發(fā)酵工程是20世紀(jì)70年代初開(kāi)始興起的一門(mén)新興的綜合性應(yīng)用學(xué)科。
(1)“發(fā)酵”有“微生物生物學(xué)嚴(yán)格定義的發(fā)酵”和工程發(fā)酵”，詞條“發(fā)酵工程”中的“發(fā)酵”應(yīng)該是“工業(yè)發(fā)酵”。
(2)工業(yè)生產(chǎn)上通過(guò)“工業(yè)發(fā)酵”來(lái)加工或制作產(chǎn)品，其對(duì)應(yīng)的加工或制作工藝被稱(chēng)為“發(fā)酵工藝”。為實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，就必須解決實(shí)現(xiàn)這些工藝(發(fā)酵工藝)的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境、設(shè)備和過(guò)程控制的工程學(xué)的問(wèn)題，因此，就有了“發(fā)酵工程”。
(3)微生物是發(fā)酵工程的靈魂。近年來(lái)，對(duì)于發(fā)酵工程的生物學(xué)屬性的認(rèn)識(shí)愈益明朗化，發(fā)酵工程正在走近科學(xué)。
(4)發(fā)酵工程最基本的原理是發(fā)酵工程的生物學(xué)原理。
(5)發(fā)酵工程有三個(gè)發(fā)展階段。
現(xiàn)代意義上的發(fā)酵工程是一個(gè)由多學(xué)科交叉、融合而形成的技術(shù)性和應(yīng)用性較強(qiáng)的開(kāi)放性的學(xué)科。發(fā)酵工程經(jīng)歷了“農(nóng)產(chǎn)手工加工——近代發(fā)酵工程——現(xiàn)代發(fā)酵工程”三個(gè)發(fā)展階段。
乙醇發(fā)酵(酒精發(fā)酵)
以淀粉和糖蜜做原料的乙醇發(fā)酵菌種是釀酒酵母，它能發(fā)酵葡萄糖、蔗糖生產(chǎn)乙醇。釀酒酵母生長(zhǎng)發(fā)酵的適宜溫度約為30℃，pH為4.2～4.5。中國(guó)乙醇發(fā)酵工業(yè)主要以甘薯為原料，用含高淀粉酶活性曲霉制成的固體曲或液體曲糖化，以?xún)?yōu)良釀酒酵母發(fā)酵，乙醇產(chǎn)率為淀粉的92%以上。
用可動(dòng)酵單胞菌進(jìn)行乙醇發(fā)酵比用酵母優(yōu)越，表現(xiàn)為高糖利用率、高乙醇生產(chǎn)率、耐高濃度糖和乙醇、低能量消耗、乙醇產(chǎn)率接近理論數(shù)字等。酵母菌和酵單胞菌也能發(fā)酵果糖產(chǎn)生乙醇。乳制品工業(yè)的副產(chǎn)品乳清含乳糖5%,現(xiàn)在工業(yè)上已利用乳胞壁克氏酵母或熱帶假絲酵母發(fā)酵乳糖產(chǎn)生乙醇。一類(lèi)發(fā)酵是用纖維素酶和酵母菌或好熱纖維梭菌混合發(fā)酵用堿處理過(guò)的纖維素,使酶水解生成的糖立即被發(fā)酵成乙醇;另一類(lèi)發(fā)酵是不經(jīng)酶水解糖化，用好熱纖維梭菌和解糖梭菌在55℃混合發(fā)酵不經(jīng)堿處理的纖維素，好熱纖維梭菌產(chǎn)生乙醇、乙酸和木糖，解糖梭菌將生成的木糖再發(fā)酵成乙醇。白色瘤胃球菌也曾用于纖維素的直接發(fā)酵。直接發(fā)酵法成本較高，現(xiàn)在工業(yè)上還沒(méi)有使用。
丁醇-異丙醇發(fā)酵
酪酸梭菌是主要的丁醇-異丙醇發(fā)酵細(xì)菌發(fā)酵條件與丙酮-丁醇相近。發(fā)酵產(chǎn)物還有少量乙酸和丁酸。異丙醇化工合成的成本遠(yuǎn)比發(fā)酵便宜，因此這一發(fā)酵未用于工業(yè)生產(chǎn)。
丙酮-乙醇發(fā)酵
軟腐芽孢桿菌是進(jìn)行這一發(fā)酵的細(xì)菌，它能利用各種碳水化合物發(fā)酵。發(fā)酵中要加碳酸鈣保持pH中性。溫度40～43℃。發(fā)酵過(guò)程需5～6天。原料轉(zhuǎn)化率較高，丙酮和乙醇產(chǎn)量的比例為1:3～4。這一發(fā)酵在工業(yè)上已不應(yīng)用。
2，3-丁二醇發(fā)酵
許多細(xì)菌和酵母菌能發(fā)酵生產(chǎn)2,3-丁二醇,產(chǎn)量較高的有能利用蔗糖葡萄糖的產(chǎn)氣桿菌和能利用淀粉、蔗糖、葡萄糖的多粘芽孢桿菌。前者生產(chǎn)的2,3-丁二醇中，90%是光學(xué)消旋異構(gòu)型，10%為右旋型;后者產(chǎn)生的幾乎全是左旋型。發(fā)酵產(chǎn)物還有有機(jī)酸、乙醇、二氧化碳。