万u/ml；链霉素、金霉素、新霉索、红霉素
第三个转折点：代谢控制。包括：酶的活力调控，酶的合成调控(反馈控制和反馈阻遏)，解除菌体自身的反馈调节, 突变株的应用，前体、终产物、副产物等。
第四个转折点：基因工程菌。资源利用：基因、动物、海洋。
阶段及年代 发酵工程技术的历史阶段及其特点 技术特点及发酵产品 自然发酵阶段(1900年以前) 利用自然发酵制曲酿酒、制醋、栽培食用菌、酿制酱油、酱品、泡菜、干酪、面包以及沤肥等 利用微生物纯培养技术发酵生产面包酵母、甘油、酒精、乳酸、丙酮、 纯培养发酵阶段(1900～丁醇等厌氧发酵产品和柠檬酸、淀粉酶、蛋白酶等好氧发酵产品 1940) 该阶段的特点是：生产过程简单，对发酵设备要求不高，生产规模不大，发酵产品的结构比原料简单，属于初级代谢产物 深层通气发酵阶段(1940～1957) 代谢调控发酵阶段(1957～1960) 利用液体深层通气培养技术大规模发酵生产抗生素以及各种有机酸、酶制剂、维生素、激素等产品 该阶段的特点是：微生物发酵的代谢从分解代谢转变为合成代谢；真正无杂菌发酵的机械搅拌液体深层发酵罐诞生；微生物学、生物化学、生化工程三大学科形成了完整的体系 利用诱变育种和代谢调控技术发酵生产氨基酸、核苷酸等多种产品 3 该阶段的特点是：发酵罐达50～200m。；发酵产品从初级代谢产物到次级代谢产物；发展了气升式发酵罐(可降低能耗、提高供氧)；多种膜分离介质问世 利用石油化工原料(碳氢化合物)发酵生产单细胞蛋白；发展了循环式、 全面发展阶段(1960～1979) 喷射式等多种发酵罐；利用生物合成与化学合成相结合的工程技术生产维生素、新型抗生素；发酵生产向大型化、多样化、连续化、自动化方向发展 基因工程阶段(1979～) 利用DNA重组技术构建的生物细胞发酵生产人们所希望的各种产品，如胰岛素、干扰素等基因工程产品 该阶段的特点是：按照人们的意愿改造物种、发酵生产人们所希望的各种产品；生物反应器也不再是传统意义上的钢铁设备，昆虫躯体、动物细胞乳腺、植物细胞的根茎果实都可以看作是一种生物反应器；基因工程技术使发酵工业发生了革命性变化
三、发酵工业的特点与范围
1、发酵工业的特点
发酵工业是利用微生物所具有的生物加工与生物转化能力，将廉价的发酵原料转变为各种高附加值产品的产业。其主要特点如下：
1）条件的温和性。发酵过程一般都是在常温常压下进行的生物化学反应，反应条件比较温和。 2）原料的廉价性。可采用较廉价的原料(如淀粉、糖蜜、玉米浆或其他农副产品等)生产较高价值的产品。有时甚至可利用一些废物作为发酵原料，变废为宝，实现环保和发酵生产的双层效益。 3）反应的专一性。发酵过程是通过生物体的自适应调节来完成的，反应的专一性强，因而可以得到较为单一的代谢产物。
4）产物的多样性。由于生物体本身所具有的反应机制，能专一性地和高度选择性地对某些较为
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复杂的化合物进行特定部位的生物转化修饰，也可产生比较复杂的高分子化合物。
5）生产的非限制性。发酵生产不受地理、气候、季节等自然条件的限制，可以根据订单安排通用发酵设备来生产多种多样的发酵产品。
基于以上特点，发酵工业日益受到人们的重视。与传统的发酵工艺相比，现代发酵工业除了上述发酵特点之外更有其优越性。如除了使用从自然界筛选的微生物外，还可以采用人工构建的“基因工程菌”或微生物发酵所生产的酶制剂进行生物产品的工业化生产，而且发酵设备也为自动化、连续化设备所代替，使发酵水平在原有基础上得到大幅度提高，发酵类型不断创新。 2、发酵工业的范围 2.1根据产业部门划分
若将发酵工业的范围按照产业部门划分，大致可分为以下16类: ①酿酒工业(啤酒、葡萄酒、白酒等)； ②食品工业(酱油、食醋、腐乳、酸乳等)； ③有机溶剂工业(酒精、丙酮、丁醇等)；
④抗生素工业(青霉素、头孢霉素、链霉素、土霉素等)； ⑤有机酸工业(乳酸、柠檬酸、葡萄糖酸等)；
⑥酶制剂工业(淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶、木聚糖酶、植酸酶等)； ⑦氨基酸工业(丝氨酸、苯丙氨酸、天冬氨酸、赖氨酸，腺苷蛋氨酸等)； ⑧核苷酸工业(环磷腺苷、肌苷酸、肌苷等)； ⑨维生素工业(维生素B2、维生素B12、维生素C等)； ⑩生理活性物质工业(激素、赤霉素等)；
⑾微生物菌体蛋白工业(酵母、单细胞蛋白、菌体活性饲料等)；
⑿医药工业(微生物基因工程菌发酵的新型医药产品，如乙肝疫苗、干扰素等)。
⒀微生物性功能食品发酵工业(低聚糖、真菌多糖、活性肽、活性微量元素、功能性不饱和脂肪酸等)；
⒁食品添加剂发酵工业(黄原胶、海藻糖、食用色素、Nisin等)；
⒂环境净化发酵工业(废水和污水的生物处理等)；生物能发酵工业(利用沼气、纤维素发酵生产酒精、乙烯、甲烷等)；
⒃冶金发酵工业(微生物探矿、采油和石油发酵脱硫等)。 2.2根据产品类型划分
依据最终发酵产品的类型，发酵工程技术的研究、开发、应用范围包括以下内容：
①微生物菌体的培养与发酵生产 属于食品发酵产品范围的有酵母菌、单细胞蛋白、螺旋藻、食用菌、活性乳酸菌和双歧杆菌等益生菌；涉及其他发酵产品范围的还有人畜用活菌疫苗、生物杀
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虫剂(杀鳞翅目、双翅目昆虫的苏云金芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌菌剂；防治松毛虫的白僵菌、绿僵菌菌剂)。特点：细胞的生长与产物积累成平行关系，生长速率最大时期也是产物合成速率最高阶段，生长稳定期产量最高。
②微生物酶的发酵生产 目前工业用酶大多来自微生物发酵产生的胞外酶或胞内酶，再经分离、提取、精制得到酶制剂(emzyme preparation)，酶制剂的种类主要有α-淀粉酶、β-淀粉酶、葡萄糖苷酶、支链淀粉酶、蔗糖酶、乳糖酶、葡萄糖异构酶、纤维素酶、碱性蛋白酶、酸性蛋白酶、中性蛋白酶、果胶酶、脂肪酶、凝乳酶、过氧化氢酶；还有某些用于医药生产和医疗检测的药用酶，如青霉素酰化酶、胆固醇氧化酶、葡萄糖氧化酶、氨基酰化酶；用于传统酿酒工业的各种酒曲的生产可看成是复合酶制剂的生产。现在已有很多酶制剂加工成固定化酶，使发酵工业和酶制剂的应用范围发生重大变化。生物合成特点：需要诱导作用，或遭受阻遏、抑制等调控作用的影响，在菌种选育、培养基配制以及发酵条件等方面需给予注意。
③微生物代谢产物的发酵生产 微生物的代谢产物有初级代谢产物、中间代谢产物、次级代谢产物，为了提高代谢产物的产量，需要对发酵微生物进行遗传特性的改造和代谢调控的研究。利用发酵工程技术生产的微生物代谢产物主要有氨基酸、核苷酸、维生素、有机酸、脂类、功能性食品活性成分、食品添加剂、有机溶剂、抗生素、生物能源物质（酒精、生物柴油、氢氧型微生物电池）、激素、生长素等。特点：各种次级代谢产物都是在微生物生长缓慢或停止生长时期即稳定期所产生的，来自于中间代谢产物和初级代谢产物。
④生物转化发酵 利用生物细胞中的一种或多种酶作用于某一底物的特定部位(基团)，使其转化为结构类似并具有更大经济价值的化合物的生化反应。生物转化的最终产物不是生物细胞利用营养物质经过代谢而产生，而是生物细胞中的酶或酶系作用于某一底物的特定部位(基团)，进行化学反应而形成。生物转化包括脱氢、氧化、脱水、缩合、脱羧、羟化、氨化、脱氨、异构化等。其特点是特异性强(反应的特异性强、结构位置的特异性强、立体的特异性强)、工艺简单、操作方便、条件温和、环境污染小。发酵工业中最重要的生物转化是高附加值化合物的生产，如结构类似的同族抗生素、类固醇、前列腺素的生产。
⑤微生物特殊机能的利用（微生物废水处理和其他）：利用微生物消除环境污染（生产生物可降解塑料聚羟基丁酯PHG）；利用微生物发酵保持生态平衡；微生物湿法冶金；利用基因工程菌株开拓发酵工程新领域。
四、发酵方法的类别与流程
1、类别
根据对氧的需要区分：厌氧和有氧发酵 根据培养基物理性状区分： 液体和固体发酵
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根据从微生物生长特性区分：分批发酵、补料分批发酵和连续发酵 2、流程
工艺过程：1）发酵原料的选择及预处理；2）微生物菌种的选育及扩大培养；3）发酵设备选择及工艺条件控制：常温、常压。种子扩大培养和发酵采用不同的工艺；4）发酵产物的分离提取；5）发酵废物的回收和利用。
五、发酵工业的现状与展望
1、发酵工业的发展现状
目前，全球发酵产品的年销售额在400亿美元左右，并以每年约7％～8％的速率增长。我国发酵行业生产企业有5000多家，主要发酵产品的年产值高达1300亿元。
发酵工程技术给人类社会生产力的发展带来了巨大的潜力涉及到解决人类所面临的食品与营养、健康与环境、资源与能源等重大问题。
人类社会经济发展的危机：随着人类社会经济发展，当前的能源结构、资源结构、环境状态已不能支撑现有的发展模式。特别重要的是随着煤、石油等能源的耗竭以及环境保护的急需，如果没有基于科技进步的大力开发，能源和资源将难以支撑人类社会进一步发展的目标。 传统的粗放型经济增长方式必定走到尽头，必需走资源节约型、环境友好型的道路。 2、发酵工业的应用前景
未来学家说：21世纪是生物技术世纪；
科学家预言： 21世纪世界即将在生物技术上取得重大突破，新世纪之初，科学方面的主要将在生物学、遗传学和医学、新型生物材料、能源、环境保护上有所突破；
经济学家则认为：21世纪20年代，生物经济将由目前的形成阶段进入成长阶段，即工业生产与商业开发阶段。
随着生物技术的发展，发酵工程的应用领域也在不断扩大，而且发酵工程技术的巨大进步也逐渐成为动植物细胞大规模培养产业化的技术基础。 发酵原料的更换也将使发酵工程发生重大变革。2000年以后，由于木质纤维素原料的大量应用，发酵工程将大规模生产通用化学品及能源，这样，发酵工程变得对人类更为重要。目前还在逐步应用的化工原料前体发酵技术，已使发酵工程成为生
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产某些化学品的不可替代的手段，诸如色氨酸的前体发酵，长链脂肪烃(十三正烷烃、十四正烷烃)发酵等，将使人类大规模应用色氨酸和长链二元酸成为可能。
发酵工程未来的发展趋向主要有以下几大方面：
①基因工程的发展为发酵工程带来新的活力。以基因工程为龙头，对传统发酵工业进行改造，提高发酵单位；或建立新型的发酵产业(主要针对医药生物技术产品而言)。如基因工程及细胞杂交技术在微生物育种上的应用，将使发酵用菌种达到前所未有的水平。
②新型发酵设备的研制为发酵工程提供先进工具。新型发酵设备主要指发酵罐，也可称为生物反应器。例如，固定化反应器是利用细胞或酶的固定化技术来生产发酵产品，提高产率。日本东京大学利用Methylosium trichosporium细菌，以甲烷做基质，采用生物反应器细胞固定化技术连续生产甲醇，产量大大提高。英国科学家设计一种“光生物反应器”培养水藻，通过光合作用将太阳能转化为生物量燃料，其转化率比一般农作物和树木要高得多。可使光合作用达到最佳程度，并可以从释放的气体中回收氢能。
③大型化、连续化、自动化控制技术的应用为发酵工程的发展拓展了新空间。现代生物技术的成功与发展，最重要的是取决于高效率、低能耗的生物反应过程，而它的高效率又取决于它的自动化，大大提高生产效率和产品质量，降低了成本，可更广泛地开拓发酵原料的来源和用途。生物反应器大型化为世界各发达国家所重视。发酵工厂不再是作坊式的而是 发展为规模庞大的现代化企业，使用了最大容量达到500t的发酵罐，常用的发酵罐容重达到20～120t。 ④强调代谢机理与调控研究，使微生物的发酵机能得到进一步开发。
⑤生态型发酵工业的兴起开拓了发酵的新领域。随着近代发酵工业的发展，越来起过去靠化学合成的产品，现在已全部或部分借助发酵方法来完成。也就是说，发酵法正毛渐代替化学工业的某些方面，如化妆品、添加剂、饲料的生产。有机化学合成方法与发酵生物合成方法关系更加密切，生物半合成或化学半合成方法应用到许多产品的工业生产中。微生物酶催化生物合成和化学合成相结合，使发酵产物通过化学修饰及化学结构改造进一步生产更多精细化工产品开拓一个全新的领域。
⑥再生资源的利用给人们带来了希望。随着工业的发展，人口增长和国民生活的改废弃物也日益增多，同时也造成环境污染。因此，对各类废弃物的治理和转化，变害为实现无害化、资源化和产业化就具有重要意义。发酵技术的应用达到此目标是完全可能近来，国外对纤维废料作为发酵工业的大宗原料引起重视。随着对纤维素水解的研究，取之不尽的纤维素资源代粮发酵生产各种产品和能源物质具有重要的现实意义。目前，对纤废料发酵生产酒精已取得重大进展。
六、《发酵工艺学》课程与专业学习的关系
现代发酵工程技术研究的内容可分为上游工程、下游工程和辅助工程三部分。其中，上 游工程技术包括：①物料的输送和原料的预处理；②发酵培养基的选择、制备和灭菌；③菌
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