第一章 绪 论 第一节 概述 工业发酵是利用微生物的生长和代谢活动来生产各种有用物质的一门现代工业，而现代 发酵工程则是指直接把微生物(或动植物细胞)应用于工业生产的一种技术体系，是在化学工 程中结合了微生物特点的一门学科。因而发酵工程有时也称作微生物工程。在本章中，我们 将对发酵的基本概念，工业上常用的微生物及其生长代谢特性，以及发酵工程原理作—简单 介绍。 一、基本概念 1，发酵一词的来源 发酵现象早巳被人们所认识，但了解它的本质却是近 200 年来的事。英语中发酵一词 fermentation 是从拉丁语 fervere 派生而来的，原意为“翻腾”，它描述酵母作用于果汁或麦 芽浸出液时的现象。沸腾现象是由浸出液中的糖在缺氧条件下降解而产生的二氧化碳所引起 的。在生物化学中把酵母的无氧呼吸过程称作发酵。我们现在所指的发酵早已赋予了不同的 含义。发酵是生命体所进行的化学反应和生理变化，是多种多样的生物化学反应根据生命体 本身所具有的遗传信息去不断分解合成，以取得能量来维持生命活动的过程。发酵产物是指 在反应过程当中或反应到达终点时所产生的能够调节代谢使之达到平衡的物质。实际上，发 酵也是呼吸作用的一种，只不过呼吸作用最终生成 CO2 和水，而发酵最终是获得各种不同 的代谢产物。因而，现代对发酵的定义应该是：通过微生物（或动植物细胞）的生长培养和 化学变化，大量产生和积累专门的代谢产物的反应过程。 2，发酵的定义 （1）狭义 “发酵”的定义 在生物化学或生理学上发酵是指微生物在无氧条件下，分解各种有机物质产生能量的一 种方式，或者更严格地说，发酵是以有机物作为电子受体的氧化还原产能反应。如葡萄糖在 无氧条件下被微生物利用产生酒精并放出二氧化碳。同时获得能量，丙酮酸被还原为乳酸而 获得能量等等。 （2）广义 “发酵”的定义 工业上所称的发酵是泛指利用生物细胞制造某些产品或净化环境的过程，它包括厌氧培 养的生产过程，如酒精、丙酮丁醇、乳酸等，以及通气（有氧）培养的生产过程，如抗生素、 氨基酸、酶制剂等的生产。产品即有细胞代谢产物，也包括菌体细胞、酶等。 3，发酵工程（Fermentation Engineering）的定义 应用微生物学等相关的自然科学以及工程学原理，利用微生物等生物细胞进行酶促转 化，将原料转化成产品或提供社会性服务的一门科学。 二、发酵的特点 发酵和其他化学工业的最大区别在于它是生物体所进行的化学反应。其主要特点如下： 1，发酵过程一般来说都是在常温常压下进行的生物化学反应，反应安全，要求条件也 比较简单。 2，发酵所用的原料通常以淀粉、糖蜜或其他农副产品为主，只要加入少量的有机和无 机氮源就可进行反应。微生物因不同的类别可以有选择地去利用它所需要的营养。基于这—
第一章 绪 论 第一节 概述 工业发酵是利用微生物的生长和代谢活动来生产各种有用物质的一门现代工业，而现代 发酵工程则是指直接把微生物(或动植物细胞)应用于工业生产的一种技术体系，是在化学工 程中结合了微生物特点的一门学科。因而发酵工程有时也称作微生物工程。在本章中，我们 将对发酵的基本概念，工业上常用的微生物及其生长代谢特性，以及发酵工程原理作—简单 介绍。 一、基本概念 1，发酵一词的来源 发酵现象早巳被人们所认识，但了解它的本质却是近 200 年来的事。英语中发酵一词 fermentation 是从拉丁语 fervere 派生而来的，原意为“翻腾”，它描述酵母作用于果汁或麦 芽浸出液时的现象。沸腾现象是由浸出液中的糖在缺氧条件下降解而产生的二氧化碳所引起 的。在生物化学中把酵母的无氧呼吸过程称作发酵。我们现在所指的发酵早已赋予了不同的 含义。发酵是生命体所进行的化学反应和生理变化，是多种多样的生物化学反应根据生命体 本身所具有的遗传信息去不断分解合成，以取得能量来维持生命活动的过程。发酵产物是指 在反应过程当中或反应到达终点时所产生的能够调节代谢使之达到平衡的物质。实际上，发 酵也是呼吸作用的一种，只不过呼吸作用最终生成 CO2 和水，而发酵最终是获得各种不同 的代谢产物。因而，现代对发酵的定义应该是：通过微生物（或动植物细胞）的生长培养和 化学变化，大量产生和积累专门的代谢产物的反应过程。 2，发酵的定义 （1）狭义 “发酵”的定义 在生物化学或生理学上发酵是指微生物在无氧条件下，分解各种有机物质产生能量的一 种方式，或者更严格地说，发酵是以有机物作为电子受体的氧化还原产能反应。如葡萄糖在 无氧条件下被微生物利用产生酒精并放出二氧化碳。同时获得能量，丙酮酸被还原为乳酸而 获得能量等等。 （2）广义 “发酵”的定义 工业上所称的发酵是泛指利用生物细胞制造某些产品或净化环境的过程，它包括厌氧培 养的生产过程，如酒精、丙酮丁醇、乳酸等，以及通气（有氧）培养的生产过程，如抗生素、 氨基酸、酶制剂等的生产。产品即有细胞代谢产物，也包括菌体细胞、酶等。 3，发酵工程（Fermentation Engineering）的定义 应用微生物学等相关的自然科学以及工程学原理，利用微生物等生物细胞进行酶促转 化，将原料转化成产品或提供社会性服务的一门科学。 二、发酵的特点 发酵和其他化学工业的最大区别在于它是生物体所进行的化学反应。其主要特点如下： 1，发酵过程一般来说都是在常温常压下进行的生物化学反应，反应安全，要求条件也 比较简单。 2，发酵所用的原料通常以淀粉、糖蜜或其他农副产品为主，只要加入少量的有机和无 机氮源就可进行反应。微生物因不同的类别可以有选择地去利用它所需要的营养。基于这—
特性，可以利用废水和废物等作为发酵的原料进行生物资源的改造和更新。 3，发酵过程是通过生物体的自动调节方式来完成的，反应的专一性强，因而可以得到 较为单—的代谢产物。 4，由于生物体本身所具有的反应机制，能够专一性地和高度选择性地对某些较为复杂 的化合物进行特定部位地氧化、还原等化学转化反应，也可以产生比较复杂的高分子化合物。 5，发酵过程中对杂菌污染的防治至关重要。除了必须对设备进行严格消毒处理和空气 过滤外，反应必须在无菌条件下进行。如果污染了杂菌，生产上就要遭到巨大的经济损失， 要是感染了噬菌体，对发酵就会造成更大的危害。因而维持无菌条件是发酵成败的关键。 6，微生物菌种是进行发酵的根本因素，通过变异和菌种筛选，可以获得高产的优良菌 株并使生产设备得到充分利用，也可以因此获得按常规方法难以生产的产品。 7，工业发酵与其他工业相比，投资少，见效快，开可以取得显著的经济效益。 基于以上特点，工业发酵日益引起人们重视。和传统的发酵工艺相比，现代发酵工程除 了上述的发酵特征之外更有其优越性。除了使用微生物外，还可以用动植物细胞和酶，也可 以用人工构建的“工程菌’来进行反应；反应设备也不只是常规的发酵罐，而是以各种各样 的生物反应器而代之，自动化连续化程度高，使发酵水平在原有基础上有所提高和和创新。 三、发酵的类型 根据发酵的特点和微生物对氧的不同需要，可以将发酵分成若干类型： 1，按发酵原料来区分：糖类物质发酵、石油发酵及废水发酵等类型。 2，按发酵产物来区分：如氨基酸发酵、有机酸发酵、抗生素发酵、酒精发酵、维生素 发酵等。 3，按发酵形式来区分，则有：固态发酵和深层液体发酵。 4，按发酵工艺流程区分则有：分批发酵、连续发酵和流加发酵。 5，按发酵过程中对氧的不同需求来分，一般可分为：厌氧发酵和通风发酵两大类型。 四、发酵过程的组成部分 1，发酵过程的组成 除某些转化过程外，典型的发酵过程可以划分成六个基本组成部分： （1）繁殖种子和发酵生产所用的培养基组份设定； （2）培养基、发酵罐及其附属设备的灭菌； （3）培养出有活性、适量的纯种，接种入生产的容器中； （4）微生物在最适合于产物生长的条件下，在发酵罐中生长； （5）产物萃取和精制； （6）过程中排出的废弃物的处理。 六个部分之间的关系如图所示。研究和发展计划，总是围绕着就逐步改善发酵的全面 效益而进行的。在建立发酵过程以前，首先要分离出产生菌，并改良菌种，使所产生的产物 符合工业要求。然后测定培养的需求，设计包括提取过程在内的工厂。以后的发展计划，包 括连续不断的改良菌种、培养基和提取过程 2，发酵过程示意图
特性，可以利用废水和废物等作为发酵的原料进行生物资源的改造和更新。 3，发酵过程是通过生物体的自动调节方式来完成的，反应的专一性强，因而可以得到 较为单—的代谢产物。 4，由于生物体本身所具有的反应机制，能够专一性地和高度选择性地对某些较为复杂 的化合物进行特定部位地氧化、还原等化学转化反应，也可以产生比较复杂的高分子化合物。 5，发酵过程中对杂菌污染的防治至关重要。除了必须对设备进行严格消毒处理和空气 过滤外，反应必须在无菌条件下进行。如果污染了杂菌，生产上就要遭到巨大的经济损失， 要是感染了噬菌体，对发酵就会造成更大的危害。因而维持无菌条件是发酵成败的关键。 6，微生物菌种是进行发酵的根本因素，通过变异和菌种筛选，可以获得高产的优良菌 株并使生产设备得到充分利用，也可以因此获得按常规方法难以生产的产品。 7，工业发酵与其他工业相比，投资少，见效快，开可以取得显著的经济效益。 基于以上特点，工业发酵日益引起人们重视。和传统的发酵工艺相比，现代发酵工程除 了上述的发酵特征之外更有其优越性。除了使用微生物外，还可以用动植物细胞和酶，也可 以用人工构建的“工程菌’来进行反应；反应设备也不只是常规的发酵罐，而是以各种各样 的生物反应器而代之，自动化连续化程度高，使发酵水平在原有基础上有所提高和和创新。 三、发酵的类型 根据发酵的特点和微生物对氧的不同需要，可以将发酵分成若干类型： 1，按发酵原料来区分：糖类物质发酵、石油发酵及废水发酵等类型。 2，按发酵产物来区分：如氨基酸发酵、有机酸发酵、抗生素发酵、酒精发酵、维生素 发酵等。 3，按发酵形式来区分，则有：固态发酵和深层液体发酵。 4，按发酵工艺流程区分则有：分批发酵、连续发酵和流加发酵。 5，按发酵过程中对氧的不同需求来分，一般可分为：厌氧发酵和通风发酵两大类型。 四、发酵过程的组成部分 1，发酵过程的组成 除某些转化过程外，典型的发酵过程可以划分成六个基本组成部分： （1）繁殖种子和发酵生产所用的培养基组份设定； （2）培养基、发酵罐及其附属设备的灭菌； （3）培养出有活性、适量的纯种，接种入生产的容器中； （4）微生物在最适合于产物生长的条件下，在发酵罐中生长； （5）产物萃取和精制； （6）过程中排出的废弃物的处理。 六个部分之间的关系如图所示。研究和发展计划，总是围绕着就逐步改善发酵的全面 效益而进行的。在建立发酵过程以前，首先要分离出产生菌，并改良菌种，使所产生的产物 符合工业要求。然后测定培养的需求，设计包括提取过程在内的工厂。以后的发展计划，包 括连续不断的改良菌种、培养基和提取过程 2，发酵过程示意图
典型的发酵过程示意图 3，发酵生产的条件 （1）某种适宜的微生物 （2）保证或控制微生物进行代谢的各种条件（培养基组成，温度，溶氧 pH 等） （3）进行微生物发酵的设备 （4）提取菌体或代谢产物，精制成产品的方法和设备 五，发酵工业范围 1，酿酒工业(啤酒、葡萄酒、白酒等) 2，食品工业(酱、酱油、醋、腐乳、面包、酸乳等) 3，有机溶剂发酵工业(酒精、丙酮、丁醇等) 4，抗生素发酵工业(青霉素、链霉素、土霉素等) 5，有机酸发酵工业(柠檬酸、葡萄糖酸等) 6，酶制剂发酵工业(淀粉酶、蛋白酶等) 7，氨基酸发酵工业(谷氨酸，赖氨酸等) 8，核苷酸类物质发酵工业(肌苷酸、肌苷等) 9，维生素发酵工业(维生素 C、维生素 B 等) 10，生理活性物质发酵工业(激素、赤霉素等) 11，微生物菌体蛋白发酵工业(酵母、单细胞蛋白等) 12，微生物环境净化工业(利用微生物处理废水、污水等) 13，生物能工业(沼气、纤维素等天然原料发酵生产酒精、乙烯等，能源物质) 14，微生物冶金工业(利用微生物探矿、冶金、石油脱硫等) 第二节 发酵产品的类型 工业上的发酵产品，有四个主要类别：
典型的发酵过程示意图 3，发酵生产的条件 （1）某种适宜的微生物 （2）保证或控制微生物进行代谢的各种条件（培养基组成，温度，溶氧 pH 等） （3）进行微生物发酵的设备 （4）提取菌体或代谢产物，精制成产品的方法和设备 五，发酵工业范围 1，酿酒工业(啤酒、葡萄酒、白酒等) 2，食品工业(酱、酱油、醋、腐乳、面包、酸乳等) 3，有机溶剂发酵工业(酒精、丙酮、丁醇等) 4，抗生素发酵工业(青霉素、链霉素、土霉素等) 5，有机酸发酵工业(柠檬酸、葡萄糖酸等) 6，酶制剂发酵工业(淀粉酶、蛋白酶等) 7，氨基酸发酵工业(谷氨酸，赖氨酸等) 8，核苷酸类物质发酵工业(肌苷酸、肌苷等) 9，维生素发酵工业(维生素 C、维生素 B 等) 10，生理活性物质发酵工业(激素、赤霉素等) 11，微生物菌体蛋白发酵工业(酵母、单细胞蛋白等) 12，微生物环境净化工业(利用微生物处理废水、污水等) 13，生物能工业(沼气、纤维素等天然原料发酵生产酒精、乙烯等，能源物质) 14，微生物冶金工业(利用微生物探矿、冶金、石油脱硫等) 第二节 发酵产品的类型 工业上的发酵产品，有四个主要类别：
1，以菌体为产品； 2，以微生物的酶为产品； 3，以微生物的代谢产物为产品； 4，将一个化合物经过发酵改造化学结构-生物转化过程。 这些过程的发展史，将在稍后予以讨论，但首先要对四类产品作简要的叙述。 一、菌体 工业生产的微生物体，可分为二种。一种是供制备面包用的酵母；另一种是作为人类 或动物的食物的微生物细胞（单细胞蛋白质）。早在 1900 年时，面包酵母已经形成大生产的 规模。作为人类食物的酵母生产，则是在第一次世界大战时在德国发展起来的。作为食用蛋 白质来源的微生物细胞的生产，直到 1960 年才作深入的研究。 二、微生物的酶 工业上，曾由植物、动物和微生物生产酶。微生物的酶可以用发酵技术大量生产，是 其最大的优点。而且与植物或动物相比，改进微生物的生产能力也方便得多。关于微生物的 酶的应用，列表总结于下表。从表中可以看出微生物的酶主要应用于食品及其有关工业中。 酶的生产是受到微生物本身严格控制。为改进酶的生产能力可以改变这些控制，如在培养基 中加入诱导物和采用菌株的诱变和筛选技术，以消除反馈阻遏作用。 近半人世纪以来，提纯结晶的酶制剂已在百种以上。例如，广泛用于食品加工、纤维脱 浆、葡萄糖生产的淀粉酶就是一种最常用的酶制剂，其他如可用于澄清果汁、精炼植物纤维 的果胶酶，以及在皮革加工，饲料添加剂等方面用途广泛的蛋白酶等，都是在工业和医药上 十分重要的酶制剂。此外，还有一些在医疗上作为诊断试剂或分析试剂用的特殊晦制剂也在 深入研究和应用。 三、微生物代谢产物 微生物的生长过程，可分为几个阶段。向培养基中接种菌种后，并不立即开始生长， 可能是个适应时期，这个阶段称为延缓期。然后细胞的生长率逐渐增加，而达到最大生长率， 并成为一个常数，这时称为对数成长期。接着细胞生长停滞进入所谓稳定期。随后，活细胞 数下降，培养液进入死亡期。除以动力学描述微生物的生长外，还可以按生长曲线中不同时 期所产生的产物来分期。在对数生长期中，所产生的产物，主要是供给细胞生长的物质，入 氨基酸、核苷酸、蛋白质、核酸、脂类和碳水化合物等。这些产物称为初级代谢产物。能产 生这些物质的生长阶段（相当于对数期）称为营养期（Trophophase）。 利用发酵生产的许多初级代谢产物，具有重大的经济意义，列表总结于下表中。野生 型的微生物所产生的初级代谢产物，只限于微生物本身的需要。工业微生物学家的任务是改 良野生型微生物并改善培养条件，以增进这些化合物的生产能力。 微生物的初级代谢产物及其在工业上的用途 初级代谢产物 用 途 乙醇 柠檬酸 丙酮和丁醇 谷氨酸 赖氨酸 核苷酸 含酒精饮料中的活性成份 与石油混合后，可作为汽车的燃料 食品工业与化学工业中多种用途 溶剂 调味品 食品添加剂 调味品
1，以菌体为产品； 2，以微生物的酶为产品； 3，以微生物的代谢产物为产品； 4，将一个化合物经过发酵改造化学结构-生物转化过程。 这些过程的发展史，将在稍后予以讨论，但首先要对四类产品作简要的叙述。 一、菌体 工业生产的微生物体，可分为二种。一种是供制备面包用的酵母；另一种是作为人类 或动物的食物的微生物细胞（单细胞蛋白质）。早在 1900 年时，面包酵母已经形成大生产的 规模。作为人类食物的酵母生产，则是在第一次世界大战时在德国发展起来的。作为食用蛋 白质来源的微生物细胞的生产，直到 1960 年才作深入的研究。 二、微生物的酶 工业上，曾由植物、动物和微生物生产酶。微生物的酶可以用发酵技术大量生产，是 其最大的优点。而且与植物或动物相比，改进微生物的生产能力也方便得多。关于微生物的 酶的应用，列表总结于下表。从表中可以看出微生物的酶主要应用于食品及其有关工业中。 酶的生产是受到微生物本身严格控制。为改进酶的生产能力可以改变这些控制，如在培养基 中加入诱导物和采用菌株的诱变和筛选技术，以消除反馈阻遏作用。 近半人世纪以来，提纯结晶的酶制剂已在百种以上。例如，广泛用于食品加工、纤维脱 浆、葡萄糖生产的淀粉酶就是一种最常用的酶制剂，其他如可用于澄清果汁、精炼植物纤维 的果胶酶，以及在皮革加工，饲料添加剂等方面用途广泛的蛋白酶等，都是在工业和医药上 十分重要的酶制剂。此外，还有一些在医疗上作为诊断试剂或分析试剂用的特殊晦制剂也在 深入研究和应用。 三、微生物代谢产物 微生物的生长过程，可分为几个阶段。向培养基中接种菌种后，并不立即开始生长， 可能是个适应时期，这个阶段称为延缓期。然后细胞的生长率逐渐增加，而达到最大生长率， 并成为一个常数，这时称为对数成长期。接着细胞生长停滞进入所谓稳定期。随后，活细胞 数下降，培养液进入死亡期。除以动力学描述微生物的生长外，还可以按生长曲线中不同时 期所产生的产物来分期。在对数生长期中，所产生的产物，主要是供给细胞生长的物质，入 氨基酸、核苷酸、蛋白质、核酸、脂类和碳水化合物等。这些产物称为初级代谢产物。能产 生这些物质的生长阶段（相当于对数期）称为营养期（Trophophase）。 利用发酵生产的许多初级代谢产物，具有重大的经济意义，列表总结于下表中。野生 型的微生物所产生的初级代谢产物，只限于微生物本身的需要。工业微生物学家的任务是改 良野生型微生物并改善培养条件，以增进这些化合物的生产能力。 微生物的初级代谢产物及其在工业上的用途 初级代谢产物 用 途 乙醇 柠檬酸 丙酮和丁醇 谷氨酸 赖氨酸 核苷酸 含酒精饮料中的活性成份 与石油混合后，可作为汽车的燃料 食品工业与化学工业中多种用途 溶剂 调味品 食品添加剂 调味品
多糖 维生素 食品工业 提高油类回收率 食品添加剂 有些微生物的稳定期培养物中所含有的化合物，并不在营养期时出现，而且未见到对细 胞代谢功能有明显的影响。这些化合物称为次级代谢产物。这个生长期（相当于稳定期）则 称为分化期（Idiophase）。只有在继续培养过程中，细胞处于不生长或缓慢生长状态时，才 能实现次级代谢。这一点是十分重要的。因此，推断微生物在天然环境中，是以相对低的速 率生长的；即在自然界中，是以分化期，而不是以营养期占优势。这是微生物在培养过程中 的另一个特性。初级代谢物与次级代谢物之间的关系见图。 从图中可见到次级代谢产物是由初级代谢的中间体和产物合成而得。图中的初级代谢途 径是极大多数微生物的常见途径。各种次级代谢产物，只是极少数几个微生物种才能合成的。 图中的次级代谢产物是由众多微生物所产生。当然，并不是所有微生物都能进行次级代谢。 通常，丝状菌、真菌以及产芽孢的细菌都能进行次级代谢，而肠道细菌则都不能。次级代谢 与初级代谢的微生物在分类学上的分布截然不同。产生菌细胞在产生次级代谢时的生理学规 律，曾经是重要的讨论主题。由于次级代谢产物在工业上的重要性，促使人们对微生物的注 意力超过了它们的产物。许多次级代谢物具有抗微生物活性，另一些则是某一特定酶的抑制 剂、生长促进剂或具有特殊药理作用。和初级代谢物一样，许多次级代谢产物的生产形成多 种形式的发酵过程。野生型微生物只能产生浓度很低的次级代谢物。它们的生物合成受到诱 导、降解物的阻遏和反馈系统的控制。 谷氨酸（C5N） 四、转化过程 1，定义 生物细胞或其产生的酶能将一种化合物转化成化学结构相似，但在经济上更有价值的
多糖 维生素 食品工业 提高油类回收率 食品添加剂 有些微生物的稳定期培养物中所含有的化合物，并不在营养期时出现，而且未见到对细 胞代谢功能有明显的影响。这些化合物称为次级代谢产物。这个生长期（相当于稳定期）则 称为分化期（Idiophase）。只有在继续培养过程中，细胞处于不生长或缓慢生长状态时，才 能实现次级代谢。这一点是十分重要的。因此，推断微生物在天然环境中，是以相对低的速 率生长的；即在自然界中，是以分化期，而不是以营养期占优势。这是微生物在培养过程中 的另一个特性。初级代谢物与次级代谢物之间的关系见图。 从图中可见到次级代谢产物是由初级代谢的中间体和产物合成而得。图中的初级代谢途 径是极大多数微生物的常见途径。各种次级代谢产物，只是极少数几个微生物种才能合成的。 图中的次级代谢产物是由众多微生物所产生。当然，并不是所有微生物都能进行次级代谢。 通常，丝状菌、真菌以及产芽孢的细菌都能进行次级代谢，而肠道细菌则都不能。次级代谢 与初级代谢的微生物在分类学上的分布截然不同。产生菌细胞在产生次级代谢时的生理学规 律，曾经是重要的讨论主题。由于次级代谢产物在工业上的重要性，促使人们对微生物的注 意力超过了它们的产物。许多次级代谢物具有抗微生物活性，另一些则是某一特定酶的抑制 剂、生长促进剂或具有特殊药理作用。和初级代谢物一样，许多次级代谢产物的生产形成多 种形式的发酵过程。野生型微生物只能产生浓度很低的次级代谢物。它们的生物合成受到诱 导、降解物的阻遏和反馈系统的控制。 谷氨酸（C5N） 四、转化过程 1，定义 生物细胞或其产生的酶能将一种化合物转化成化学结构相似，但在经济上更有价值的
化合物。转化反应是催化脱氢、氧化、羟化、缩合、脱羧、氨化、脱氨化或同分异构作用。 生物的转化反应比用特定的化学试剂有更多的优点。反应是在常温下进行，而且还不需要重 金属催化剂。将乙醇用微生物转化成乙酸，已是成熟的生产方法。微生物转化还可以生产更 有价值的化合物。如利用生物转化过程生产甾体、手性药物、抗生素和前列腺素。 转化发酵过程的奇特之处是先产生大量菌体，然后催化单一反应。一些最新型的过程， 是将全细胞或其中有催化作用的酶固定在惰性载体上。具有催化作用的固定化细胞可以反复 多次使用。 2，生物的转化反应的特点： （1）反应条件温和（30-40℃常压，水相反应）反应选择性高 （2）反应产物纯度高（包括光学纯） （3）反应底物简单便宜（一般无毒、不易燃） （4）反应收率主要取决于菌种的性能 （5）设备简单 五、发酵产品的应用领域 1，食品 2，医药 3，轻工 4，化工 5，农业 6，环保 7，冶金 8，高技术研究 第三节 发酵工程的地位 1，是生物工程重要的组成部分 现代生物工程包括 （1）发酵工程(Fermentation engineering)（2）酶工程(蛋白质工程)(Enzyme engineering & Protein engineering) （3）基因工程 (Genetic engineering) （4）细胞工程 (Cell engineering)2，是生物工程中其他技术产业化表达的重要手段 基因工程菌 动植物细胞培养 3，生命科学研究的对象或载体 第四节 发酵工业的发展史 一、国外发酵工业的发展概况 发酵工业的发展史，可以划分成五个阶段。在 19 世纪以前是第一个阶段。当时只限于 含酒精饮料和醋的生产。虽然在古埃及已经能酿造啤酒，但一直到 17 世纪才能在容量为 1500 桶（一桶相当于 110 升）的木质大桶中进行第一次真正的大规模酿造。即使在早期的酿造中， 也尝试对过程的控制。历史记载，在 1757 年已应用温度计；在 1801 年就有了原始的热交换 器。在 18 世纪中期，Cagniard-Latour, Schwann 和 Kutzing 分别证实了酒精发酵中的酵母活 动规律。Paster 最终使科学界信服在发酵过程中酵母所遵循的规律。在 18 世纪后期，Hansen
化合物。转化反应是催化脱氢、氧化、羟化、缩合、脱羧、氨化、脱氨化或同分异构作用。 生物的转化反应比用特定的化学试剂有更多的优点。反应是在常温下进行，而且还不需要重 金属催化剂。将乙醇用微生物转化成乙酸，已是成熟的生产方法。微生物转化还可以生产更 有价值的化合物。如利用生物转化过程生产甾体、手性药物、抗生素和前列腺素。 转化发酵过程的奇特之处是先产生大量菌体，然后催化单一反应。一些最新型的过程， 是将全细胞或其中有催化作用的酶固定在惰性载体上。具有催化作用的固定化细胞可以反复 多次使用。 2，生物的转化反应的特点： （1）反应条件温和（30-40℃常压，水相反应）反应选择性高 （2）反应产物纯度高（包括光学纯） （3）反应底物简单便宜（一般无毒、不易燃） （4）反应收率主要取决于菌种的性能 （5）设备简单 五、发酵产品的应用领域 1，食品 2，医药 3，轻工 4，化工 5，农业 6，环保 7，冶金 8，高技术研究 第三节 发酵工程的地位 1，是生物工程重要的组成部分 现代生物工程包括 （1）发酵工程(Fermentation engineering)（2）酶工程(蛋白质工程)(Enzyme engineering & Protein engineering) （3）基因工程 (Genetic engineering) （4）细胞工程 (Cell engineering)2，是生物工程中其他技术产业化表达的重要手段 基因工程菌 动植物细胞培养 3，生命科学研究的对象或载体 第四节 发酵工业的发展史 一、国外发酵工业的发展概况 发酵工业的发展史，可以划分成五个阶段。在 19 世纪以前是第一个阶段。当时只限于 含酒精饮料和醋的生产。虽然在古埃及已经能酿造啤酒，但一直到 17 世纪才能在容量为 1500 桶（一桶相当于 110 升）的木质大桶中进行第一次真正的大规模酿造。即使在早期的酿造中， 也尝试对过程的控制。历史记载，在 1757 年已应用温度计；在 1801 年就有了原始的热交换 器。在 18 世纪中期，Cagniard-Latour, Schwann 和 Kutzing 分别证实了酒精发酵中的酵母活 动规律。Paster 最终使科学界信服在发酵过程中酵母所遵循的规律。在 18 世纪后期，Hansen
在 Calsberg 酿造厂中开始其开拓工作。他建立了酵母单细胞分离和繁殖，提供纯种培养技术， 并为生产的初始培养形成一套复杂的技术。在英国麦酒酿造中并未运用纯种培养。确切地说， 许多小型的传统麦酒酿造过程，至尽仍在使用混合酵母。 醋的生产，原先是在浅层容器中进行，或是在未充满啤酒的木桶中，将残留的酒经缓 慢氧化而生产醋，并散发出一种天然香味。认识了空气在制醋过程中重要性后，终于发明了 “发生器”。在发生器中，填充惰性物质（如焦碳、煤和各种木刨花），酒从上面缓慢滴下。 可以将醋发生器视作第一个需氧发生器。在 18 世纪末到 19 世纪初，基础培养基是用巴氏灭 菌法处理，然后接种 10%优质醋使呈酸性，可防治染菌污染。这样就成为一个良好的接种 材料。在 20 世纪初，在酿酒和制醋工业中已建立起过程控制的概念。 在 1900 年到 1940 年间，主要的新产品是酵母、甘油、柠檬酸、乳酸、丁醇和丙酮。 其中面包酵母和有机熔剂的发酵有十分重大进展。面包酵母的生产是需氧过程。酵母在丰富 养料中快速生长，使培养液中的氧耗尽。在减少菌体生长的同时形成乙醇。限制营养物的初 始浓度，使细胞生长宁可受到碳源的限制，而不使受到缺氧的影响；然后在培养过程中加入 少量养料。这个技术现在成为分批补料培养法，已广泛应用于发酵工业中，以防止出现缺氧 现象；并且还将早期使用的向酵母培养液中通入空气的方法，改进为经由空气分布管进入培 养液。空气分布管可以用蒸汽进行冲刷。 在第一次世界大战时，Weizmann 开拓了丁醇丙酮发酵，并建立了真正的无杂菌发酵。 所用的过程，至今还可以认为是一个在较少的染菌机会下提供良好接种材料和符合卫生标准 的方法。虽然丁醇丙酮发酵是厌氧的，但在发酵早期还是容易受到需氧菌的污染；而在后期 的厌氧条件下，也会受到产酸的厌氧菌的污染。发酵器是由低碳钢制成的具有半圆形的顶和 底的圆桶。它可以在压力下进行蒸汽灭菌而使杂菌污染减少到最低限度。但是，使用 200M3 容积的发酵器，使得在接种物的扩大和保持无杂菌状态都带来困难。1940 年代的有机溶剂 发酵技术发展，是发酵技术的主要进展。同时，也为成功地进行无杂菌需氧过程铺平道路。 第三期发酵工业的进展，是按战时的需要，在纯种培养技术下，以深层培养生产青霉 素。青霉素的生产是在需氧过程中进行，它极易受到杂菌的污染。虽然已从溶剂发酵中获得 很有价值的知识，然而还要解决向培养基中通入大量无菌空气和高粘度培养液的搅拌问题。 早期青霉素生产与溶剂发酵的不同点还在于青霉素生产能力极低，因而促进了菌株改良的进 程，并对以后的工业起着重要的作用。由于实验工厂的崛起，使发酵工业得到进一步的发展， 它可以在半生产规模中试验新技术。与此同时，大规模回收青霉素的萃取过程，也是另一大 进展。在这一时期中，发酵技术有重大的变化，因而有可能建立许多新的过程，包括其他抗 生素、赤霉素、氨基酸、酶和甾体的转化。 在 60 年代初期，许多跨国公司决定研究生产微生物细胞作为饲料蛋白质的来源，推动 了技术进展。这一时期，可视作发酵工业的第四阶段。最大的有机械搅拌发酵罐的容积，已 经从第三阶段时的 80M3 扩大到 150M3。由于微生物蛋白质的售价较低，所以必需比其他发 酵产品的生产规模更大些。如以烃为碳源，则在发酵时对氧的需求量增加，因而不需要机械 搅拌的高压喷射和强制循环的发酵罐应运而生。这种过程如果进行连续操作，则更为经济。 这个阶段中，工业上普遍采用分批培养和分批补料培养法。连续发酵是向发酵罐中连续注入 新鲜培养基，以促使微生物连续生长，并不断从中取出部分培养液，它在大工业中的应用极 为有限。与此同时，酿造业中也研究连续发酵的潜力，但在工业中应用的时间极短。如 ICI 公司还在使用 3000M3 规模连续强制循环发酵罐。超大型的连续发酵的操作周期已可超过 100 天，其问题是染菌。严重性已大大超过 1940 年代的抗生素生产。这类发酵罐的灭菌， 是通过下列手段而达到的：即高度标准化的发酵罐结构、料液的连续灭菌和利用电脑控制灭 菌和操作周期，以最大限度地减少人工操作的差错。 发酵工业发展史中的第五阶段，是以在体外完成微生物基因操作，即通常称为基因工
在 Calsberg 酿造厂中开始其开拓工作。他建立了酵母单细胞分离和繁殖，提供纯种培养技术， 并为生产的初始培养形成一套复杂的技术。在英国麦酒酿造中并未运用纯种培养。确切地说， 许多小型的传统麦酒酿造过程，至尽仍在使用混合酵母。 醋的生产，原先是在浅层容器中进行，或是在未充满啤酒的木桶中，将残留的酒经缓 慢氧化而生产醋，并散发出一种天然香味。认识了空气在制醋过程中重要性后，终于发明了 “发生器”。在发生器中，填充惰性物质（如焦碳、煤和各种木刨花），酒从上面缓慢滴下。 可以将醋发生器视作第一个需氧发生器。在 18 世纪末到 19 世纪初，基础培养基是用巴氏灭 菌法处理，然后接种 10%优质醋使呈酸性，可防治染菌污染。这样就成为一个良好的接种 材料。在 20 世纪初，在酿酒和制醋工业中已建立起过程控制的概念。 在 1900 年到 1940 年间，主要的新产品是酵母、甘油、柠檬酸、乳酸、丁醇和丙酮。 其中面包酵母和有机熔剂的发酵有十分重大进展。面包酵母的生产是需氧过程。酵母在丰富 养料中快速生长，使培养液中的氧耗尽。在减少菌体生长的同时形成乙醇。限制营养物的初 始浓度，使细胞生长宁可受到碳源的限制，而不使受到缺氧的影响；然后在培养过程中加入 少量养料。这个技术现在成为分批补料培养法，已广泛应用于发酵工业中，以防止出现缺氧 现象；并且还将早期使用的向酵母培养液中通入空气的方法，改进为经由空气分布管进入培 养液。空气分布管可以用蒸汽进行冲刷。 在第一次世界大战时，Weizmann 开拓了丁醇丙酮发酵，并建立了真正的无杂菌发酵。 所用的过程，至今还可以认为是一个在较少的染菌机会下提供良好接种材料和符合卫生标准 的方法。虽然丁醇丙酮发酵是厌氧的，但在发酵早期还是容易受到需氧菌的污染；而在后期 的厌氧条件下，也会受到产酸的厌氧菌的污染。发酵器是由低碳钢制成的具有半圆形的顶和 底的圆桶。它可以在压力下进行蒸汽灭菌而使杂菌污染减少到最低限度。但是，使用 200M3 容积的发酵器，使得在接种物的扩大和保持无杂菌状态都带来困难。1940 年代的有机溶剂 发酵技术发展，是发酵技术的主要进展。同时，也为成功地进行无杂菌需氧过程铺平道路。 第三期发酵工业的进展，是按战时的需要，在纯种培养技术下，以深层培养生产青霉 素。青霉素的生产是在需氧过程中进行，它极易受到杂菌的污染。虽然已从溶剂发酵中获得 很有价值的知识，然而还要解决向培养基中通入大量无菌空气和高粘度培养液的搅拌问题。 早期青霉素生产与溶剂发酵的不同点还在于青霉素生产能力极低，因而促进了菌株改良的进 程，并对以后的工业起着重要的作用。由于实验工厂的崛起，使发酵工业得到进一步的发展， 它可以在半生产规模中试验新技术。与此同时，大规模回收青霉素的萃取过程，也是另一大 进展。在这一时期中，发酵技术有重大的变化，因而有可能建立许多新的过程，包括其他抗 生素、赤霉素、氨基酸、酶和甾体的转化。 在 60 年代初期，许多跨国公司决定研究生产微生物细胞作为饲料蛋白质的来源，推动 了技术进展。这一时期，可视作发酵工业的第四阶段。最大的有机械搅拌发酵罐的容积，已 经从第三阶段时的 80M3 扩大到 150M3。由于微生物蛋白质的售价较低，所以必需比其他发 酵产品的生产规模更大些。如以烃为碳源，则在发酵时对氧的需求量增加，因而不需要机械 搅拌的高压喷射和强制循环的发酵罐应运而生。这种过程如果进行连续操作，则更为经济。 这个阶段中，工业上普遍采用分批培养和分批补料培养法。连续发酵是向发酵罐中连续注入 新鲜培养基，以促使微生物连续生长，并不断从中取出部分培养液，它在大工业中的应用极 为有限。与此同时，酿造业中也研究连续发酵的潜力，但在工业中应用的时间极短。如 ICI 公司还在使用 3000M3 规模连续强制循环发酵罐。超大型的连续发酵的操作周期已可超过 100 天，其问题是染菌。严重性已大大超过 1940 年代的抗生素生产。这类发酵罐的灭菌， 是通过下列手段而达到的：即高度标准化的发酵罐结构、料液的连续灭菌和利用电脑控制灭 菌和操作周期，以最大限度地减少人工操作的差错。 发酵工业发展史中的第五阶段，是以在体外完成微生物基因操作，即通常称为基因工
程而开始的。基因工程不仅能在不相关的生物间转移基因，而且还可以很精确地对一个生物 的基因组进行交换。因而可以赋予微生物细胞具有生产较高等生物细胞所产生的化合物的能 力。由此形成新型的发酵过程，如胰岛素和干扰素的生产，使工业微生物所产生的化合物超 出了原有微生物的范围。为了进一步提高工业微生物常规产品的生产能力，也可采用基因操 作技术。确信基因操作技术将引起发酵工业的革命，并出现大量新型过程。但是要开拓新的 过程，还是要依靠大量细胞培养技术，它曾经从酵母和熔剂发酵开始，经由抗生素发酵，而 到大规模连续菌体培养。 二、国外发酵工业的发展趋势 1，一是生物转化（或生物合成）技术成为国外著名化学公司 争夺的热点，并逐步从医药领域逐渐向化工领域转移，使传统的以石油为原料的化学工业发 生变化，向条件温和、以可再生资源为原料的生物加工过程转移。许多著名的老牌化学工业 公司已变成了以生物技术为主的大公司，如孟山都公司，1997 年由生物技术生产的销售额 已占其总销售额的 70％以 02 年生物技术产品的销售额将占其公司总销售额的 20％。 2，二是生物催化合成已成为化学品合成的支柱之一。利用生物催化合成化学品不但具 有条件温和、转化率高的优点，而且可以合成手性化合物及高分子。手性化合物是国外目前 生物技术的主要生产产品。应用手性技术的最多的是制药领域，包括手性药物制剂，手性原 料和手性中间体。 乙醛酸是合成香兰素和许多中间体的重要原料，乙醛酸目前主要采用化学法生产。化学 法工艺的主要问题是反应条件苛刻、乙醛酸转化率低、环境污染严重。1995 年日本天野制 药公司申请了第一个双酶法生产乙醛酸的工艺。1995 年底美国杜邦公司申请了基因工程菌 方法生产乙醛酸的专利，乙醛酸的转化率达 100％。 3，三是利用生物技术生产有特殊功能、性能、用途或环境友好的化工新材料，是化学
程而开始的。基因工程不仅能在不相关的生物间转移基因，而且还可以很精确地对一个生物 的基因组进行交换。因而可以赋予微生物细胞具有生产较高等生物细胞所产生的化合物的能 力。由此形成新型的发酵过程，如胰岛素和干扰素的生产，使工业微生物所产生的化合物超 出了原有微生物的范围。为了进一步提高工业微生物常规产品的生产能力，也可采用基因操 作技术。确信基因操作技术将引起发酵工业的革命，并出现大量新型过程。但是要开拓新的 过程，还是要依靠大量细胞培养技术，它曾经从酵母和熔剂发酵开始，经由抗生素发酵，而 到大规模连续菌体培养。 二、国外发酵工业的发展趋势 1，一是生物转化（或生物合成）技术成为国外著名化学公司 争夺的热点，并逐步从医药领域逐渐向化工领域转移，使传统的以石油为原料的化学工业发 生变化，向条件温和、以可再生资源为原料的生物加工过程转移。许多著名的老牌化学工业 公司已变成了以生物技术为主的大公司，如孟山都公司，1997 年由生物技术生产的销售额 已占其总销售额的 70％以 02 年生物技术产品的销售额将占其公司总销售额的 20％。 2，二是生物催化合成已成为化学品合成的支柱之一。利用生物催化合成化学品不但具 有条件温和、转化率高的优点，而且可以合成手性化合物及高分子。手性化合物是国外目前 生物技术的主要生产产品。应用手性技术的最多的是制药领域，包括手性药物制剂，手性原 料和手性中间体。 乙醛酸是合成香兰素和许多中间体的重要原料，乙醛酸目前主要采用化学法生产。化学 法工艺的主要问题是反应条件苛刻、乙醛酸转化率低、环境污染严重。1995 年日本天野制 药公司申请了第一个双酶法生产乙醛酸的工艺。1995 年底美国杜邦公司申请了基因工程菌 方法生产乙醛酸的专利，乙醛酸的转化率达 100％。 3，三是利用生物技术生产有特殊功能、性能、用途或环境友好的化工新材料，是化学
工业发展的一个重要趋势。它具有原料来源广、制备简单、质量好及环境污染少等优点，特 别是利用生物技术可生产一些用化学方法无法生产或生产成本高以及对环境产生不良影响 的新型材料，如丙烯酰胺、壳聚糖等。 目前国外许多大公司如杜邦、孟山都在生物新材料研究上投入了大量的人力和物力。可 以预见生物技术新材料的研究和开发不但具有较好的经济效益，而且对环境治理及社会发展 具有十分重要的推动作用。 采用传统化学法由丙烯腈合成的丙烯酰胺，转化率仅为 97％～98％。而采用生物法即 采用丙烯腈水合酶催化合成，丙烯酰胺转化率达 99.99％以上，比化学法成本低 10％以上。 丙烯酰胺生产自 20 世纪 80 年代在日本实现了生物法合成工业化后，成本和产品纯度都优于 化学法。 单甘油酯是一种重要的表面活性剂，目前主要为化学法生产。化学法工艺有以下缺点： 需在高温条件下反应，能源消耗大；高温导致油脂的降解，产生深褐色和焦糊味；需要分子 精馏分离单甘酯和二甘酯。国外如日本及德国在 20 世纪 90 年代开发了酶法生产单甘酯新工 艺，单甘酯产率达 80％，目前已达到生产规模。生物酶法生产单甘酯比化学法的专一性高， 大大地简化了后提取工艺，降低了生产成本。 传统的高分子都是用化学聚合方法进行的，近几年，开始采用生物方法生产功能高分子， 特别是生物可降解高分子的生产。许多生物功能材料都是由生物发酵法生产的，如透明质酸、 黄原胶等目前都已实现了发酵法生产。 利用酶法生产的氨基酸有很多，如天门冬氨酸是生物化工技术在石油化工中应用的又一 个成功例子，比化学法具有明显的优点。利用顺酐和富马酸等为原料经化学法生产天门冬氨 酸转化率仅为 80％～85％，而采用酶法生产，天门冬氨酸的转化率可达 99％以上。 四、国内发酵工业的发展概况 我国传统发酵历史悠久，在《黄帝内经素向》、 《汤液醪醴论》里，已有酿酒的记载。 白酒的起源，当在元朝以前，尚待考证。酱油的酿造，当始自周朝。在汉武帝时代开始有了 葡萄酒，距今已有两千多年的历史。 数千年来由于科学技术进步缓慢，各种微生物工业也未能充分发展。直到 20 世纪中期 才建立了一系列新的微生物工业。近几年来，由于生物新技术的应用，发酵工业开始进入新 的发展时期。 1，白酒中国的酿酒业，距今已有数千年的历史渊源。白酒是我国特有的、具有悠久历 史的传统酒种。1949 年新中国成立时，我国白酒的产量只有 10.8 万 t。1996 年，我国白酒 产量达到历史高峰，总量达到 801.30 万 t。目前，我国白酒的产量为 400 余吨。规模较大的 有五粮液、茅台、泸州老窖、剑南春、汾酒、古井。六家公司占据约 10％的市场份额，销 售收入占整个行业的 37.9％。2，黄酒黄酒是我国最古老的酒种，早在夏、商、周三代就已 经大量生产了，并流传至今，据史料记载已有 6000 年左右了。目前年产量为 130 万吨左右。 3，啤酒 1900 年我国最早的啤酒厂于哈尔滨建成。1915 年国人投资的双合盛啤酒厂建 成。1949 年啤酒产量仅七千余吨，1981 年增至 91 万吨，工厂 205 家。经过近 20 年的竞争， 中国啤酒业从“小国寡民”的“春秋时代”，进入到诸侯割据、群雄逐鹿的“战国时代”。2001 年 产量达到 2200 万吨左右。步入新世纪后，战国纷争的格局又逐渐演变成青啤、燕京、华润“三 强”鼎立的态势。 1903 年由英德商人合办的“青岛啤酒”，具有 90 多年的啤酒酿造历史，主要致力于高档 啤酒的开发。选用峻山泉水酿造而成的“青岛啤酒”，不仅在大陆拥有众多的消费者，而且还 销往港澳、美国市场，啤酒出口量超过全国出口的 50％，是中国最有知名度的啤酒，曾连 续多次获得国内国际大奖。 地处北京的“燕京啤酒”，是中国啤酒行业的一匹黑马。1981 年在顺义县以 1 万吨的年
工业发展的一个重要趋势。它具有原料来源广、制备简单、质量好及环境污染少等优点，特 别是利用生物技术可生产一些用化学方法无法生产或生产成本高以及对环境产生不良影响 的新型材料，如丙烯酰胺、壳聚糖等。 目前国外许多大公司如杜邦、孟山都在生物新材料研究上投入了大量的人力和物力。可 以预见生物技术新材料的研究和开发不但具有较好的经济效益，而且对环境治理及社会发展 具有十分重要的推动作用。 采用传统化学法由丙烯腈合成的丙烯酰胺，转化率仅为 97％～98％。而采用生物法即 采用丙烯腈水合酶催化合成，丙烯酰胺转化率达 99.99％以上，比化学法成本低 10％以上。 丙烯酰胺生产自 20 世纪 80 年代在日本实现了生物法合成工业化后，成本和产品纯度都优于 化学法。 单甘油酯是一种重要的表面活性剂，目前主要为化学法生产。化学法工艺有以下缺点： 需在高温条件下反应，能源消耗大；高温导致油脂的降解，产生深褐色和焦糊味；需要分子 精馏分离单甘酯和二甘酯。国外如日本及德国在 20 世纪 90 年代开发了酶法生产单甘酯新工 艺，单甘酯产率达 80％，目前已达到生产规模。生物酶法生产单甘酯比化学法的专一性高， 大大地简化了后提取工艺，降低了生产成本。 传统的高分子都是用化学聚合方法进行的，近几年，开始采用生物方法生产功能高分子， 特别是生物可降解高分子的生产。许多生物功能材料都是由生物发酵法生产的，如透明质酸、 黄原胶等目前都已实现了发酵法生产。 利用酶法生产的氨基酸有很多，如天门冬氨酸是生物化工技术在石油化工中应用的又一 个成功例子，比化学法具有明显的优点。利用顺酐和富马酸等为原料经化学法生产天门冬氨 酸转化率仅为 80％～85％，而采用酶法生产，天门冬氨酸的转化率可达 99％以上。 四、国内发酵工业的发展概况 我国传统发酵历史悠久，在《黄帝内经素向》、 《汤液醪醴论》里，已有酿酒的记载。 白酒的起源，当在元朝以前，尚待考证。酱油的酿造，当始自周朝。在汉武帝时代开始有了 葡萄酒，距今已有两千多年的历史。 数千年来由于科学技术进步缓慢，各种微生物工业也未能充分发展。直到 20 世纪中期 才建立了一系列新的微生物工业。近几年来，由于生物新技术的应用，发酵工业开始进入新 的发展时期。 1，白酒中国的酿酒业，距今已有数千年的历史渊源。白酒是我国特有的、具有悠久历 史的传统酒种。1949 年新中国成立时，我国白酒的产量只有 10.8 万 t。1996 年，我国白酒 产量达到历史高峰，总量达到 801.30 万 t。目前，我国白酒的产量为 400 余吨。规模较大的 有五粮液、茅台、泸州老窖、剑南春、汾酒、古井。六家公司占据约 10％的市场份额，销 售收入占整个行业的 37.9％。2，黄酒黄酒是我国最古老的酒种，早在夏、商、周三代就已 经大量生产了，并流传至今，据史料记载已有 6000 年左右了。目前年产量为 130 万吨左右。 3，啤酒 1900 年我国最早的啤酒厂于哈尔滨建成。1915 年国人投资的双合盛啤酒厂建 成。1949 年啤酒产量仅七千余吨，1981 年增至 91 万吨，工厂 205 家。经过近 20 年的竞争， 中国啤酒业从“小国寡民”的“春秋时代”，进入到诸侯割据、群雄逐鹿的“战国时代”。2001 年 产量达到 2200 万吨左右。步入新世纪后，战国纷争的格局又逐渐演变成青啤、燕京、华润“三 强”鼎立的态势。 1903 年由英德商人合办的“青岛啤酒”，具有 90 多年的啤酒酿造历史，主要致力于高档 啤酒的开发。选用峻山泉水酿造而成的“青岛啤酒”，不仅在大陆拥有众多的消费者，而且还 销往港澳、美国市场，啤酒出口量超过全国出口的 50％，是中国最有知名度的啤酒，曾连 续多次获得国内国际大奖。 地处北京的“燕京啤酒”，是中国啤酒行业的一匹黑马。1981 年在顺义县以 1 万吨的年
产量起步，到 2000 年增至 141 万吨，跃居全国第二。在北京市场的占有率为 85％，天津市 场的占有率为 25％。2000 年“燕京啤酒”商标价值已达 45.69 亿元。 沈阳华润是一家有着浓厚外资背景的啤酒企业，资金实力较为雄厚，目前已在全国收购 了沈阳雪花、四川蓝剑等 24 家啤酒企业，年生产能力一举超过 200 万吨，远远将珠江啤酒 抛至身后，成为行业老三。前不久，华润啤酒将总部从沈阳迁至北京。华润的最大股东香港 华润集团是香港最大的中资企业，旗下 5 家上市公司，总资产高达 600 亿港元另一股东系全 球第四大啤酒厂商南非国际酿酒集团（SAB），有着世界最先进的啤酒酿造技术和行销经验。 资本、技术和行销优势的迅速整合，无疑会加速华润啤酒在中国市场拓展的步伐。 4，葡萄酒 1892 年华侨张弼士在烟台建立酿酒公司，这是我国第一个新型的葡萄酒酿造 厂。目前我国葡萄酒工厂已有近八十家。2003 年葡萄酒年产量约 34 万吨。年产万吨以上的 有张裕、王朝、华夏、长城、新天酒业、柳河绿源、烟台威龙、烟台中梁。八家公司占据约 60％的市场份额，销售收入占整个行业的 78.4％。5，酱油和醋早在三千年前便已掌握了酱 油和醋发酵的技法，数千年来一直沿用自然发酵法，直到 20 世纪后才开始采用纯种培养培 养技术生产，目前设备及酿造方法逐步实现了现代化酱油年产量约为 450 万吨，已居世界首 位醋年产量约为 250 万吨。 6，酒精二十世纪初期，外商在东北设立哈尔滨和阿城两个酒精厂；1922 年山东溥益酒 精厂成立，为第一个由国人设立的酒精厂。1934 年华侨投资在上海浦东设立中国酒精厂， 当时号称远东第一大型酒精厂。酒精年产量解放前仅 1 万吨左右。2003 年酒精产量约为 250 万吨左右。7，酶制剂 1964 年才在无锡建立了第一个酶制剂工厂。目前有酶制剂生产厂家 40 家左右，其中万吨以上，销售额 2000 万以上有 8 家，其余均在万吨以下。目前的年产量 为 22 万吨左右。8，柠檬酸 1953 年我国曾进行浅盘发酵制柠檬酸的中型生产。1965 年前后 由上海酵母厂首先采用深层发酵法，由薯干直接发酵生产柠檬酸。生产能力为 56 万 t/a，实 际产量达 35 万 t/a 左右，出口量居世界第一位。9，微生物制药在上海建立了第一个抗生素 工厂(即后来的上海第三制药厂)，以生产青霉素为主。1958 年我国最大的抗生素工厂——华 北制药厂亦正式投入生产。10，味精 1964 年我国谷氨酸发酵研究成功，首先在上海投入生 产。味精生产万吨以上产量的工厂有 17 家。最大规模是周口莲花味精集团公司，年产 12 万吨。目前年产量 130 多万吨。11，基因工程产品我国已经开发成功了２１种基因工程药物 和疫苗，世界上销售额排名前１０位的基因工程药物和疫苗，我国已能生产８种。12，细胞 工程产品紫草、三七等等植物细胞已可在发酵罐种大规模培养。我国的传统中药涉及 5000 种左右植物，细胞培养是中药资源开发的一个重要方面。五、我国发酵工业的主要进步 1， 发酵产品增长快、质量明显提高，在国民经济中起重要作用 新型发酵工业：年产量 115 万吨；产值 150 亿；利税 50 亿。酿酒工业（不包括酒精）： 年产量 2000 万吨左右；产值 450 亿；利税 120 亿。 2，科技进步，技术水平提高 例如：糖化酶的发酵液酶活力由 7000u／ml 提高至 30000-40000u／ml；味精和柠檬酸 三个主要指标：产酸率、转化率和提取率提高 5%左右。 3，积极开发新产品 特鲜味精；无水柠檬酸、柠檬酸盐；高温α-淀粉酶；纤维素酶；β -葡聚糖酶；异淀 粉酶等酶制剂；L-苹果酸；L-乳酸；衣康酸；黄原胶; 功能性发酵制品: r-亚麻酸；冬虫夏草；蘑菇、灵芝多糖; 活性肽；红曲色素, 低聚异麦 芽糖、果糖、半乳糖、木糖；海藻糖等等。六、与国际先进水平的差距虽然我国发酵工业取 得了长足的发展，但总体水平与先进国家相比还是有较大差距，主要表现在： 1，多数工厂规模小、效益低 味精生产万吨以上产量的工厂有 17 家，其余都在万吨以下，最大规模是周口莲花味精
产量起步，到 2000 年增至 141 万吨，跃居全国第二。在北京市场的占有率为 85％，天津市 场的占有率为 25％。2000 年“燕京啤酒”商标价值已达 45.69 亿元。 沈阳华润是一家有着浓厚外资背景的啤酒企业，资金实力较为雄厚，目前已在全国收购 了沈阳雪花、四川蓝剑等 24 家啤酒企业，年生产能力一举超过 200 万吨，远远将珠江啤酒 抛至身后，成为行业老三。前不久，华润啤酒将总部从沈阳迁至北京。华润的最大股东香港 华润集团是香港最大的中资企业，旗下 5 家上市公司，总资产高达 600 亿港元另一股东系全 球第四大啤酒厂商南非国际酿酒集团（SAB），有着世界最先进的啤酒酿造技术和行销经验。 资本、技术和行销优势的迅速整合，无疑会加速华润啤酒在中国市场拓展的步伐。 4，葡萄酒 1892 年华侨张弼士在烟台建立酿酒公司，这是我国第一个新型的葡萄酒酿造 厂。目前我国葡萄酒工厂已有近八十家。2003 年葡萄酒年产量约 34 万吨。年产万吨以上的 有张裕、王朝、华夏、长城、新天酒业、柳河绿源、烟台威龙、烟台中梁。八家公司占据约 60％的市场份额，销售收入占整个行业的 78.4％。5，酱油和醋早在三千年前便已掌握了酱 油和醋发酵的技法，数千年来一直沿用自然发酵法，直到 20 世纪后才开始采用纯种培养培 养技术生产，目前设备及酿造方法逐步实现了现代化酱油年产量约为 450 万吨，已居世界首 位醋年产量约为 250 万吨。 6，酒精二十世纪初期，外商在东北设立哈尔滨和阿城两个酒精厂；1922 年山东溥益酒 精厂成立，为第一个由国人设立的酒精厂。1934 年华侨投资在上海浦东设立中国酒精厂， 当时号称远东第一大型酒精厂。酒精年产量解放前仅 1 万吨左右。2003 年酒精产量约为 250 万吨左右。7，酶制剂 1964 年才在无锡建立了第一个酶制剂工厂。目前有酶制剂生产厂家 40 家左右，其中万吨以上，销售额 2000 万以上有 8 家，其余均在万吨以下。目前的年产量 为 22 万吨左右。8，柠檬酸 1953 年我国曾进行浅盘发酵制柠檬酸的中型生产。1965 年前后 由上海酵母厂首先采用深层发酵法，由薯干直接发酵生产柠檬酸。生产能力为 56 万 t/a，实 际产量达 35 万 t/a 左右，出口量居世界第一位。9，微生物制药在上海建立了第一个抗生素 工厂(即后来的上海第三制药厂)，以生产青霉素为主。1958 年我国最大的抗生素工厂——华 北制药厂亦正式投入生产。10，味精 1964 年我国谷氨酸发酵研究成功，首先在上海投入生 产。味精生产万吨以上产量的工厂有 17 家。最大规模是周口莲花味精集团公司，年产 12 万吨。目前年产量 130 多万吨。11，基因工程产品我国已经开发成功了２１种基因工程药物 和疫苗，世界上销售额排名前１０位的基因工程药物和疫苗，我国已能生产８种。12，细胞 工程产品紫草、三七等等植物细胞已可在发酵罐种大规模培养。我国的传统中药涉及 5000 种左右植物，细胞培养是中药资源开发的一个重要方面。五、我国发酵工业的主要进步 1， 发酵产品增长快、质量明显提高，在国民经济中起重要作用 新型发酵工业：年产量 115 万吨；产值 150 亿；利税 50 亿。酿酒工业（不包括酒精）： 年产量 2000 万吨左右；产值 450 亿；利税 120 亿。 2，科技进步，技术水平提高 例如：糖化酶的发酵液酶活力由 7000u／ml 提高至 30000-40000u／ml；味精和柠檬酸 三个主要指标：产酸率、转化率和提取率提高 5%左右。 3，积极开发新产品 特鲜味精；无水柠檬酸、柠檬酸盐；高温α-淀粉酶；纤维素酶；β -葡聚糖酶；异淀 粉酶等酶制剂；L-苹果酸；L-乳酸；衣康酸；黄原胶; 功能性发酵制品: r-亚麻酸；冬虫夏草；蘑菇、灵芝多糖; 活性肽；红曲色素, 低聚异麦 芽糖、果糖、半乳糖、木糖；海藻糖等等。六、与国际先进水平的差距虽然我国发酵工业取 得了长足的发展，但总体水平与先进国家相比还是有较大差距，主要表现在： 1，多数工厂规模小、效益低 味精生产万吨以上产量的工厂有 17 家，其余都在万吨以下，最大规模是周口莲花味精