微生物发酵即是指利用微生物，在适宜的条件下，将原料经过特定的代谢途径转化为人类所需要的产物的过程。微生物发酵生产水平主要取决于菌种本身的遗传特性和培养条件。发酵工程的应用范围有：⑴医药工业，⑵食品工业，⑶能源工业，⑷化学工业，⑸农业：改造植物基因；生物固氮；工程杀虫菌生物农药；微生物养料。⑹环境保护等方面。

简介

微生物发酵：利用微生物，在适宜的条件下，将原料经过特定的代谢途径转化为人类所需要的产物的过程。

Fermentation is the general term for such processes, which extract energy (as ATP) but do not consume oxygen or change the concentrations of NAD+ or NADH. Fermentations are carried out by a wide range of organisms, many of which occupy anaerobic niches, and they yield a variety of end products, some of which find commercial uses.

实例

酒类：包括果酒、啤酒、白酒及其他酒均是利用酿酒酵母，在厌氧条件下进行发酵，将葡萄糖转化为酒精生产的。白酒经过蒸馏，因此酒的主要成分是水和酒精，以及一些加热后易挥发物质，如各种酯类、其他醇类和少量低碳醛酮类化合物。果酒和啤酒是非蒸馏酒，发酵时酵母将果汁中或发酵液中的葡萄糖，转化为酒精，而其他营养成分会部分被酵母利用，产生一些代谢产物，如氨基酸、维生素等，也会进入发酵的酒液中。因此，果酒和啤酒营养价值较高。

醋：食品店或超市出售的醋中，除了白醋是由化学合成的食品级醋酸勾兑的外，其他的则是由醋酸菌在好氧条件下发酵，将固体发酵产生的酒精转化为醋酸生产的。由于使用的微生物菌种或曲种的差异，在葡萄糖发酵过程中会产生乳酸或其他有机酸，因而使醋有不同的风味。

酱油：酱油生产以大豆为主要原料，其他有麦麸、小麦、玉米等，将上述原料经粉碎制成 固体培养基，在好氧条件下，利用产生 蛋白酶的霉菌，如黑曲霉进行发酵。微生物在生长过程中会产生大量的蛋白酶，将培养基中的蛋白质水解成小分子的肽和氨基酸，然后淋洗、调制成酱油产品。酱油富含氨基酸和肽，具有特殊香味。

酸奶：牛奶在厌氧条件下，由乳酸菌发酵，将乳糖分解，并进一步发酵产生乳酸和其他有机酸，以及一些芳香物质和维生素等；同时蛋白质也部分水解。因此，酸奶是营养丰富、易消化，少含乳糖，是适合于有 乳糖不适应症者的优良食品。

醪糟：又称酒酿，是大米经蒸煮后，接种根霉，在好氧条件下，发酵生产的含低浓度酒精和不同糖分的食品。根霉在生长时会产生大量的淀粉酶，将大米中的淀粉水解成葡萄糖，同时利用部分葡萄糖发酵产生酒精。由于使用的根霉菌种不同，可以生产不同酒精度、不同甜度和不同香味的醪糟。

面包：现在的面包均是利用活性干酵母（面包酵母）经活化后，与面粉混合发酵，再加入各种添加剂，经烤制生产的。面粉发酵后淀粉结构发生改变，变得易于消化、营养易于吸收。

糖果、饼干、果冻等添加了红曲色素，以调节色泽；

果汁、饼干、面包、点心、方便面等添加了黄原胶，起悬浮、稳定、增稠、改善口感、防止粘牙、延长储存期等作用；

各类罐头，包括蔬菜、水果、蘑菇、鱼类、肉类、蛋类罐头，香肠，包装奶等添加了乳链杆菌肽，以保鲜、防腐，保存营养和改善口感等；

各种果汁、啤酒和饮料中均需使用柠檬酸或乳酸作为酸味剂调节口味、口感；

饭店、食堂和家庭制作的菜肴中常加 味精或肌苷，以增加鲜味。

可以说市场上出售的各类食品均加有各种食品添加剂，其中约70%～80%的食品添加剂是用发酵法，或发酵产生的酶，加工生产的。

相关概念

1、初级代谢产物：

微生物通过初级代谢途径，产生微生物自身生长繁殖所必需的代谢产物。

2、次级代谢

：是微生物在一定的生理阶段出现的一种特殊代谢类型，是某些微生物为了避免在代谢过程中某些代谢产物的积累造成的不利作用，而产生的一类利于生存的代谢类型， 次级代谢产物通常是在生产后期合成。

3、湿热灭菌法：

按被灭菌物品的性质不同，选择不同温度的湿热蒸汽进行灭菌，此法在同一温度下笔干热杀菌效力大。

4、连续灭菌：

培养基在发酵罐外经过一套灭菌设备连续的加热灭菌，冷却后送入已灭菌的发酵罐内的灭菌工艺过程，又称连消。

5、诱变育种：

利用各种诱变剂处理微生物细胞，提高基因的随机突变频率，扩大变异幅度，通过一定的筛选方法，获取所需要优良菌株的过程。

6、菌种初筛：

是从分离得到的大量菌种中将合成目的产物的菌种筛选出来的过程。初筛可分为平板筛选和摇瓶发酵筛选。

7、菌种复筛：

对初筛出来的菌种进行复筛，通常采用摇瓶培养法，一般一个菌株至少要重复3~5个瓶，培养后的发酵液必须采用精确分析方法测定。

8、自然选育：

在生产过程中，不经过人工诱变处理，利用菌种的自发突变而进行菌种筛选的过程。

9、种子扩大培养：

是指将保存在沙土管、冷冻干燥管、斜面试管等中处于休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后，再经过扁瓶或摇瓶及种子罐逐级扩大培养而获得一定数量和高质量的纯种的过程。

10、巴斯德消毒法：

将待消毒的物品在60~62℃加热30min或在70℃加热15min，以杀死其中的病原菌和一部分微生物的营养体。

11、辐射灭菌法：

利用高能量的电磁辐射和微粒辐射来杀死微生物。

12、微生物转化：

是指利用微生物代谢过程中的某些酶或酶系将一种化合物转化成含有特殊功能基团产物的生物化学反应。

13、质粒：

是一种能够独立复制的染色体外遗传因子。

14、抗生素：

是青霉素、链霉素、红霉素和四环素等一类化学物质的总称，是生物在其生命过程中产生的能在低浓度下有选择性地抑制或杀死其他微生物或肿瘤细胞的有机物质。

15、连续发酵：

是指以一定的速度向发酵罐内连续添加新鲜培养基，同时以相同的速度流出培养液，从而使发酵罐内的液量维持恒定，微生物在稳定状态下生长或生产。

16、菌种活化：

保藏在沙土管、冷冻干燥管或斜面中的菌种经无菌操作接入适合于孢子发芽或营养体生长的斜面培养基中，经培养成熟后挑选菌落正常的孢子或营养体再一次接入试管斜面，反复培养几次

。

17、消沫剂：

工业发酵中用于消除发酵中产生的泡沫，防止逃液和染菌，保证生产的正常运转。

18、空气分布器：

是把无菌空气引入发酵罐中并分布均匀的装置，有单孔管、多孔环管及多孔分支环管等几种。

19、杂交育种：

一般指两个基因型不同的菌株通过结合或 原生质体融合使遗传物质重新组合，再从中分离和筛选出具有新性状的菌株。

20、基因工程育种：

是应用基因工程手段进行的，基因工程师一种DNA体外重组技术，是在分子水平上，根据需要，用人工方法取得供体DNA上的基因，在体外重组于载体DNA上，再转移入受体细胞，使其复制、转录和翻译，表达出供体基因原有的遗传性状。

21、富集培养：

由于采集样品中各种微生物数量有很大差异，若估计到要哦分离的菌种数量不多时，就要人为增加分离的概率，增加该菌种的数量。

22、原生质体融合：

用酶法将细胞膜外侧的细胞壁除掉，制备成无细胞壁的球状细胞体即原生质体，将两种来源于微生物细胞A和B的原生质体，在融合诱导剂的存在下等量混合起来，可使原生质体表面形成电极性，相互之间容易吸引、脱水黏合而形成聚合物，进而使原生质体收缩变形，紧密接触处的膜先形成原生质桥，逐渐增大而实现融合。融合的原生质体在适当条件下可再生出细胞壁而形成一个新细胞。（用脱壁酶处理将微生物细胞壁除去，制成原生质体，再用聚乙二醇促使原生质体发生融合，从而获得异核体或重组合子。）

23、生物处理法：

就是在发酵工业废渣水中利用各类微生物的新陈代谢功能进行物质转化的过程，使废水中呈溶解和胶状的有机物被降解并转化成为无害的物质，废渣水中的有机物和一些有毒物质（如酚等）不断被转化分解或吸附沉淀，从而达到净化污水、消除公害的目的。

24、分批补料发酵：

又称

半连续发酵

，是指在微生物发酵过程中，间歇式或连续式补加一种或多种成分的新鲜培养基的培养技术。

25、细胞融合技术：

是把两个亲本的细胞经酶法除去细胞壁得到两个球状原生质体或原生质体球，然后置于高渗溶液中，通过生物法、化学法或物理法等诱导融合法，促使两者互相凝集并发生细胞之间的融合，进而导致基因重组，获得新的重组子（菌株）。这种融合又称为原生质体融合。

26、单细胞蛋白：

是指通过培养单细胞蛋白生物而获得的菌体蛋白质。

27、工程菌：

通过基因工程改造后的菌株称为“工程菌”。

微生物发酵在农业上的应用

微生物发酵即是指利用微生物，在适宜的条件下，将原料经过特定的代谢途径转化为人类所需要的产物的过程。微生物发酵生产水平主要取决于菌种本身的遗传特性和培养条件。发酵工程的应用范围有：⑴医药工业，⑵食品工业，⑶能源工业，⑷化学工业，⑸农业：改造植物基因；生物固氮；工程杀虫菌生物农药；微生物饲料。⑹环境保护等方面。

微生物肥料由一种或数种有益微生物活细胞制备而成的肥料。主要有根瘤菌剂、固氮菌剂、磷细菌剂、抗生菌剂、复合菌剂等。微生物肥料具有增产、改善品质的功能，还有显着减少植物体内硝酸盐，亚硝酸盐和重金属含量，提高化肥利用率以及培肥土壤等作用。要使微生物肥料在无公害蔬菜生产中真正发挥增产增效环保的作用。

微生物肥料是一种 纯天然、无毒、无害、无残留、无污染的高科技生命体。生命力极强，适应各类地质、各类土壤。使用范围极广，可广泛用于水稻、小麦、玉米、棉花、油菜、花生、大豆、芝麻、甜菜、甘蔗、番茄、豆角、黄瓜、四季豆、萝卜、白菜、大葱、韭菜、大蒜、菠菜、洋葱、土豆、西瓜、南瓜、冬瓜、西葫芦香瓜、辣椒、香蕉、菠萝、荔枝、龙眼、山药、芦笋等各种作物、瓜果、果树、蔬菜、中药材、速生杨、用材林、竹林、花卉、苗圃、草坪等。

生物有机肥是指特定功能微生物与主要以动植物残体（如畜禽粪便、农作物秸秆等）为来源并经无害化处理、腐熟的有机物料复合而成的一类兼具微生物肥料和有机肥效应的肥料。生物有机肥有几种不同的叫法，如微生物肥料，生物有机肥料，微生物菌剂和活性有机肥等。虽然有不同的叫法，但它都是遵循土壤微生态学和作物营养学的原理，通过固态发酵的方法生产出来的一种给作物提供营养成分、促进作物生长的一种复合肥。

生物有机肥的功效：调理土壤、激活土壤中微生物活跃率、克服土壤板结、增加土壤空气通透性。减少水分流失与蒸发、减轻干旱的压力、保肥、减少化肥、减轻盐碱损害，在减少化肥用量或逐步替代化肥的情况下，提高土壤肥力，使粮食作物、经济作物、蔬菜类、瓜果类大幅度增产。提高农产品品质、果品色泽鲜艳、个头整齐、成熟集中，瓜类农产品含糖量、维生素含量都有提高，口感好，有利于扩大出口，提高售价。

改善作物农艺性状、使作物茎杆粗壮，叶色浓绿，开花提前，做果率高，果实商品性好，提早上市时间。增强作物抗病性和抗逆性、 减轻作物因连作造成的病害和土传性病害，降低发病率；对花叶病、黑胫病、炭疽病等的防治都有较好的效果，同时增强作物对不良环境的综合防御能力。化肥施入量的减少，相应地减少了农产品中硝酸盐的含量。

微生物肥料的特点与作用

微生物肥料作为一种新型肥料，施入土壤后，通过其特定菌株的快速繁殖，能固定大气中的氮素、释放土壤中固定态的磷、钾元素，使得环境的养分潜力得以充分发挥，并为作物生长营造一个良好的土壤微生物环境，在减少化肥用量、降低环境污染、提高农作物品质等方面具有重要意义。尤其是集固氮、解磷、解钾和作物生长刺激素于一身的复合微生物肥料的研发，在农业可持续发展中有举足轻重的作用。