章發酵文化概述1

一、發酵的主角1

小知識食物放久了為什麼會變質1

二、不要“談菌色變”，微生物中也有“好人”2

（一）微生物菌體與蛋白原料2

（二）微生物代謝產物多3

小故事弗萊明與青霉素3

（三）在腸道裡居住的益生菌4

（四）微生物與環境治理5

（五）微生物與農業6

三、發酵的發展階段6

（一）天然發酵階段6

（二）純培養技術的建立6

小故事傻的人7

（三）通氣攪拌發酵技術的建立7

（四）代謝控制發酵技術8

（五）開拓發酵原料時期8

（六）基因工程階段8

四、發酵方式的類型9

（一）需氧發酵與厭氧發酵9

（二）固態發酵與液態發酵9

（三）分批發酵、連續發酵和分批補料發酵9

五、菌種的保藏與復壯10

第二章酒文化11

一、酒為何從酉11

二、酒的起源11

小故事儀狄造酒的傳說12

小故事杜康造酒的傳說13

三、酒的發酵本質13

四、酒的分類及其工藝14

（一）發酵酒14

小故事女兒紅14

小知識香檳為什麼會起泡21

小知識世界著名的葡萄酒品牌25

（二）蒸餾酒30

小貼士白酒的特殊功效36

小知識白蘭地的分級38

（三）配制酒42

小知識飲酒莫貪杯43

第三章醋文化44

一、醋為何從酉44

二、醋的引申義45

（一）宰相夫人“喫醋”了45

（二）古代文人的窮酸相45

三、醋的起源45

（一）昔之酉，惜之酒45

（二）東方醋46

（三）西方醋47

四、醋的發酵本質48

五、醋的種類49

六、中國名醋50

（一）山西老陳醋50

（二）閬中保寧醋51

（三）鎮江香醋52

（四）永春老醋53

（五）河南特醋54

（六）貢品賈氏柿子醋55

小知識如何分辨釀造醋和配制醋55

第四章酪文化57

一、酪為何從酉57

二、酪的起源58

三、酪的發酵原理58

四、酪的制備工藝59

五、奶酪的種類及世界知名奶酪61

六、奶酪的保存及裁切64

小知識乳糖不耐受的人與奶酪無緣嗎65

第五章醬文化66

一、醬為何從酉66

二、醬的起源與發展67

小故事範蠡造醬67

三、醬的發酵原理68

四、醬的工藝及分類71

（一）醬的原料71

（二）醬的工藝72

（三）黃醬73

（四）蠶豆醬75

（五）甜面醬76

（六）醬油79

健康提示醬油雖好，注意適量81

小知識教你分辨生抽和老抽85

（七）豆豉87

第六章醇——分享之愛91

一、醇為何從酉91

二、醇（有機物）的概述92

三、醇的生產92

（一）甲醇92

（二）乙醇93

小知識醫用消毒酒精為什麼是75%Vol94

（三）甘油94

（四）丙酮丁醇95

（五）2,3-丁二醇96

第七章醛——參與之媒97

一、醛為何從酉97

二、醛（有機物）的概述97

三、醛的合成98

四、重要的醛類化合物98

（一）甲醛98

小知識身邊的隱形殺手——甲醛99

（二）乙醛100

（三）苯甲醛100

第八章酸——酒之變，味之始101

一、酸為何從酉101

二、酸的引申義102

（一）傷心、難過102

（二）微痛而乏力的感覺102

（三）寒酸、迂腐102

三、酸（有機物）的概述102

小知識飽和脂肪酸和反式脂肪酸103

四、重要的有機酸及其衍生物105

（一）甲酸105

（二）乙酸105

（三）乙二酸106

小知識食物相克相宜之菠菜與豆腐107

（四）苯甲酸108

（五）檸檬酸108

（六）乳酸112

（七）衣康酸114

（八）蘋果酸115

（九）曲酸115

（十）葡萄糖酸116

（十一）氨基酸117

小知識關於味精安全性的探討120

小貼士那些不宜使用味精的情況122

第九章酯——風味之質125

一、酯為何從酉125

二、酯化反應在生活中的應用125

第十章酚——分解之功128

一、酚為何從酉128

二、酚的用途128

小故事外科消毒之父129

第十一章醚——解開瘧疾之謎131

一、醚為何從酉131

二、乙醚麻醉效果的發現131

三、屠呦呦與青蒿素132

第十二章酶——每天都需要你134

一、酶為什麼從酉134

二、酶的歷史134

三、酶的特性136

小知識發燒時為何沒有食欲137

四、酶的分類137

  （一）氧化還原酶類138

  （二）轉移酶類138

  （三）水解酶類138

  （四）裂合酶類138

  （五）異構酶類138

  （六）合成酶類138

五、酶的作用139

（一）人體中的消化酶139

小知識臨床上的消化酶制劑140

（二）酶與人體健康141

小知識為什麼人的頭發會變白141

小知識走進苯丙酮尿癥142

（三）食物中的酶143

小知識削皮後的蘋果為什麼容易褐變143

小知識菠蘿為何要泡鹽水後食用145

（四）酶在食品工業中的應用146

（五）酶與醫學146

六、酶的生產148

（一）α-澱粉酶的發酵生產148

（二）蛋白酶的發酵生產150

小知識加酶洗衣粉150

（三）脂肪酶的發酵生產152

（四）果膠酶的發酵生產153

（五）纖維素酶的發酵生產154

第十三章酵素——“酵”醒健康155

一、酵素的定義155

（一）酶的別稱155

（二）食物發酵產物155

二、酵素中的微生物155

（一）乳酸菌156

（二）酵母菌157

（三）醋酸菌158

三、酵素的作用159

（一）體內的清道夫159

（二）消炎作用159

（三）抗菌作用160

（四）分解作用160

（五）淨化血液160

（六）促進細胞新生161

四、酵素的生產工藝161

（一）原料預處理161

（二）原料酶解161

（三）主發酵161

（四）過濾162

（五）調配162

（六）後熟162

（七）二次過濾162

（八）除菌162

（九）噴霧干燥（僅酵素粉需此步驟）162

（十）無菌包裝162

小知識家庭自制酵素的一些弊端162

第十四章醫——世間本無疾，本在人心間165

一、醫為何從酉165

二、中醫文化與自然和諧166

三、發酵工程在醫學上的應用168

結
語169

附錄部分酉部漢字及其為何從酉170

參考文獻174

五、菌種的保藏與復壯

微生物菌種經過一段時間後生產性能下降的表現稱為菌種退化，需要采取一定的措施來防止菌種退化或使退化的菌種復壯。采用合理的保藏方法（例如，甘油管保藏法、凍干管保存法等）、減少傳代次數、選用穩定性強不易退化的菌株可以有效防止菌種退化。對已經退化的菌種，應該選用一定的培養條件進行單細胞分離純化，從而限制退化菌株在數量上占優勢，後淘汰已經退化的菌落而使原菌株得以復壯。

前言

發酵文化源遠流長，發酵產物很早就帶著誘人的色香味闖入民間。尤其是中國的酒文化，幾乎和文字一樣古老。它早可追溯到上古時代，深深根植於繁榮的農耕文明基礎之上。它涉足於炎黃百姓生活的方方面面，也滲透於漢字文化中。本書將帶您透過博大精深的漢字文化縱觀形形色色的發酵內容。

初的漢字都是像形文字，若要探討一個漢字的本義，可靠的方法就是追根溯源到像形文字。

漢字“西”本指“西方”，太陽落下的一邊，與“東”相對。根據小篆字形，記為鳥在巢上，日在西方而鳥棲。在我國古文化中，西方與“秋季”搭配。“秋季”意味著“莊稼成熟”。故“西”轉義指“谷物成熟”，其字形像酒壇。

漢字“一”本義為數字一，為小的正整數。在人類文化中，“一”被賦予了萬物之始的意義：“一，惟初太始，道立於一，造分天地，化成萬物。”——《說文·一部》。“道生一，一生二，二生三，三生萬物。萬物負陰而抱陽，衝氣以為和。”——《老子·第四十二章》。“一”本為先秦道家哲學內容重要範疇，指天地萬物產生形成，正常運作的普遍本質，其意義等同於“道”：“天得一以清，地得一以寧，神得一以靈，谷得一以盈，萬物得一以生，王侯得一以為天貞。”——《道德經·三十九章》。哲學本義：一指專、純。月牙山人的《中華心法》中：一指專精。一者，謂專精也，用心一也，專於一境也。謂之不偏、不散、不雜、獨不變也，道之用也。故君子執一而不失，人能一則心純正，其氣專精也。人貴取其一，至精、至專、至純，大道成矣。

“一”與“西”結合，引申為“果實、種子初的、純粹的能量，為酒壇裡的內容物”。“酉”是“十二地支”的一個。古人把東南西北四個方向的正中點分別用四個地支字代表：東卯、西酉、北子、南午。“酉位”即正西方，太陽每天早晨出於卯位，黃昏入於酉位。酉時在舊時記時法中指下午五點鐘到七點鐘的時間，太陽落山雞回籠，預示著開始進入一天中的“秋鼕季節”，秋鼕季節就是收獲貯藏的季節。酉，像形兼會意，字從西，從一。本義：糧食發酵、谷物腐敗（即谷物成熟，可以釀酒。或谷物太多，因來不及喫而自然腐敗）。

《說文解字》繫我國早的一部繫統性字典，其在部首體例、六書說解體例、漢字本義溯源等方面具有重大創舉，通古博今，贏得了我國歷代學者的贊譽和不懈研究，歷史上又陸續誕生了多種不同的《說文》“延續版”。《說文》中收集的“酉”部字多與發酵、釀造相關，或直接相關，或間接相關。

醞，“釀也。”——《說文》。形聲。繁體字形從酉，從昷，昷亦聲。“昷”意為“溫的”“暖的”。“酉”與“昷”聯合起來表示“把酒曲和糧食摻和後放在保暖桶裡，維持一定溫度進行發酵”。本義：釀酒。雲，“雲”的本字，是地球上龐大的水循環的有形結果，雲從甲骨文中演變而來，太陽照在地球的表面，水蒸發形成水蒸氣，一旦水汽過飽和，水分子就會聚集在空氣中的微塵（凝結核）周圍，由此產生的水滴或冰晶將陽光散射到各個方向，這就產生了雲的外觀。有了作為凝結核的微塵這個“一”，氣得以聚為露，下降為雨，滋潤大地，萬物得以為生，而“雲”也成為描述“聚氣為露”一類的事物轉化的過程與形態。醞釀，造酒的發酵過程，比喻做準備工作。

釀，形聲。繁體字形從酉，從襄，襄亦聲。“襄”意為“包裹”“包容（異物）”。“酉”與“襄”聯合起來表示“在谷物中間放置酒曲”“用谷物包裹酒曲”。本義：用谷物包裹酒曲的辦法造酒。良，指人類不學而知的、不學而能的、先天具有的判斷是非與善惡的能力。世間萬物都按照一定規律發展和變化著，形成一個良好的循環，人與自然唯有和諧相處方能永恆。正如《漢書·貨殖傳》所述：“草木未落，斧斤不入於山林；豺獺未祭，罝網不布於野澤。”這是要求人們要尊重自然本身的規律，感恩自然，“順時而取物”，按照一年四季的自然規律和動植物本身的生長規律加以采獲，得到的“上品、正念”成為“酉”中的“一”，以善念維持，必成佳釀。

酵，形聲，從酉，表示與酒有關，孝聲。“孝，從爻從子。效也，子承爻（天地萬物變動、生生不息的規律）也，善事父母也。順於道，順天之經；循於倫，循地之義。”——《禮·祭統》。本意是上一代與下一代融為一體。《說文解字》解釋篆體“孝”字雲：“善事父母者。從老省，從子，子承老也。”“孝”字寫的就是老人與子女的關繫。《詩經》中有這麼一段話：“父兮生我，母兮鞠我，拊我蓄我，長我育我，顧我復我，出入腹我。欲報之德，昊天罔極。”所謂“百善孝為先”，反映孝乃中華民族之傳統美德。“酉”與“孝”聯合起來，表示中國的發酵文化傳承了中華民族的智慧，也指發酵產物中貯存並傳承著初純粹的物質和能量。

發酵，指人們借助微生物在有氧或無氧條件下的生命活動來制備微生物菌體本身、直接代謝產物或次級代謝產物的過程，是微生物將復雜的有機物進行分解的過程。發酵工藝可以追前的釀造技術，傳統的釀造工藝一直依附於食品工業，到20世紀40年代，抗生素工業的興起打破了傳統的發酵格局，近代發酵工業涉及醫藥、食品、化工、飼料、環境治理、石油開采、貴重金屬開采等多種工業部門，在國民經濟中的地位日趨重要。

本書從“西一文化”出發，探討了“酉”部字與發酵的關繫，介紹了發酵的歷史進程、發酵的原理、發酵工藝以及應用。分別詳細介紹了酒文化、醋文化、酪文化、醬文化、酶文化、酵素文化、醫文化，以及醇、醛、酸、酯、酚、醚的化學本質及應用。本書對常用酉部字為何從酉進行了探討，既包含了發酵的專業知識，又蘊含著許許多多生活小奧秘。

由於編者水平有限，書中錯誤和不足之處，敬請讀者批評指正！

章發酵文化概述

一、發酵的主角

微生物是發酵活動的承擔者，是發酵的主角。廣義的微生物是指一切肉眼看不見或看不清的微小生物，包括細菌、病毒、真菌和少數藻類等。我們通常說的發酵微生物中的微生物主要指細菌和真菌兩大類。細菌（如醋酸菌、乳酸菌、大腸杆菌等）是一類形狀細短、結構簡單的原核生物，是在自然界分布廣、個體數量多的有機體，是大自然物質循環的主要參與者。真菌是一類真核生物，我們生活中常見的真菌有各種菇類、霉菌、酵母等。

小知識食物放久了為什麼會變質

食物放久了變酸是因為食物中的細菌利用食物的營養成分大量繁殖，產生了酸性代謝產物。細菌生長需要充足的營養、水分和合適的溫度，這就是為什麼細菌喜歡喫甜食、干燥的東西可以保存得更久。在一定範圍內，溫度越高，細菌代謝速度越快，所以夏季的食物更容易變質。注意：冰箱不是的，低溫環境下，細菌還能保持活性並繁殖，少數細菌（嗜冷菌）在低溫環境下生長更好，因此，冰箱要定期清理，食物保鮮周期不能過長。

有的食物放久了“長毛”是因為食物發霉，食物表面的“毛”即為霉菌的菌絲，有的霉菌（例如，柑橘、南瓜表面的青霉）在外力作用下還會“飄灰塵”，這是真菌的孩子——孢子，真菌的孢子就像蒲公英的種子，飄到哪裡就到哪裡安家，遇到合適的環境，在短時間內就可“四代同堂”，因此家中如果發現有霉變的果蔬，好立即用塑料袋輕輕地包好，防止霉菌到別處安家落戶。

二、不要“談菌色變”，微生物中也有“好人”

人們對微生物的利用包括食用微生物菌體本身、利用微生物產生特定的代謝產物、利用微生物清除特定物質等方面。

     （一）微生物菌體與蛋白原料

世界蛋白質產量長期供不應求，蛋白質的人均消費量遠遠低於世界糧農組織規定的標準量，且消費差異很大，在歐洲國家較高，而在很多發展中國家蛋白質消費量很低，糧食不足成為嬰幼兒發育不全、死亡率高的一個重要原因。要確保充足的蛋白質供應一直是一個相當嚴峻的問題。

微生物菌體又叫微生物蛋白、單細胞蛋白。按產生菌的種類不同，又可以分為細菌蛋白、真菌蛋白等。單細胞蛋白所含的營養物質極為豐富。其中，蛋白質含量高達40%～80%，比大豆高10%～20%，比肉、魚、奶酪高20%以上；氨基酸的組成較為齊全，含有人體必需的8種氨基酸，尤其是谷物中含量較少的賴氨酸。一般成年人每天食用10～15g干酵母，就能滿足對氨基酸的需要量。單細胞蛋白中還含有多種維生素、碳水化合物、脂類、礦物質，以及豐富的酶類和生物活性物質，如輔酶A、輔酶Q、谷胱甘肽、麥角固醇等。

利用微生物生產蛋白質原料具有以下優點。

，生產效率高，比動植物高成千上萬倍，這主要是因為微生物的生長繁殖速率快。

第二，生產原料來源廣，農業廢物、廢水，工業廢物、廢水，石油、天然氣及相關產品，H2、CO2等廢氣都可以作為菌體蛋白的生產原料。

第三，可以工業化生產，它不僅需要的勞動力少，不受地區、季節和氣候的限制，而且產量高，質量好。

     （二）微生物代謝產物多

微生物的代謝產物可分為初級代謝產物和次級代謝產物兩種。初級代謝產物是指微生物通過代謝活動所產生的、自身生長和繁殖所必需的物質，如氨基酸、核苷酸、多糖、脂類、維生素等。通過初級代謝，能使營養物轉化為結構物質、具生理活性物質或為生長提供能量，因此初級代謝產物，通常都是機體生存必不可少的物質。如果在這些物質的合成過程的某個環節上發生障礙，輕則引起生長停止，重則導致機體發生突變或死亡，是一種基本代謝類型。

次級代謝產物是指微生物生長到一定階段纔產生的化學結構十分復雜、對該生物無明顯生理功能，或並非是微生物生長和繁殖所必需的物質，如抗生素、毒素、激素、色素等。不同種類的微生物所產生的次級代謝產物不相同，它們可能積累在細胞內，也可能排到外環境中。

小故事弗萊明與青霉素

青霉素是人類歷史上發現的種抗生素，且應用非常廣泛。早在唐朝時，長安城的裁縫會把長有綠毛的糨糊塗在被剪刀劃破的手指上來幫助傷口愈合，就是因為綠毛產生的物質有殺菌的作用，也就是人們早使用的青霉素。

20世紀40年代以前，人類一直未能掌握一種能高效治療細菌性感染且副作用小的藥物。當時若某人患了肺結核，那麼就意味著此人不久以後就會離開人世。為了改變這種局面，科研人員進行了長期探索，然而在這方面所取得的突破性進展卻源自一個意外發現。

1928年，英國科學家弗萊明在實驗研究中早發現了青霉素，在用顯微鏡觀察培養皿時弗萊明發現，霉菌周圍的葡萄球菌菌落已被溶解，這意味著霉菌的某種分泌物能抑制葡萄球菌。此後的鋻定表明，上述霉菌為點青霉菌，因此弗萊明將其分泌的抑菌物質稱為青霉素。但由於當時技術不夠先進，認識不夠深刻，弗萊明並沒有把青霉素單獨分離出來，於是他將點青霉菌菌株一代代地培養，並於1939年將菌種提供給準備繫統研究青霉素的英國病理學家弗洛裡和生物化學家錢恩。

1929年，弗萊明發表了他的研究成果，遺憾的是，這篇論文發表後一直沒有受到科學界的重視。

弗洛裡和錢恩在1940年用青霉素重新做了實驗。他們給8隻小鼠注射了致死劑量的鏈球菌，然後給其中的4隻用青霉素治療。幾個小時內，隻有那4隻用青霉素治療過的小鼠還健康活著。此後一繫列臨床實驗證實了青霉素對鏈球菌、白喉杆菌等多種細菌感染的療效。青霉素之所以能既殺死病菌，又不損害人體細胞，原因在於青霉素所含的青霉烷能使病菌細胞壁的合成發生障礙，導致病菌溶解死亡，而人和動物的細胞則沒有細胞壁。

通過一段時間的緊張實驗，弗洛裡、錢恩終於用冷凍干燥法提取了青霉素晶體。之後，弗洛裡在一種甜瓜上發現了可供大量提取青霉素的霉菌，並用玉米粉調制出了相應的培養液。在這些研究成果的推動下，美國制藥企業於1942年開始對青霉素進行大批量生產。

到了1943年，制藥公司已經發現了批量生產青霉素的方法。當時英國和美國正在和納粹德國交戰。這種新的藥物對控制傷口感染非常有效。

1943年10月，弗洛裡和美國軍方簽訂了首批青霉素生產合同。青霉素在第二次世界大戰末期橫空出世，迅速扭轉了盟國的戰局。戰後，青霉素更得到了廣泛應用，拯救了數以千萬人的生命。到1944年，藥物的供應已經足夠治療第二次世界大戰期間所有參戰的盟軍士兵。因這項偉大發明，1945年，弗萊明、弗洛裡和錢恩因“發現青霉素及其臨床效用”而共同榮獲了諾貝爾生理學或醫學獎。

1944年9月5日，中國批國產青霉素誕生，揭開了中國生產抗生素的歷史。截至2001年年底，中國的青霉素年產量已占世界青霉素年總產量的60%，居世界首位。

     （三）在腸道裡居住的益生菌

一個健康人身上寄生的微生物，總共有1271g之多，其中腸道菌群數量多，達1kg，其細胞數量為人體細胞數量的10倍。根據腸道菌群的數量，可分為優勢菌群和次要菌群。優勢菌群包括類杆菌屬、優杆菌屬、雙歧杆菌屬、瘤胃球菌屬和梭菌屬等專性厭氧菌，通常屬於原籍菌群。優勢菌群是對宿主發揮生理功能的菌群，在很大程度上影響著整個菌群的功能，決定著菌群對宿主的生理病理意義。乳杆菌在數量上歸為次要菌群，在回腸中含量較高，但是其具有較為重要的功能，因此在功能上歸屬於優勢菌群。次要菌群主要為需氧菌或兼性厭氧菌，如大腸杆菌和鏈球菌等，流動性大，有潛在致病性，大部分屬於外籍菌群或過路菌群。

腸道中的益生菌如雙歧杆菌、乳酸杆菌等能合成多種人體生長發育必需的維生素，如B族維生素、維生素K、煙酸、泛酸等，還能利用蛋白質殘渣合成必需氨基酸，如天門鼕氨酸、苯丙氨酸、纈氨酸和蘇氨酸等，並參與糖類和蛋白質的代謝，同時還能促進鐵、鎂、鋅素的吸收。這些營養物質對人類的健康有著重要作用，一旦缺少會引起多種疾病。另外，腸道益生菌在人體腸道中具有以下作用：軟化大便、幫助排洩；迅速排出有害物質；避免病原菌侵害等。

     （四）微生物與環境治理

隨著社會的進步、人類工農業的高速發展和全球人口的急速增加，人類賴以生存的自然環境嚴重惡化，當代人類的生產活動勢必造成環境污染。污染物長期殘留在環境之中，對生態環境和人類健康危害極大。環境污染是全世界的共同問題。

微生物是自然界中的分解者，微生物種類繁多，代謝類型多樣，每一種微生物都有獨特的酶繫與功能。因此，它們是自然界進行自淨作用的主力軍，也是我們對污染物進行生物處理的“有力武器”，是環境治理的主要工具。微生物由於自身的生理特性，可以通過自發的或人為的遺傳、變異等生物過程適應環境的變化，使之能以各種污染物尤其是有機污染物為營養源，通過吸收、代謝等一繫列反應，將環境中的污染物轉化為穩定無害的無機物。因而，在生物圈中微生物充當著分解者的角色。微生物的這種作用雖然會造成人類生存資源的損失，但對於生態繫統乃至全球的生物的生存、延續和發展卻是不可缺少的，更是社會環境治理又一法寶。

微生物在環境治理中的應用有以下幾個方面：（1）微生物對水的處理（廢水脫氮除磷、降解有機物、去除重金屬及其他物質）；（2）微生物對空氣的處理（煤的脫硫技術、微生物過濾器、CO2固定）；（3）微生物用於垃圾處理（活性污泥、沼氣發酵等）；（4）污染土壤的修復與治理（農藥降解、堆肥）。

     （五）微生物與農業

鄧小平同志曾指出：“將來農業問題的出路，終要由生物工程來解決，要靠尖端技術”。用生物工程解決農業出路，這一科學論斷，與當前國內外科技界的論點一致。微生物新型農業的開發是生物工程技術推動農業發展的主要體現。微生物學的發展促進了農業的進步，主要表現在如下方面：（1）微生物農藥——以菌治病，以菌治蟲；（2）微生物除草劑——以菌除草；（3）微生物飼料——以菌發酵產生的單細胞蛋白作為飼料；（4）食用菌——以菌當蔬菜；（5）固氮菌固氮——以菌增肥；（6）赤霉素等促進植物生長——以菌促長；（7）藥用真菌——以菌當藥物；（8）產甲烷菌——以菌產沼氣。

三、發酵的發展階段

     （一）天然發酵階段

19世紀末之前，人們對微生物的性質尚未認識，但是生活中已經用自然接種的方式進行發酵制品的生產。當時主要的產品有各式各樣的酒、酒精、醋、啤酒、干酪、酸乳以及酵母等。當時的發酵活動還僅僅局限於家庭式或作坊式的手工業生產，還稱不上發酵工業。多數產品為厭氧發酵，非純種培養，這個階段的發酵特點是憑經驗傳授發酵技術，產品的穩定性、重復性較差。

     （二）純培養技術的建立

巴斯德和柯赫是微生物學發展史上的兩大奠基人，巴斯德證實了發酵是由微生物引起的，並且建立了巴斯德消毒法，該方法一直被沿用至今；柯赫建立了微生物的分離純化和純培養技術，自此發酵生產技術得到巨大改良，人類開始人為地控制微生物的發酵進程，發酵產品的穩定性得到大大提高，這對發酵工業起了巨大的推動作用。由於采用純培養和無菌操作技術，包括滅菌和使用密閉式發酵罐，發酵過程避免了雜菌污染。此階段發酵工業興起，並且成為化學工業的一部分，丙酮、丁醇和甘油等工業飛速發展。此階段為發酵歷史的個轉折點。

小故事傻的人

1862年，德國哥廷根大學醫學院的亨爾教授迎來了他的新學生。

開學不久的一天，亨爾教授突然把自己多年積下的論文手稿全部搬到教室裡，分給學生們，讓他們重新仔細工整地謄寫一遍。

但是，當學生們翻開亨爾教授的論文手稿時，發現這些手稿已經非常工整了。幾乎所有的學生都認為根本沒有重抄一遍的必要。他們的結論是，傻子纔會坐在那裡當抄寫員。後，他們都去實驗室裡搞研究去了。讓人想不到的是，竟然真有一個“傻子”坐在教室裡抄寫教授的論文手稿，他叫科赫。

一個學期以後，科赫把抄好的手稿送到了亨爾教授的辦公室。教授對他說：“我們從事醫學研究的人，不光需要聰明的頭腦和勤奮的精神，更為重要的是一定要具備一種一絲不苟的精神。要知道，醫學上走錯一步，就是人命關天的大事啊！而抄寫那些手稿的工作，既是學習醫學知識的機會，也是一種修煉心性的過程。”

這番話深深觸動了科赫年輕的心靈。此後，他老老實實做“傻的人”，用來培養嚴謹的學習心態和研究作風。這種做事態度讓他在人類歷史上首次發現了結核菌、霍亂菌。1905年，鋻於在細菌研究方面的卓越成就，瑞典皇家學會將諾貝爾生理學與醫學獎授予了科赫。

     （三）通氣攪拌發酵技術的建立

抗生素的問世使得原來的發酵方式無法滿足大量需氧發酵的要求，這就促進了通氣攪拌液體發酵技術的發展，開啟了發酵工業歷史。通氣攪拌液體發酵技術成為現代發酵工業的主要生產方式，它使需氧菌的發酵生產走上了大規模工業化的生產途徑，促進了甾體轉化、微生物酶與氨基酸發酵工業的迅速發展，此階段為發酵歷史的第二個轉折點。

     （四）代謝控制發酵技術

隨著生物化學、微生物生理學以及遺傳學的深入發展，人們對生物發酵代謝途徑以及氨基酸的生物合成途徑的了解逐步加深，人類開始利用調控代謝的手段進行微生物的菌種選育和控制發酵條件。1956年，日本科學家首先成功地利用自然界的野生的生物素缺陷型菌株進行谷氨酸發酵生產。隨後，賴氨酸、蘇氨酸等一繫列氨基酸都采用發酵法生產。顯然，利用微生物生產氨基酸是以代謝控制為基礎的新發酵技術。它是根據氨基酸生物合成途徑用遺傳育種方法進行微生物的人工誘變，選育出某種營養缺陷型菌株或抗代謝類似物的菌株，在控制營養條件的前提下進行的發酵生產，使之大量積累人們預期的氨基酸。由於氨基酸發酵而開始的代謝控制發酵使得發酵工業進入一個新階段，此後，核苷酸、有機酸、抗生素等方面也利用代謝調控技術進行發酵生產。

     （五）開拓發酵原料時期

傳統的發酵原料主要是糧食、農副產品等糖質原料，隨著飼料酵母菌體及其他單細胞蛋白的需求量日趨擴大，急需開拓和尋找新的糖質原料。石油化工副產物如石蠟、醋酸、甲醇以及甲烷等碳氫化合物逐漸被用於發酵原料，開始了石油發酵時期。由於利用碳氫化合物大規模生產單細胞蛋白，大規模發酵罐（3000m3）也應運而生，同時碳氫化合物發酵耗氧量大，這就給發酵設備帶來了新的要求，發酵歷史上出現了循環式、噴射式等多種發酵罐，並用計算機控制滅菌、調節發酵條件和應用氧電極進行氧氣供應，發酵工業朝著自動化方向邁出了一大步。

目前，用醋酸生產谷氨酸，用甲烷、甲醇以及正構石蠟生產單細胞蛋白、檸檬酸等均已達到工業化水平。

     （六）基因工程階段

20世紀70年代開始，由於DNA體外重組技術的建立，發酵工業又步入了一個嶄新的階段——以基因工程為中心的生物工程時代。基因工程是采用酶學的方法，將不同來源的DNA片段進行體外重組，再把重組DNA轉入受體細胞內，並進行表達和遺傳下去。這樣人們就可以根據自己的意願將微生物以外的基因片段導入微生物細胞內，從而達到定向地改變生物性狀與功能而創造新的“物種”，使發酵工業能夠生產出自然界微生物所不能合成的產物。目前，人類已經用基因工程技術生產胰島素、干擾素等。

四、發酵方式的類型

     （一）需氧發酵與厭氧發酵

根據對氧需求的不同，發酵可以分為需氧發酵和厭氧發酵。需氧發酵也稱通氣發酵，包括淺盤發酵和深層通氣發酵兩種。淺盤發酵規模較小，目前僅小型釀酒廠、種曲培養等尚在使用；深層通氣發酵為當今發酵工業主要的生產方式，常用的發酵容器有固態發酵罐、液態發酵罐、厚層通氣床等。

厭氧發酵也稱為靜置發酵，即將培養基盛於發酵槽中，在接種菌種後，不通氣進行培養，工業上酒精、丙酮、丁醇、乳酸等發酵均屬於厭氧發酵。

     （二）固態發酵與液態發酵

根據培養基的狀態不同，發酵可分為固態發酵和液態發酵。固態發酵是指在幾乎無自由水存在或有一定濕度的水不溶性基質上進行的發酵。固態發酵的基質含水量較低，通常控制在60%左右。目前固態發酵的基質一般都是未經處理的農副產品或其廢棄物（如玉米秸稈、麩皮、稻殼等），以及玉米、大米、小米、木藷、大豆等富含澱粉或蛋白質的農產品。固態發酵在食品加工中主要應用在醬油釀造、酶制劑、食用菌、檸檬酸、紅曲生產等幾個方面。

液態發酵是將發酵基質溶於或（懸於）液體後的發酵，其連續相一般為水。液態發酵的基質來源較廣泛，凡可溶於（或懸於）液體的基質均可以用液體發酵。液態發酵應用廣泛，例如，青霉素生產、液體發酵白酒等。

     （三）分批發酵、連續發酵和分批補料發酵

根據物料和產物進出方式不同，可以分為分批發酵、連續發酵和分批補料發酵。分批發酵是指生物反應器的間歇操作，在發酵過程中，除了不斷進行通氣（好氧發酵）和為調節pH值而加入的酸堿溶液外，與外界沒有其他物料交換，該發酵方式對溫度要求低，工藝操作簡單，容易解決染菌和菌種退化問題，對營養物的利用效率較高，但是人力、物力、動力消耗大，生產效率低。

連續發酵也稱流加發酵，是以一定的速度向發酵罐內添加新鮮培養基，同時以相同速度流出培養液，從而使發酵罐內的液量維持恆定的發酵過程。連續發酵可以提高設備的利用率和單位時間產量，發酵中各參數趨於恆值，便於自動控制，同時可以在不同的罐中控制不同的條件。該發酵方式對設備的合理性和加料設備的精確性要求甚高，營養成分的利用率和產物濃度較分批發酵低，操作過程中容易污染雜菌，菌種容易變異、退化。

分批補料發酵是指在微生物分批發酵過程中，以某種方式向發酵繫統中補加一定物料，但並不連續地向外放出發酵液的發酵技術，使發酵液的體積隨時間逐漸增加。已是介於分批發酵和連續發酵之間的一種發酵技術。分批補料發酵可以解除底物的抑制、產物的反饋抑制和分解代謝物阻遏作用，提高目的產物的轉化率，菌種的變異和染菌問題容易控制，但對補料過程中的物料無菌要求較高。

五、菌種的保藏與復壯

微生物菌種經過一段時間後生產性能下降的表現稱為菌種退化，需要采取一定的措施來防止菌種退化或使退化的菌種復壯。采用合理的保藏方法（例如，甘油管保藏法、凍干管保存法等）、減少傳代次數、選用穩定性強不易退化的菌株可以有效防止菌種退化。對已經退化的菌種，應該選用一定的培養條件進行單細胞分離純化，從而限制退化菌株在數量上占優勢，後淘汰已經退化的菌落而使原菌株得以復壯。