發(fā)酵工業(yè)原料煉制原理與應(yīng)用

內(nèi)容概要

要建立節(jié)糧、節(jié)水、節(jié)能和環(huán)保的發(fā)酵工業(yè)，首先面臨的是發(fā)酵原料的煉制問(wèn)題。發(fā)酵工業(yè)原料煉制原理與應(yīng)用通過(guò)深入分析發(fā)酵工業(yè)原料煉制的共性問(wèn)題，結(jié)合多年生物質(zhì)原料高值化煉制研究基礎(chǔ)，提出“發(fā)酵工業(yè)原料煉制”的理念，從“過(guò)程集成”和“結(jié)構(gòu)與功能”角度，梳理了發(fā)酵工業(yè)原料煉制的科學(xué)原理，根據(jù)發(fā)酵原料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和目標(biāo)產(chǎn)物的要求，將發(fā)酵原料預(yù)處理——組分分離提升到依據(jù)產(chǎn)品功能要求的選擇性結(jié)構(gòu)拆分過(guò)程，并系統(tǒng)闡述了淀粉類、糖類、木質(zhì)纖維素類、有機(jī)廢水以及城市生活垃圾等典型發(fā)酵原料的多組分分層多級(jí)煉制思路與發(fā)酵工業(yè)煉制模式，為實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約、環(huán)境友好的發(fā)酵工業(yè)提供理論基礎(chǔ)與技術(shù)支撐。
發(fā)酵工業(yè)原料煉制原理與應(yīng)用可供發(fā)酵工程、生物工程、生物技術(shù)等領(lǐng)域的研究生和其他研究人員閱讀，也可供發(fā)酵相關(guān)企業(yè)的技術(shù)和管理人員參考。

書籍目錄

前言第1章 緒論1.1 發(fā)酵工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的作用1.1.1 發(fā)酵工業(yè)產(chǎn)品類型1.1.2 發(fā)酵工業(yè)發(fā)展歷程1.1.3 發(fā)酵工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀1.1.4 發(fā)酵工業(yè)發(fā)展趨勢(shì)1.2 發(fā)酵工業(yè)運(yùn)行框架中的問(wèn)題1.2.1 發(fā)酵工業(yè)原料中糧食原料替代的問(wèn)題1.2.2 污染問(wèn)題1.2.3 原料的綜合利用問(wèn)題1.3 發(fā)酵工業(yè)原料煉制思路的提出1.4 發(fā)酵工業(yè)原料煉制原理1.4.1 發(fā)酵工業(yè)原料組分分離1.4.2 發(fā)酵工業(yè)原料的選擇性結(jié)構(gòu)拆分1.5 發(fā)酵工業(yè)原料煉制發(fā)展現(xiàn)狀1.6 發(fā)酵工業(yè)原料煉制方向——生物過(guò)程工程挑戰(zhàn)性課題參考文獻(xiàn)第2章 發(fā)酵工業(yè)原料學(xué)2.1 微生物代謝原料學(xué)概述2.2 微生物代謝和發(fā)酵2.2.1 微生物發(fā)酵2.2.2 微生物代謝2.3 微生物代謝原料2.3.1 碳源2.3.2 氮源2.3.3 生長(zhǎng)因子、前體物質(zhì)、產(chǎn)物促進(jìn)劑和抑制劑2.3.4 水2.3.5 微生物代謝原料的拓展2.4 發(fā)酵工業(yè)原料特性2.5 發(fā)酵工業(yè)原料的轉(zhuǎn)變與替代參考文獻(xiàn)第3章 發(fā)酵工業(yè)原料煉制原理3.1 發(fā)酵工業(yè)原料煉制的提出3.2 發(fā)酵工業(yè)原料預(yù)處理3.2.1 發(fā)酵工業(yè)淀粉資源的提胚預(yù)處理3.2.2 發(fā)酵工業(yè)糖類資源的提汁預(yù)處理3.2.3 發(fā)酵工業(yè)木質(zhì)纖維素資源的降解預(yù)處理3.2.4 發(fā)酵工業(yè)固體垃圾資源的汽爆分選預(yù)處理3.3 發(fā)酵工業(yè)原料組分分離3.3.1 組分分離概念的提出3.3.2 組分分離作用原理解析3.3.3 淀粉類原料的組分分離3.3.4 糖類原料的組分分離3.3.5 木質(zhì)纖維素類原料組分分離3.3.6 廢水、污泥、城市垃圾等廢棄物的組分分離3.4 發(fā)酵工業(yè)原料的選擇性結(jié)構(gòu)拆分3.4.1 淀粉質(zhì)原料的選擇性結(jié)構(gòu)拆分3.4.2 糖類原料的選擇性結(jié)構(gòu)拆分3.4.3 木質(zhì)纖維素類原料的選擇性結(jié)構(gòu)拆分3.4.4 廢水、污泥、城市垃圾等廢棄物的選擇性結(jié)構(gòu)拆分參考文獻(xiàn)第4章 糖類原料煉制與發(fā)酵工業(yè)模式4.1 糖類原料資源及分布4.1.1 甘蔗資源4.1.2 甜菜資源4.1.3 糖蜜資源4.1.4 甜高粱資源4.2 發(fā)酵工業(yè)糖類資源糖的制備4.2.1 糖制備工業(yè)發(fā)展歷程4.2.2 發(fā)酵工業(yè)糖類原料煉制關(guān)鍵技術(shù)4.3 甜高粱原料的發(fā)酵工業(yè)煉制模式4.3.1 發(fā)酵工業(yè)甜高粱資源煉制現(xiàn)狀4.3.2 甜高粱的儲(chǔ)藏4.3.3 發(fā)酵工業(yè)原料甜高粱生態(tài)產(chǎn)業(yè)煉制模式參考文獻(xiàn)第5章 淀粉類原料煉制與發(fā)酵工業(yè)模式5.1 發(fā)酵工業(yè)淀粉質(zhì)原料資源及成分5.1.1 糧谷類淀粉5.1.2 薯類淀粉5.1.3 非糧淀粉類資源5.2 淀粉類原料的煉制5.2.1 谷物淀粉的制備5.2.2 薯類淀粉的制備5.2.3 淀粉轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵糖5.3 淀粉原料的高效分離5.3.1 新的玉米組分分離方式的意義5.3.2 汽爆技術(shù)對(duì)玉米組分分離的可行性5.4 淀粉類原料的發(fā)酵工業(yè)煉制模式5.4.1 玉米淀粉類原料的發(fā)酵工業(yè)煉制模式5.4.2 葛根淀粉類原料的發(fā)酵工業(yè)煉制模式參考文獻(xiàn)第6章 木質(zhì)纖維素原料煉制與發(fā)酵工業(yè)模式6.1 木質(zhì)纖維素資源與分布6.1.1 農(nóng)作物秸稈資源6.1.2 林業(yè)、薪柴資源6.2 天然木質(zhì)纖維素原料的主要成分6.3 纖維素碳源6.3.1 纖維素的化學(xué)結(jié)構(gòu)6.3.2 纖維素的物理結(jié)構(gòu)6.3.3 纖維素的理化性質(zhì)6.3.4 葡萄糖的全能性6.3.5 纖維素葡萄糖的制備及其突破點(diǎn)6.4 半纖維素碳源6.4.1 半纖維素的化學(xué)結(jié)構(gòu)6.4.2 半纖維素的化學(xué)性質(zhì)6.4.3 木糖的全能性6.4.4 半纖維木糖的制備及其突破點(diǎn)6.5 木質(zhì)纖維素糖平臺(tái)6.5.1 木質(zhì)纖維素糖平臺(tái)的構(gòu)建6.5.2 以木質(zhì)纖維素糖為平臺(tái)轉(zhuǎn)化的產(chǎn)物6.6 木質(zhì)纖維素生物轉(zhuǎn)化發(fā)酵抑制物產(chǎn)生及去除方法——抑制物作用機(jī)制及其破解途徑6.6.1 木質(zhì)纖維素生物轉(zhuǎn)化抑制物的產(chǎn)生6.6.2 木質(zhì)纖維素生物轉(zhuǎn)化抑制物的去除6.7 木質(zhì)纖維素生化轉(zhuǎn)化發(fā)酵平臺(tái)6.7.1 發(fā)酵類型6.7.2 發(fā)酵方式6.8 木質(zhì)纖維素生物轉(zhuǎn)化后處理平臺(tái)6.8.1 發(fā)酵產(chǎn)物的預(yù)處理6.8.2 發(fā)酵產(chǎn)物的純化與精制6.9 秸稈半纖維素發(fā)酵丁醇及其產(chǎn)業(yè)化煉制示范6.9.1 木質(zhì)纖維素發(fā)酵丁醇國(guó)外現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)6.9.2 生物丁醇工業(yè)發(fā)展的意義6.9.3 木質(zhì)纖維素原料轉(zhuǎn)化丁醇的困境6.9.4 秸稈發(fā)酵生物丁醇新技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化示范工程的提出與研發(fā)過(guò)程6.9.5 秸稈半纖維素水解液發(fā)酵丁醇及木質(zhì)素纖維素產(chǎn)業(yè)化煉制取得的主要?jiǎng)?chuàng)新性成果參考文獻(xiàn)第7章 廢水與有機(jī)廢棄物原料的發(fā)酵工業(yè)煉制模式7.1 廢水、污泥與垃圾資源的分布與成分7.1.1 廢水資源7.1.2 污泥資源7.1.3 城市有機(jī)垃圾資源7.2 廢水與有機(jī)廢棄物的厭氧消化煉制技術(shù)7.2.1 厭氧消化的基本原理7.2.2 厭氧消化發(fā)展歷程7.2.3 厭氧消化的微生物7.2.4 厭氧消化影響因素7.2.5 厭氧消化工藝及其研究現(xiàn)狀7.3 國(guó)內(nèi)外廢水、污泥與垃圾資源的煉制現(xiàn)狀7.4 廢水、污泥與垃圾資源的發(fā)酵工業(yè)煉制7.4.1 廢水、污泥與垃圾資源的發(fā)酵工業(yè)碳源煉制7.4.2 廢水、污泥與垃圾資源厭氧消化產(chǎn)沼氣7.4.3 發(fā)酵工業(yè)廢水資源回用煉制7.4.4 污泥、固體垃圾資源堆肥化發(fā)酵工業(yè)煉制參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第1章 緒論 發(fā)酵工業(yè)是利用微生物的代謝活動(dòng)經(jīng)生物轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)大宗產(chǎn)品的工業(yè)?，F(xiàn)代化發(fā)酵工業(yè)的建立是近10年的事情，但古代勞動(dòng)人民已經(jīng)在自覺(jué)和不自覺(jué)地進(jìn)行著發(fā)酵的生產(chǎn)和探討。我國(guó)是發(fā)酵工業(yè)的文明古國(guó)［1］，甲骨文及鐘鼎文字都有“酒”字，這說(shuō)明3000多年前釀酒技術(shù)在我國(guó)就已經(jīng)很發(fā)達(dá)?！稇?zhàn)國(guó)策?魏策》上記載：“昔者，帝女令儀狄作酒而美，進(jìn)之禹，禹飲而甘之..”，這講述的是夏禹和酒的故事，即夏禹飲過(guò)儀狄釀的酒后，并沒(méi)有從此陶醉于酒，而是清醒地預(yù)言“后世必有以酒亡其國(guó)者”，“遂疏儀狄而絕旨酒”。旨酒是一種較好的甜酒，這說(shuō)明當(dāng)時(shí)不僅能釀酒而且能釀?shì)^好的酒。此外，如醬油、食醋、醬菜等發(fā)酵食品都具有悠久的歷史。20世紀(jì)60年代后，新型發(fā)酵工業(yè)興起，以谷氨酸為代表的氨基酸工業(yè)、以檸檬酸為代表的有機(jī)酸工業(yè)、以淀粉酶為代表的酶制劑工業(yè)等，加上釀酒工業(yè)和酵母制造工業(yè)，形成了我國(guó)相當(dāng)規(guī)模的發(fā)酵工業(yè)體系，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)生活中起到了至關(guān)重要的作用。隨著發(fā)酵工業(yè)產(chǎn)品品種的增加和生產(chǎn)規(guī)模的迅速擴(kuò)張，發(fā)酵工業(yè)中廢水、廢渣污染的問(wèn)題越來(lái)越突出，存在組分利用單一、提煉技術(shù)單一、耗水、耗能等問(wèn)題，從而導(dǎo)致原料利用率低、環(huán)境污染，嚴(yán)重制約發(fā)酵工業(yè)自身的生存與發(fā)展。本書通過(guò)深入分析發(fā)酵工業(yè)原料煉制的共性問(wèn)題，結(jié)合多年生物質(zhì)原料高值化煉制研究基礎(chǔ)，提出了“發(fā)酵工業(yè)原料煉制”的理念，梳理了發(fā)酵工業(yè)原料煉制的科學(xué)原理，并系統(tǒng)闡述了淀粉類、糖類、木質(zhì)纖維素類、有機(jī)廢水以及城市生活垃圾等典型發(fā)酵原料的多組分分層多級(jí)煉制思路與發(fā)酵工業(yè)煉制模式，以期能對(duì)發(fā)酵工業(yè)原料煉制模式的改變與發(fā)展起到一定的推動(dòng)作用。1.1 發(fā)酵工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的作用 發(fā)酵工業(yè)主要可以劃分為固態(tài)發(fā)酵和液態(tài)發(fā)酵。其中，固態(tài)發(fā)酵起源于我國(guó)［1］，具有幾千年的歷史；而液態(tài)發(fā)酵雖然僅有近百年的歷史，但是發(fā)展迅速，已經(jīng)成為現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)的主體［2］。發(fā)酵工業(yè)是主要的生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化部門。隨著生物技術(shù)向縱深發(fā)展，發(fā)酵工業(yè)將會(huì)演變成一個(gè)產(chǎn)品眾多、門類齊全、技術(shù)先進(jìn)的生物工業(yè)。20世紀(jì)60年代以前，我國(guó)輕工、食品領(lǐng)域的發(fā)酵工業(yè)主要由釀酒和釀造產(chǎn)品組成，幾十年來(lái)我國(guó)的發(fā)酵工業(yè)取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的崛起，不僅對(duì)原有的釀酒和釀造工藝進(jìn)行了技術(shù)改造，還不斷開(kāi)發(fā)出以現(xiàn)代生物技術(shù)為特征的新型發(fā)酵工業(yè)［3～5］，已突破傳統(tǒng)的釀造和乙醇工業(yè)，其產(chǎn)品應(yīng)用覆蓋醫(yī)藥、衛(wèi)生、輕工、化工、農(nóng)業(yè)、能源、環(huán)保等諸多行業(yè)，發(fā)展出氨基酸、有機(jī)酸、酶制劑、抗生素、多元醇、酵母、維生素、功能性活性因子等一大批新興產(chǎn)業(yè)。特別是基因工程和細(xì)胞工程等現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展與結(jié)合，人們通過(guò)細(xì)胞水平和分子水平改良或創(chuàng)建微生物新的菌種，使發(fā)酵工業(yè)的發(fā)酵水平大幅度地提高，發(fā)酵產(chǎn)品的種類和范圍不斷增加。至今，發(fā)酵工業(yè)已形成一個(gè)品種繁多、門類齊全、具有相當(dāng)規(guī)模的獨(dú)立工業(yè)體系，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位，某些產(chǎn)品如味精、檸檬酸年總產(chǎn)量已躍居世界首位［6］。1.1.1 發(fā)酵工業(yè)產(chǎn)品類型 發(fā)酵工業(yè)已經(jīng)深入到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門，我國(guó)的發(fā)酵工業(yè)已經(jīng)為國(guó)內(nèi)和國(guó)際市場(chǎng)提供了多種大宗產(chǎn)品，如調(diào)味品、高活性干酵母、淀粉和淀粉糖、有機(jī)酸、飼料添加劑等［2，7］。此外，近10多年來(lái)發(fā)展成產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的具有特種功能的發(fā)酵制品，如低聚糖類、真菌多糖類、糖醇類、活性肽類、微生物制劑以及生物防腐劑等，滿足了不同人群的保健需求。其產(chǎn)品類型常見(jiàn)的有以下15種［8］。1）釀酒 釀酒是人類利用微生物發(fā)酵最早的領(lǐng)域，是微生物工業(yè)的母體工業(yè)。目前，全世界飲料酒產(chǎn)量約2億t，其商品產(chǎn)量和產(chǎn)值在微生物工業(yè)中均占首位。飲料酒以含糖原料（果汁、甘蔗汁、蜂蜜等）和淀粉質(zhì)原料（米、麥、高粱、玉米、紅薯、土豆等）經(jīng)釀造加工而成，其中起重要作用的是霉菌和酵母，前者將淀粉轉(zhuǎn)化成糖，后者將糖轉(zhuǎn)化為乙醇。飲料酒分發(fā)酵酒和蒸餾酒兩大類，發(fā)酵酒有啤酒、白酒、葡萄酒、黃酒等，蒸餾酒有白酒、白蘭地、金酒等。2）發(fā)酵食品 發(fā)酵食品是人類很早以前利用微生物發(fā)酵的又一領(lǐng)域。天然食品經(jīng)微生物（包括細(xì)菌、霉菌和酵母）適度發(fā)酵后，產(chǎn)生各種風(fēng)味物質(zhì)，使之味道更好，并有利于儲(chǔ)存。根據(jù)功能的不同，發(fā)酵食品分為發(fā)酵主食品、發(fā)酵副食品、發(fā)酵調(diào)味品和發(fā)酵乳制品等。發(fā)酵主食品有面包、饅頭、包子、發(fā)面餅等；發(fā)酵副食品有火腿、發(fā)酵香腸、豆腐乳、泡菜、咸菜等；發(fā)酵調(diào)味品有醬、醬油、食醋等；發(fā)酵乳制品有奶酒、干酪、酸奶等。3）有機(jī)酸 乙酸和乳酸的生產(chǎn)和利用，在人們認(rèn)識(shí)微生物之前就開(kāi)始了。飲料酒在有氧條件下自然放置可制成醋，牛奶酸敗可制成酸奶。而有機(jī)酸工業(yè)，則是隨著現(xiàn)代發(fā)酵技術(shù)的建立而逐漸形成的。霉菌和細(xì)菌都具有生產(chǎn)有機(jī)酸的能力，其生產(chǎn)方法可分為兩類：一類是以碳水化合物和碳?xì)浠衔餅樵系闹虚g代謝產(chǎn)物發(fā)酵；另一類是以糖、糖醇、醇、有機(jī)酸等為原料的生物轉(zhuǎn)化發(fā)酵。采用發(fā)酵法生產(chǎn)的有機(jī)酸主要有乙酸、丙酸、丙酮酸、乳酸、丁酸、延胡索酸、蘋果酸、酒石酸、衣康酸、檸檬酸、異檸檬酸、葡萄糖酸、抗壞血酸、水楊酸、乙酰丙酸等。4）醇及有機(jī)溶劑 可用微生物發(fā)酵法生產(chǎn)的醇類和溶劑有乙醇、丙酮丁醇、異丙醇、甘油、丁二醇、二羥丙酮、甘露糖醇、阿拉伯糖醇、木糖醇等。5）酶制劑 酶是一種生物催化劑，它具有專一性強(qiáng)、催化效率高等特點(diǎn)，能在常溫和低濃度下催化復(fù)雜的生化反應(yīng)。沒(méi)有酶，就沒(méi)有生物體的一切生命活動(dòng)。動(dòng)物、植物、微生物都具有細(xì)胞原生質(zhì)分泌的各種特異的酶，借以催化各種生化反應(yīng)，并呈現(xiàn)各種生命現(xiàn)象。微生物發(fā)酵的過(guò)程都是在各種酶的催化作用下完成的。中國(guó)酒曲是世界上最早的微生物粗酶制劑，其中含淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶和酒化酶等。19世紀(jì)末，日本人高峰讓吉從米曲霉中提取到高峰淀粉酶，這是利用微生物生產(chǎn)酶制劑的開(kāi)端。生物界已發(fā)現(xiàn)的酶有數(shù)千種，用微生物發(fā)酵法生產(chǎn)的酶有上百種，主要有糖化酶、淀粉酶、異淀粉酶、轉(zhuǎn)化酶、異構(gòu)酶、纖維素酶［9］、蛋白酶、脂肪酶等。6）氨基酸 氨基酸是構(gòu)成蛋白質(zhì)的基本化合物，也是營(yíng)養(yǎng)學(xué)中極為重要的物質(zhì)。自從20世紀(jì)50年代日本人木下祝郎成功地用發(fā)酵法獲得谷氨酸以來(lái)，幾乎所有的氨基酸均可用發(fā)酵法生產(chǎn)。目前，氨基酸中產(chǎn)量最大的為谷氨酸，其余產(chǎn)量較少，主要有賴氨酸、精氨酸、蛋氨酸、亮氨酸等［10］。7）核酸類物質(zhì) 核酸的單體是核苷酸，由含氮堿基、戊糖與磷酸三部分組成，若僅由前兩部分組成則稱為核苷。核苷的生產(chǎn)始于20世紀(jì)60年代，最早的產(chǎn)品是鮮味劑肌苷酸和鳥(niǎo)苷酸。此后，發(fā)現(xiàn)很多核酸類物質(zhì)如肌苷、腺苷、三磷酸腺苷等具有特殊的療效且用途在不斷擴(kuò)大，促進(jìn)了核苷酸類物質(zhì)的生產(chǎn)。8）抗生素 抗生素是由微生物產(chǎn)生的具有生理活性的物質(zhì)，它不但可以抑制其他微生物的生長(zhǎng)與代謝，有的還可以抑制癌細(xì)胞的生長(zhǎng)，抑制抗血纖維蛋白溶酶作用。自1928年弗萊明發(fā)現(xiàn)青霉素以來(lái)，至今已發(fā)現(xiàn)的抗生素有6000余種，其中絕大多數(shù)來(lái)源于微生物，由微生物生產(chǎn)的醫(yī)用抗生素已達(dá)上千種，如青霉素、鏈霉素、紅霉素、土霉素等。9）生理活性物質(zhì)生理活性物質(zhì)是指促進(jìn)或抑制某些生化反應(yīng)，使生物維持正常的生命活動(dòng)的 一類物質(zhì)，如激素、赤霉素等。10）微生物菌體產(chǎn)品微生物菌體產(chǎn)品是指發(fā)酵的目標(biāo)產(chǎn)物是微生物本身。按用途不同，微生物菌 體產(chǎn)品可分為以下5類：（1）活性干酵母，包括面包活性干酵母和釀酒活性干酵母。（2）活性乳酸菌制劑，它是直接食用的可用于改善人體腸道的微生物生態(tài)菌系。（3）食用和藥用酵母，包括作為營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑或添加劑的普通食用酵母、用于普通協(xié)助消化的藥用酵母，以及具有特殊功效或治療作用的富集酵母。（4）飼用單細(xì)胞蛋白，作為飼用蛋白質(zhì)，其粗蛋白含量高達(dá)80%。生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的原料非常廣泛，包括糖質(zhì)、淀粉質(zhì)、纖維質(zhì)以及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物等可再生的資源，也可利用甲烷、甲醇、乙醇、乙酸和正烷烴等石油化工產(chǎn)品。（5）其他菌體產(chǎn)品，如食用菌、藥用真菌、某些工業(yè)用粗酶制劑等。11）生物農(nóng)藥和生產(chǎn)增產(chǎn)劑 （1）微生物殺蟲劑，如病毒殺蟲劑、細(xì)菌殺蟲劑、真菌殺蟲劑、動(dòng)物殺蟲劑等。（2）防治植物病害微生物，如細(xì)菌、放線菌、真菌等。（3）生物除草劑，如環(huán)己酰胺、雙丙磷A、谷氨酰胺合成酶等。（4）生物增產(chǎn)劑，如固氮菌、鉀細(xì)菌、磷細(xì)菌、抗生素制劑等，作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的輔助肥料和抗菌增產(chǎn)劑等。12）生物能乙醇是替代石油的可再生能源。甲烷是微生物利用有機(jī)廢棄物厭氧發(fā)酵的產(chǎn)物。其他生物能有微生物產(chǎn)氫、微生物燃料電池以及藻類產(chǎn)油等。13）環(huán)境凈化自然界本身就存在碳和氮的循環(huán)，而微生物對(duì)生物物質(zhì)的排泄及尸體的分解起重要的作用。利用生物技術(shù)處理生產(chǎn)和生活中的有機(jī)廢棄物，加速分解過(guò)程的進(jìn)行，對(duì)環(huán)境衛(wèi)生做出很大的貢獻(xiàn)。（1）厭氧處理。在厭氧條件下，微生物利用分解廢棄物中的碳水化合物、蛋白質(zhì)和脂肪等有機(jī)物質(zhì)產(chǎn)生沼氣，在治理環(huán)境的同時(shí)，獲得一定的能量，另外發(fā)酵后的殘?jiān)€可作為肥料。（2）好氧處理。利用好氧性的微生物使有機(jī)物氧化，最終將有機(jī)物分解成二氧化碳和水。（3）特殊處理。利用微生物對(duì)某些有害物質(zhì)，如酚、有機(jī)氮、有機(jī)磷等進(jìn)行生物降解處理，消除或降低有害物質(zhì)對(duì)人類環(huán)境的影響。14）微生物冶金工業(yè) 微生物冶金工業(yè)包括利用微生物探礦、冶金、石油脫硫等。15）醫(yī)藥產(chǎn)品發(fā)酵工業(yè) 醫(yī)藥產(chǎn)品發(fā)酵工業(yè)指利用微生物生產(chǎn)干擾素、白介素等。1.1.2 發(fā)酵工業(yè)發(fā)展歷程 幾千年前，人們就利用發(fā)酵技術(shù)來(lái)生產(chǎn)產(chǎn)品，如白酒、黃酒等，當(dāng)時(shí)人們并不知道微生物與發(fā)酵的關(guān)系，對(duì)發(fā)酵的原因根本不清楚，只是依靠口傳心授，一代代地傳授著這種發(fā)酵的工藝，這個(gè)時(shí)期可以被稱為自然發(fā)酵時(shí)期。雖然這一時(shí)期沒(méi)有形成大規(guī)模的發(fā)酵工業(yè)，但這些經(jīng)驗(yàn)對(duì)后來(lái)微生物學(xué)的發(fā)展以及發(fā)酵工業(yè)的建立發(fā)揮了重要的作用。隨著顯微鏡的發(fā)明，人們認(rèn)識(shí)到微生物的存在。到了19世紀(jì)中葉，巴斯德通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，原來(lái)乙醇發(fā)酵是由活的酵母引起的，其他的發(fā)酵也是各種微生物作用的結(jié)果，從而解開(kāi)了微生物與發(fā)酵之間的關(guān)系，使人們對(duì)發(fā)酵的認(rèn)識(shí)有了質(zhì)的飛躍。微生物純種培養(yǎng)技術(shù)的發(fā)展開(kāi)創(chuàng)了人為控制微生物的時(shí)代，促進(jìn)了近代發(fā)酵工業(yè)的建立。人們通過(guò)應(yīng)用人為控制技術(shù)改進(jìn)發(fā)酵工程技術(shù)，發(fā)明了簡(jiǎn)便的密閉式發(fā)酵罐，初步建立了人工控制環(huán)境的發(fā)酵系統(tǒng)，使啤酒等生產(chǎn)的腐敗現(xiàn)象大大減少，生產(chǎn)規(guī)模和發(fā)酵效率不斷提高，逐漸由手工作坊向大型工業(yè)化生產(chǎn)轉(zhuǎn)變。在此基礎(chǔ)上，逐漸建立丙酮、丁醇、有機(jī)酸、酶制劑等工業(yè)，由此，20世紀(jì)初，近代發(fā)酵工業(yè)初步形成。20世紀(jì)40～70年代是近代發(fā)酵工業(yè)全面發(fā)展時(shí)期。這一個(gè)時(shí)期的起始標(biāo)志是青霉素工業(yè)的迅速發(fā)展，由此帶動(dòng)了一批微生物次級(jí)代謝產(chǎn)品和新的初級(jí)代謝產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，開(kāi)創(chuàng)了好氧發(fā)酵工業(yè)。而對(duì)現(xiàn)代分子生物技術(shù)所獲得的基因工程菌、細(xì)胞融合所得的“雜交”細(xì)胞以及動(dòng)植物細(xì)胞或固定化細(xì)胞等的利用標(biāo)志著發(fā)酵工業(yè)進(jìn)入了現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)時(shí)代?，F(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)迅猛發(fā)展，所涵蓋的產(chǎn)品也從原來(lái)的抗生素、食品等幾個(gè)方面滲透到人民生活的各方面，如醫(yī)藥、保健、農(nóng)業(yè)、環(huán)境、能源、材料等。發(fā)酵工業(yè)是一種以高科技含量為特征的新型工業(yè)，近年來(lái)，特別是20世紀(jì)90年代以來(lái)，行業(yè)的迅速發(fā)展已經(jīng)使其在食品工業(yè)中占有重要地位。發(fā)酵工業(yè)的迅速發(fā)展不僅帶動(dòng)了相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，而且對(duì)節(jié)約糧食、增加食品花色品種、提高產(chǎn)品質(zhì)量及改善環(huán)境等發(fā)揮了重要作用。我國(guó)傳統(tǒng)發(fā)酵歷史悠久，在《黃帝內(nèi)經(jīng)?素問(wèn)》、《湯液醪醴論篇》里，已有釀酒的記載。白酒的起源當(dāng)在元朝以前，尚待考證。醬油的釀造當(dāng)始自周朝。在漢武帝時(shí)代開(kāi)始有了關(guān)于葡萄酒的記載，距今已有2000多年的歷史?，F(xiàn)以常見(jiàn) 的發(fā)酵產(chǎn)品為例簡(jiǎn)要介紹我國(guó)發(fā)酵工業(yè)的歷史。1）白酒 中國(guó)的釀酒業(yè)，距今已有數(shù)千年的歷史。白酒是我國(guó)特有的、具有悠久歷史的傳統(tǒng)酒種。1949年，我國(guó)白酒的產(chǎn)量只有10.8萬(wàn)t。1996年，我國(guó)白酒產(chǎn)量達(dá)到歷史高峰，總量達(dá)到801.30萬(wàn)t。2011年，我國(guó)白酒的產(chǎn)量為102.42億L，其中規(guī)模較大的有五糧液、茅臺(tái)、瀘州老窖、劍南春、汾酒、古井6家公司。2）黃酒 黃酒是我國(guó)最古老的酒種，早在夏、商、周三代就已經(jīng)大量生產(chǎn)了，并流傳至今，據(jù)史料記載已有6000年歷史，目前年產(chǎn)量為130萬(wàn)t左右。3）啤酒 我國(guó)最早的啤酒廠于1900年在哈爾濱建成，1949年全國(guó)啤酒產(chǎn)量?jī)H7000余噸，1981年增至91萬(wàn)t，工廠200余家。經(jīng)過(guò)近20年的競(jìng)爭(zhēng)，中國(guó)啤酒業(yè)逐漸實(shí)現(xiàn)了行業(yè)內(nèi)的系統(tǒng)整合。2011年，山東啤酒產(chǎn)量64.8億L，同比增長(zhǎng)19.40%，占全國(guó)總產(chǎn)量的13.22%。現(xiàn)在已形成青啤、燕京、華潤(rùn)“三強(qiáng)”鼎立的態(tài)勢(shì)。1903年由英德商人合辦的“青島啤酒”，具有100多年的啤酒釀造歷史，主要致力于高檔啤酒的開(kāi)發(fā)。青島啤酒不僅在國(guó)內(nèi)擁有眾多的消費(fèi)者，而且還銷往國(guó)際市場(chǎng)，啤酒出口量超過(guò)全國(guó)出口的50%，曾連續(xù)多次獲得國(guó)內(nèi)國(guó)際大獎(jiǎng)。地處北京的“燕京啤酒”，是中國(guó)啤酒行業(yè)的一匹黑馬，1981年在順義縣以1萬(wàn)t的年產(chǎn)量起步，到2000年增至141萬(wàn)t，躍居全國(guó)第二，在北京市場(chǎng)的占有率為85%，天津市場(chǎng)的占有率為25%。2010年，“燕京”商標(biāo)商譽(yù)價(jià)值總計(jì)245.23億元。4）葡萄酒 1892年，華僑張弼士在煙臺(tái)建立釀酒公司，這是我國(guó)第一個(gè)新型的葡萄酒釀造廠。目前，我國(guó)較大規(guī)模的葡萄酒工廠已有近80家。2010年葡萄酒年產(chǎn)量約69.83萬(wàn)t。年產(chǎn)萬(wàn)噸以上的有張?jiān)！⑼醭?、華夏、長(zhǎng)城、新天酒業(yè)、柳河綠源、煙臺(tái)威龍、煙臺(tái)中糧等。上述8家公司占據(jù)約60%的市場(chǎng)份額，銷售收入占整個(gè)行業(yè)的70%～80%。5）醬油和醋 早在3000年前我國(guó)就已經(jīng)掌握了醬油和醋的發(fā)酵工藝，但數(shù)千年來(lái)一直沿用傳統(tǒng)固態(tài)發(fā)酵法，直到20世紀(jì)后才開(kāi)始采用純種培養(yǎng)技術(shù)生產(chǎn)，設(shè)備及釀造方法逐步實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代化。目前我國(guó)醬油和醋的年產(chǎn)量均居世界前列。6）酶制劑 我國(guó)的酶制劑始于20世紀(jì)60年代，1965年第一個(gè)酶制劑工廠在無(wú)錫建立。

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