)技術(shù)（即機(jī)械攪拌通氣技術(shù)）的發(fā)展和應(yīng)用。

1945年，青霉素開(kāi)始大規(guī)模生產(chǎn)。

隨后，鏈霉素、氯霉素、金霉素、土霉素、四環(huán)素等好氧發(fā)酵的次級(jí)代謝產(chǎn)物相繼投產(chǎn)。

4、開(kāi)拓新型發(fā)酵原料時(shí)期

20世紀(jì)60年代以后，隨著發(fā)酵技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)酵產(chǎn)品的多樣化，人們開(kāi)始尋找和開(kāi)拓新的發(fā)酵原料，如石油化工副產(chǎn)物等。

石油化工副產(chǎn)物如石蠟、醋酸、甲醇、乙醇以及甲烷等碳?xì)浠衔锉挥脕?lái)作為發(fā)酵原料。

開(kāi)始了所謂的石油發(fā)酵時(shí)期，用醋酸生產(chǎn)谷氨酸，用甲烷、甲醇以及正構(gòu)石蠟生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白、檸檬酸等已達(dá)到工業(yè)化水平。

5、基因工程階段

20世紀(jì)70年代至今，隨著DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)和基因工程技術(shù)的興起，發(fā)酵與釀造技術(shù)進(jìn)入了全新的發(fā)展階段。通過(guò)基因工程技術(shù)改良微生物菌種，提高了發(fā)酵效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

1953年，美國(guó)的沃森及克里克發(fā)現(xiàn)了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)。

1973年，DNA重組技術(shù)誕生。

此后，全世界各國(guó)的研究人員很快發(fā)展出大量基因分離、鑒定和克隆的方法，構(gòu)建出高產(chǎn)量的基因工程菌，并生產(chǎn)出多種基因工程藥物和產(chǎn)品。

二、食品發(fā)酵與釀造定義原理區(qū)別

食品發(fā)酵與釀造在定義、原理及應(yīng)用上存在明顯的區(qū)別，以下是對(duì)這兩者的詳細(xì)比較：

（一）、定義

1、食品發(fā)酵

 定義：食品發(fā)酵是指利用微生物（如細(xì)菌、酵母等）在有氧或無(wú)氧條件下進(jìn)行生命活動(dòng)，將有機(jī)物（主要是碳水化合物）轉(zhuǎn)化為特定產(chǎn)物的過(guò)程。這個(gè)過(guò)程通常涉及到微生物的代謝活動(dòng)，通過(guò)控制發(fā)酵條件，可以獲得具有獨(dú)特風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的食品。

2、食品釀造

定義：食品釀造則是指利用多種微生物（包括未知的混合微生物區(qū)系）在原料上進(jìn)行自然發(fā)酵的過(guò)程。這些原料通常是固體或半固體，如糧食、水果等。釀造過(guò)程需要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)酵和陳化，以獲得具有濃郁風(fēng)味和特定品質(zhì)的食品。

 （二）、原理

1、食品發(fā)酵原理

微生物利用食品中的糖類(lèi)等有機(jī)物作為底物，在特定的溫度、濕度、pH值等條件下進(jìn)行發(fā)酵。

發(fā)酵過(guò)程中，微生物會(huì)分泌各種酶類(lèi)以分解底物，并利用這些分解產(chǎn)物進(jìn)行代謝活動(dòng)，產(chǎn)生酒精、乳酸、醋酸等代謝產(chǎn)物。

這些代謝產(chǎn)物賦予了發(fā)酵食品獨(dú)特的風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。

2、食品釀造原理

釀造過(guò)程中涉及多種微生物的混合發(fā)酵，這些微生物在原料上自然存在并形成復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)。

這些微生物共同作用于原料，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)酵和陳化，形成具有濃郁風(fēng)味和特定品質(zhì)的釀造產(chǎn)品。

釀造產(chǎn)品的風(fēng)味和品質(zhì)不僅取決于微生物的種類(lèi)和數(shù)量，還受到原料、發(fā)酵條件、陳化時(shí)間等多種因素的影響。

（三）、區(qū)別

1、微生物種類(lèi)

食品發(fā)酵：通常使用單一或特定的微生物種類(lèi)進(jìn)行發(fā)酵。

食品釀造：涉及多種微生物的混合發(fā)酵。

2、發(fā)酵條件

食品發(fā)酵：發(fā)酵條件通常較為嚴(yán)格，需要在特定的溫度、濕度、pH值等條件下進(jìn)行。

食品釀造：發(fā)酵條件相對(duì)較為寬松，因?yàn)槎喾N微生物的混合發(fā)酵具有一定的自我調(diào)節(jié)能力

3、工業(yè)化程度

食品發(fā)酵：工業(yè)化程度較高，易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)和標(biāo)準(zhǔn)化管理。

食品釀造：部分釀造產(chǎn)品已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，但許多傳統(tǒng)釀造技藝仍然依賴(lài)于手工操作和傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)。

（四）、特點(diǎn)

①食品發(fā)酵特點(diǎn)

安全性高：發(fā)酵過(guò)程可以抑制腐敗菌和一般病原菌的生長(zhǎng)，提高食品的安全性。
營(yíng)養(yǎng)豐富：發(fā)酵過(guò)程可以改善食品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，如增加維生素、礦物質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)成分。
風(fēng)味獨(dú)特：發(fā)酵過(guò)程可以產(chǎn)生各種風(fēng)味物質(zhì)和香氣成分，使得食品具有獨(dú)特的風(fēng)味、口感和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，如酸奶、泡菜等。

②食品釀造特點(diǎn)

風(fēng)味濃郁：釀造產(chǎn)品通常具有濃郁的風(fēng)味和香氣，這是由于多種微生物的混合發(fā)酵和陳化過(guò)程所產(chǎn)生的。
品質(zhì)獨(dú)特：釀造產(chǎn)品的品質(zhì)通常具有獨(dú)特性，這與原料、發(fā)酵條件、陳化時(shí)間等多種因素有關(guān)。
文化內(nèi)涵豐富：釀造產(chǎn)品往往承載著豐富的文化內(nèi)涵和歷史價(jià)值，是地方特色和傳統(tǒng)文化的重要組成部分，如白酒、黃酒等。

三、食品發(fā)酵與釀造工藝關(guān)鍵技術(shù)區(qū)別

食品發(fā)酵與釀造工藝過(guò)程在關(guān)鍵技術(shù)上存在一些差異，同時(shí)也有各自的特點(diǎn)。以下是關(guān)于這兩者的工藝過(guò)程關(guān)鍵技術(shù)及區(qū)別的詳細(xì)分析：

（一）、食品發(fā)酵工藝過(guò)程關(guān)鍵技術(shù)

1、培養(yǎng)基優(yōu)化：設(shè)計(jì)和優(yōu)化培養(yǎng)基組成，以滿(mǎn)足微生物的生長(zhǎng)和產(chǎn)物合成需求。這是發(fā)酵工藝的基礎(chǔ)，直接關(guān)系到微生物的生長(zhǎng)速度和產(chǎn)物的產(chǎn)量。

2、發(fā)酵條件控制：控制溫度、pH值、溶氧量和其他發(fā)酵參數(shù)，以維持微生物的最佳生長(zhǎng)和產(chǎn)物生成條件。這些條件的精確控制對(duì)于發(fā)酵過(guò)程的穩(wěn)定性和產(chǎn)物的質(zhì)量至關(guān)重要。

3、生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)和運(yùn)行：選擇和設(shè)計(jì)合適的生物反應(yīng)器，并優(yōu)化操作參數(shù)，以提高發(fā)酵效率。生物反應(yīng)器的類(lèi)型、尺寸和操作方式都會(huì)影響到發(fā)酵過(guò)程的效果。

4、發(fā)酵監(jiān)控和控制：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)酵過(guò)程，并通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，以確保過(guò)程的穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量。這包括監(jiān)測(cè)微生物的生長(zhǎng)情況、產(chǎn)物的生成速率以及發(fā)酵液的理化性質(zhì)等。

5、微生物工程：通過(guò)遺傳工程或代謝工程改良微生物，提高產(chǎn)物產(chǎn)量和降低成本。這是現(xiàn)代發(fā)酵工藝中的一項(xiàng)重要技術(shù)，可以通過(guò)改造微生物的遺傳物質(zhì)來(lái)優(yōu)化其代謝途徑，從而提高產(chǎn)物的產(chǎn)量和質(zhì)量。

（二）、食品釀造工藝過(guò)程關(guān)鍵技術(shù)

1、原料選擇與處理：選擇優(yōu)質(zhì)的原料，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，如清洗、破碎、蒸煮等，以便于微生物的利用和發(fā)酵過(guò)程的進(jìn)行。

2、發(fā)酵劑制備與接種：制備合適的發(fā)酵劑，并按照一定的比例接種到原料中。發(fā)酵劑的選擇和接種量會(huì)直接影響到釀造產(chǎn)品的風(fēng)味和品質(zhì)。

3、發(fā)酵過(guò)程控制：控制發(fā)酵過(guò)程中的溫度、濕度、氧氣含量等條件，以促進(jìn)微生物的生長(zhǎng)和代謝產(chǎn)物的生成。與食品發(fā)酵類(lèi)似，釀造過(guò)程中的條件控制也是至關(guān)重要的。

4、陳化與后處理：部分釀造產(chǎn)品（如酒類(lèi)）需要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的陳化過(guò)程，以進(jìn)一步改善風(fēng)味和穩(wěn)定性。陳化后，還需要進(jìn)行過(guò)濾、灌裝等后處理操作，以獲得最終的產(chǎn)品。

（三）、食品發(fā)酵與釀造的工藝區(qū)別

1、微生物種類(lèi)與數(shù)量：食品發(fā)酵通常使用單一或特定的微生物種類(lèi)進(jìn)行發(fā)酵，而食品釀造則涉及多種微生物的混合發(fā)酵。這使得釀造產(chǎn)品的風(fēng)味更加復(fù)雜多樣。

2、發(fā)酵條件與過(guò)程：雖然食品發(fā)酵和釀造都需要控制發(fā)酵條件，但釀造過(guò)程中的條件控制相對(duì)更加寬松，因?yàn)槎喾N微生物的混合發(fā)酵具有一定的自我調(diào)節(jié)能力。然而，對(duì)于特定類(lèi)型的釀造產(chǎn)品（如白酒），仍然需要嚴(yán)格控制發(fā)酵條件以獲得所需的風(fēng)味和品質(zhì)。

四、

菌種的選育、保藏與復(fù)壯

食品發(fā)酵與釀造菌種的選育、保藏與復(fù)壯是確保發(fā)酵與釀造過(guò)程穩(wěn)定、高效的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。以下是對(duì)這些方面的詳細(xì)闡述：

（一）、菌種選育

菌種選育是通過(guò)一系列技術(shù)手段，從自然界或已有菌種中篩選出具有優(yōu)良性狀的菌種，以滿(mǎn)足食品發(fā)酵與釀造的需求。選育過(guò)程主要包括新菌種的分離與篩選、誘變育種等。

1、新菌種的分離與篩選：

①樣品采集：從土壤、水體、植物體等自然環(huán)境中采集含有微生物的樣品。

②富集培養(yǎng)：利用人工環(huán)境使樣品中的目標(biāo)微生物成為優(yōu)勢(shì)菌。

③純種分離：通過(guò)平板劃線分離法、稀釋分離法等手段，獲得純種的微生物。

④篩選與鑒定：根據(jù)菌種的生理生化特性、代謝產(chǎn)物等，篩選出具有優(yōu)良性狀的菌種，并進(jìn)行鑒定。

2、誘變育種：

①原理：人為地、有意識(shí)地將對(duì)象生物置于誘變因子中，使該生物體發(fā)生突變，從這些突變體中篩選具有優(yōu)良性狀的突變株。

②方法：常用的誘變因子包括物理誘變劑（如紫外線、X射線等）和化學(xué)誘變劑（如硫酸二乙酯、亞硝基胍等）。

③優(yōu)點(diǎn)：提高了菌種發(fā)生突變的頻率和變異幅度，增加了獲優(yōu)機(jī)率。

（二）、菌種保藏

菌種保藏是為了長(zhǎng)期保存菌種的活性，防止其退化或污染。常用的保藏方法包括斜面低溫保藏法、固體曲保藏法、沙土管保藏法、冷凍干燥法和液氮超低溫保藏法等。

1、斜面低溫保藏法：將菌種接種在斜面培養(yǎng)基上，待其生長(zhǎng)成熟后，放入冰箱或冷藏室中保藏。此法操作簡(jiǎn)單，但易變異。

2、固體曲保藏法：利用麩皮、大米等天然農(nóng)產(chǎn)品為產(chǎn)孢子培養(yǎng)基，使菌種產(chǎn)生大量的休眠體（孢子）加以保藏。此法適用于產(chǎn)孢子的真菌。

3、沙土管保藏法：將菌種接種在沙土管中，經(jīng)干燥、滅菌后保藏。此法適用于多種微生物，但操作相對(duì)繁瑣。

4、冷凍干燥法：將菌種制成懸浮液，與保護(hù)劑混合后冷凍干燥，最后密封保藏。此法能長(zhǎng)期保藏菌種，但設(shè)備要求較高。

5、液氮超低溫保藏法：將菌種置于液氮中保藏，溫度可達(dá)-196℃，能永久性保藏微生物菌種。此法效果最佳，但成本較高。

（三）、菌種復(fù)壯

菌種復(fù)壯是通過(guò)一系列技術(shù)手段，恢復(fù)已退化菌種的優(yōu)良性狀，提高其生活力和發(fā)酵能力。常用的復(fù)壯方法包括菌絲尖端分離、調(diào)整培養(yǎng)基成分和進(jìn)行無(wú)性繁殖與有性繁殖交替等。

1、菌絲尖端分離：在顯微鏡下將菌絲尖端切下，轉(zhuǎn)接到新的培養(yǎng)基上培養(yǎng)。此法能保證菌種純度，并起到脫毒作用。

2、調(diào)整培養(yǎng)基成分：根據(jù)菌種的營(yíng)養(yǎng)需求，適當(dāng)調(diào)整培養(yǎng)基的碳源、氮源、維生素等成分。對(duì)因營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)不適而衰退的菌種有一定的負(fù)面作用。

3、無(wú)性繁殖與有性繁殖交替：長(zhǎng)期進(jìn)行無(wú)性繁殖會(huì)導(dǎo)致菌種衰退，而經(jīng)有性繁殖所產(chǎn)生的孢子具有豐富遺傳特性。因此，定期進(jìn)行無(wú)性繁殖與有性繁殖交替，有助于選出具有優(yōu)良性狀的新菌株。

五、微生物代謝調(diào)控理論及其應(yīng)用

微生物代謝調(diào)控理論是微生物學(xué)中的一個(gè)重要領(lǐng)域，它研究的是微生物如何調(diào)節(jié)其代謝過(guò)程以適應(yīng)環(huán)境變化，以及如何通過(guò)代謝調(diào)控來(lái)優(yōu)化微生物的生產(chǎn)性能。以下是對(duì)微生物代謝調(diào)控理論及其應(yīng)用的詳細(xì)闡述：

（一）、微生物代謝調(diào)控理論

微生物代謝調(diào)控是發(fā)生在微生物細(xì)胞中的生物化學(xué)現(xiàn)象，其調(diào)節(jié)部位和方式具有多樣性。

1、調(diào)節(jié)部位：

①原核微生物：其代謝調(diào)節(jié)相對(duì)簡(jiǎn)單，主要發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)膜和細(xì)胞空間區(qū)域內(nèi)。細(xì)胞質(zhì)膜是物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的主要屏障，其組成、結(jié)構(gòu)和功能對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和代謝產(chǎn)物的釋放有重要影響。細(xì)胞空間區(qū)域內(nèi)酶分子的含量及活性也受到嚴(yán)格調(diào)節(jié)。

②真核微生物：其代謝調(diào)節(jié)比原核微生物復(fù)雜得多，因?yàn)檎婧宋⑸锛?xì)胞具有復(fù)雜的膜結(jié)構(gòu)，將細(xì)胞質(zhì)分隔成多個(gè)功能小室。這些功能小室使得代謝活動(dòng)只能在限定的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，即代謝活動(dòng)是區(qū)域化的。此外，真核微生物細(xì)胞核的核膜上存在著核膜孔，細(xì)胞質(zhì)與細(xì)胞核之間的物質(zhì)交流暢通，進(jìn)一步增加了代謝調(diào)節(jié)的復(fù)雜性。

2、調(diào)節(jié)方式：

①細(xì)胞通透性調(diào)節(jié)：通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞質(zhì)膜的通透性來(lái)控制營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和代謝產(chǎn)物的釋放。

②代謝途徑的區(qū)域化和流向調(diào)節(jié)：不同的代謝過(guò)程被限定在不同的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，以避免相互干擾。同時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)代謝途徑的流向來(lái)優(yōu)化代謝產(chǎn)物的生成。

③代謝速度的調(diào)節(jié)：通過(guò)調(diào)節(jié)酶的活性或合成量來(lái)控制代謝速度。這包括酶活性調(diào)節(jié)（如變構(gòu)調(diào)節(jié)、修飾調(diào)節(jié)）和酶合成的調(diào)節(jié)（如同工酶反饋抑制、協(xié)同反饋抑制等）。

（二）、微生物代謝調(diào)控的應(yīng)用

微生物代謝調(diào)控理論在多個(gè)領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，特別是在發(fā)酵工業(yè)中。

1、發(fā)酵工藝條件的控制：

通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)酵過(guò)程中的溫度、pH值、溶氧量等條件，以及添加適當(dāng)?shù)臓I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或抑制劑，來(lái)優(yōu)化微生物的生長(zhǎng)和代謝產(chǎn)物的生成。

2、菌種遺傳特性的改變：

利用基因工程、代謝工程等現(xiàn)代生物技術(shù)手段，對(duì)微生物進(jìn)行遺傳改造，以獲得具有優(yōu)良性狀的菌種。例如，通過(guò)敲除或過(guò)表達(dá)特定基因來(lái)改變微生物的代謝途徑或提高代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量。

3、控制細(xì)胞膜的滲透性：

通過(guò)改變細(xì)胞膜的組成或結(jié)構(gòu)，來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞膜的滲透性，從而影響營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和代謝產(chǎn)物的釋放。這在某些特定的發(fā)酵過(guò)程中具有重要意義。

4、代謝流的調(diào)控：

在發(fā)酵工業(yè)中，通過(guò)調(diào)節(jié)代謝流來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)代謝產(chǎn)物的精確控制。這包括“粗調(diào)”和“微調(diào)”兩個(gè)方面?！按终{(diào)”是指通過(guò)調(diào)節(jié)酶合成量的誘導(dǎo)或阻遏機(jī)制來(lái)控制代謝流的方向和強(qiáng)度；“微調(diào)”則是通過(guò)調(diào)節(jié)現(xiàn)成酶的催化活力來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)代謝速度的精細(xì)控制。

微生物代謝調(diào)控理論在發(fā)酵工業(yè)中具有重要應(yīng)用價(jià)值。通過(guò)深入研究微生物的代謝調(diào)控機(jī)制，可以?xún)?yōu)化發(fā)酵工藝條件、改變菌種遺傳特性、控制細(xì)胞膜的滲透性以及調(diào)節(jié)代謝流等方式，來(lái)提高微生物的生產(chǎn)性能并降低生產(chǎn)成本。（文/小林）……未完待續(xù)