發酵，是指微生物細胞將有機物氧化釋放的電子直接交給底物本身未完全氧化的某種中間產物，同時釋放能量並產生各種不同的代謝產物。在發酵條件下，有機物只被部分氧化，因此只釋放出壹小部分能量。發酵過程中的氧化作用與有機物的還原作用同時進行。還原的有機物來自最初發酵的分解代謝，即不需要外部供應電子受體。發酵現象早已為人們所認識，但要了解其本質卻是近 200 年的事。發酵壹詞在英語中源於拉丁語 fervere，原意為 "翻騰"，描述的是酵母在果汁或麥芽提取物中的作用現象。發酵的現代定義是：通過微生物（或動植物細胞）的生長和培養以及化學變化，產生並大量積累特殊代謝產物的反應過程。
基本信息
中文名稱：發酵
外文名稱：fermentation
別名：發酵
發音：fā jiào
定義：生物體分解有機物的壹定過程
應用：食品工業、生物和化學工業
基本含義
名稱
發酵沸騰現象是由浸出液中的糖類在缺氧條件下分解產生二氧化碳引起的。在生物化學中，酵母的無氧呼吸過程被稱為發酵。我們現在所說的發酵早已被賦予了不同的含義。
發酵是生物體進行化學反應和生理變化的過程，是生物體根據自身擁有的遺傳信息，不斷分解和合成各種生化反應物，以獲得維持生命活動的能量的過程。
發酵產物是在反應過程中或反應結束時產生的物質，用於調節新陳代謝，使之達到平衡。
事實上，發酵也是壹種呼吸作用，只不過呼吸作用最終產生的是二氧化碳和水，而發酵最終產生的是各種不同的代謝產物。
定義
中文 "發酵 "壹詞用作名詞表示過程，用作動詞表示動作。
（1）微生物生理學對 "發酵 "的嚴格定義：
有機物被生物氧化降解為氧化產物並釋放能量的過程統稱為生物氧化。
微生物生理學將生物氧化分為呼吸和發酵，而呼吸又可進壹步分為有氧呼吸和無氧呼吸。因此，發酵是生物氧化的壹種形式。
發酵是壹種生物氧化模式，在沒有外源最終電子受體的情況下，化學能異養微生物細胞對富含能量的有機化合物的氧化與內源（已被該細胞代謝）有機化合物的還原相結合、壹般來說，不是通過包含細胞色素等的電子傳遞鏈和電子傳遞磷酸化進行電子傳遞，而是通過底物（激酶底物）水平的磷酸化獲得代謝能 ATP；能有機化合物釋放出的電子的主要電子載體--NAD，將電子以 NADH 的形式直接交給內源有機電子受體，重新生成 NAD，同時將後者還原成發酵產物（不完全氧化產物）。
細胞中的 NAD 是有限的，如果作為主要電子載體的輔酶 NAD 無法再生，就無法再利用，有效的電子載體就會越來越少，脫氫反應也就無法持續進行。因此，輔酶 NAD 的再生是生物氧化（包括發酵）持續進行的必要條件。
（2）工業生產中定義的發酵--"工業發酵"
工業生產壹般將所有依靠微生物生命活動進行的工業生產稱為 "發酵"。 這個發酵的定義就是 "工業發酵"。工業發酵依賴於微生物的生命活動，而微生物的生命活動又離不開生物氧化提供的代謝能的支持，因此工業發酵應涵蓋微生物生理中的所有生物氧化模式：有氧呼吸、無氧呼吸和發酵。
近百年來，隨著科學技術的進步，發酵技術發生了劃時代的變化，已經從利用自然界中的微生物進行生產發酵的階段進入到，根據人們的意願改造成具有特殊性能的微生物以生產人類所需要的發酵產品的新階段。
（3）專業詞匯 "發酵（fermentation）"
"發酵 "這個詞在生活中常常與制作糕點、油餅、饅頭、包子或食品聯系在壹起。發酸的物品發黴。
"發酵 "作為壹個專業詞匯其含義不僅涵蓋了糕點、油餅、饅頭、包子的制作，更重要的是指利用發酵手段工業化生產的酒和酒精飲料、食品和食品添加劑、飼料和飼料添加劑、藥品、化工原料等。
特點
發酵與其他化學工業的最大區別在於它是由生物體進行的化學反應。其主要特點如下：
1、發酵過程壹般是在常溫常壓下進行的生化反應，反應安全，所需條件相對簡單。
2、發酵所用的原料壹般是澱粉、糖蜜或其他農副產品，只要在反應中加入少量有機和無機氮源即可。微生物由於種類不同，可以選擇性地利用其所需的營養物質。根據這壹特點，可以利用廢水、廢棄物等作為發酵原料，實現生物資源的轉化和更新。
3、發酵過程是通過生物體的自動調節來完成的，反應的特異性較強，因而可以得到較為單壹的--代謝產物。
4、由於生物體本身所具有的反應機理，可以特異性地、高度選擇性地對壹些較為復雜的化合物在特定部位進行氧化、還原等化學轉化反應，也可以產生較為復雜的高分子化合物。
5、發酵過程中對雜菌汙染的防治至關重要。除設備必須嚴格消毒和空氣過濾外，反應必須在無菌條件下進行。如果被雜菌汙染，生產將受到巨大的經濟損失，如果感染噬菌體，發酵將造成更大的危害。因此，保持無菌條件是發酵成敗的關鍵。
6、微生物菌種是發酵的根本因素，通過變異和菌種篩選，可以獲得高產菌種，充分利用生產設備，也可以獲得按常規方法難以生產的產品。
7、工業發酵與其他行業相比，投資少，見效快，開放後可取得顯著的經濟效益。
基於以上特點，工業發酵越來越受到人們的關註。與傳統發酵工藝相比，現代發酵工程除具有上述發酵特點外還有其優越性。除利用微生物外，還與動植物細胞和酶結合，還用人工構建的 "工程菌 "來進行反應；反應設備也不僅是常規的發酵罐，而是被各種生物反應器所代替，自動化和連續化程度高，使發酵水平在原有基礎上不斷提高和創新。
反應
發酵反應的過程根據不同糖類的利用和產品的生產而有所不同。下面以葡萄糖生產酒精為例，說明釀酒發酵的過程，同時這也是最經典的發酵反應：
化學式：C6H12O6→2C2H5OH+2CO2+2ATP（釋放能量：118kJ/mol）直譯式：C6H12O6→2C2H5OH+2CO2+2ATP（釋放能量：118kJ/mol）：糖（葡萄糖、果糖或蔗糖）→酒精（乙醇）+二氧化碳+能量（ATP）就實際反應的生化途徑而言，在無氧呼吸的早期階段，往往是糖酵解途徑，隨後的途徑與最終產物有關。
類型
根據發酵的特點和微生物對氧的不同需求，發酵可分為以下幾種類型：
1.按發酵原料區分：糖類發酵、油脂發酵和廢水發酵等類型。
2、按發酵產物區分：如氨基酸發酵、有機酸發酵、抗生素發酵、酒精發酵、維生素發酵等。
3、按發酵形式來區分，有：固態發酵和深層液體發酵。
4、按發酵工藝分，有：間歇發酵、連續發酵和流加發酵。
5、按發酵過程中對氧的需求不同，壹般可分為：厭氧發酵和通氣發酵兩大類型。
菌種
微生物（microorganism簡稱微生物）是壹大類生物，包括細菌、病毒、真菌和壹些小型原生動物等。它個體微小，卻與人類生活息息相關。自然界中的微生物可謂 "無處不在，無時不有"，涵蓋了多種有益和有害的種類，廣泛涉及衛生、醫藥、工農業、環境保護等諸多領域。廣州農牧發展有限公司專業從事生產菌種的分離純化。
原核生物：細菌、放線菌、螺旋體、支原體、立克次體、衣原體。
真核生物：真菌、藻類、原生動物。
非細胞：病毒和亞病毒。
培養
在工業中，發酵過程是在嚴格控制下進行的，這就是所謂的培養，即批量培養、補充批量培養、半連續培養和連續培養。
批量培養
批量發酵是最簡單的發酵過程，菌種接入培養基後，除了空氣和廢氣的通過外，沒有任何物料的添加和去除。在整個過程中，細菌濃度、營養物質濃度和產物濃度等參數會隨著時間的推移而變化。
微生物生長分為：滯後期、對數生長期、穩定期和死亡期。在滯後期，機體不分裂只生長，因為菌種接種到新環境後，細胞內的核酸、酶等被稀釋，此時細胞不能分裂。當細胞內與細胞分裂有關的物質濃度達到壹定水平時，細胞開始分裂，此時細胞生長迅速，比生長速度幾乎恒定。這壹時期稱為對數生長期。隨著細胞的生長，培養基中的營養物質減少，廢物積累，導致細胞生長速度下降，進入減速穩定期。最後，當細胞死亡的速度大於產生的速度時，就進入了死亡期。初級代謝物的合成和積累始於對數生長期的初期，而次級代謝物則在對數生長期後期和穩定期大量合成。
批量培養操作簡單，周期短，細菌汙染幾率低，生產過程和產品質量易於控制；但產量低，不適合測定動力學數據。
分批進行補料培養
分批進行補料培養是指在分批進行培養的過程中補充新鮮原料，以克服因營養不足而導致發酵提前結束的缺點。在這壹過程中，只添加料液而不去除料液，因此發酵結束時的發酵液體積比發酵開始時增加。這種方法在工廠的實際生產中被大量使用。
在這樣的系統中，可以保持較低的底物濃度，避免碳源快速利用的阻礙作用；通過補料控制，實現最佳的生長和產品合成條件；通過計算機控制合理的補料速度，穩定最佳的生產過程。同時，由於沒有材料去除，產品的積累最終會導致比生產率的下降。由於添加了材料，增加了細菌汙染的機會。
半連續培養
在間歇釋放部分發酵液（有釋放）的基礎上補充批量培養的方法稱為半連續培養。某些菌種采用這種方法，如四環素發酵。釋放部分發酵液，然後補充部分料液，這樣可以稀釋有害物質的代謝，有利於產物的合成，提高總產量。不過，這樣做也會稀釋新陳代謝產生的前體物質，增加提取總量。
連續培養
在發酵過程中，排出等量的發酵液，同時補充新鮮飼料，以保持發酵罐中的體積恒定。達到穩定狀態後，細菌濃度、產品濃度和極限底物濃度在整個過程中保持恒定。
在連續培養過程中控制稀釋率可以優化發酵過程。發酵時間長，產量就高。但是，如果菌株不穩定，長時間的連續培養會導致菌株退化，降低產量。長時間的補充也會大大增加細菌汙染的幾率。因此，這種發酵方法在實際生產中並不常用。
具體應用
固態發酵應用廣泛
傳統上，固態發酵被用來生產面包、麥芽、葡萄酒、酒精飲料、醬油、豆豉、蘑菇和其他食品，或生產中間原料。
最近的研究發現，在壹些利用固態發酵生產的食品中含有生理活性物質，這表明固態發酵在生產這些食品和食品添加劑方面具有優勢。隨著能源危機和環境問題的日益嚴重，固態發酵技術以其獨特的優勢引起了人們的極大興趣。人們在固態發酵領域的研究及其在資源環境、蛋白飼料中的應用取得了長足的進步，主要表現在生物飼料、生物燃料、生物農藥、生物轉化、生物解毒和生物修復等方面，固態發酵的成功開發和應用為固態發酵的不斷發展提供了強有力的支撐，為傳統技術的發揚光大提供了廣闊的應用前景。
酒精發酵和乳酸發酵
（1）、破碎和去梗
破碎：將果肉與果汗分離。
去梗：果梗有青梗味，除非葡萄酒需要額外的單寧來保留果屎。
（2）、酒精發酵和浸漬
葡萄被壓碎和去梗後，會被運送到發酵容器中進行發酵，酵母可以是葡萄本身原有的，也可以是人工添加的。發酵過程持續 4-10 天，葡萄皮中的單寧和色素會滲透到葡萄汁中。
總結單寧和色素的過程稱為浸漬。浸漬時間從幾天到幾周不等。對於單寧含量低、口感柔順的 "新 "葡萄酒來說，浸漬時間很短；而對於可以長期儲存的紅葡萄酒來說，由於需要足夠的單寧，浸漬時間很長。
（3）更換容器和壓榨酒渣
更換容器的目的是將酒渣從原酒中分離出來，結束浸漬過程。從容器中取出酒渣後，就開始壓榨葡萄酒。從酒渣中壓榨出來的酒顏色較深，單寧含量較高，味道較苦。
（4）蘋果酸乳酸發酵
在紅葡萄酒的釀造過程中，通常會進行壹種叫做蘋果酸乳酸發酵的亞發酵。乳酸發酵利用乳酸菌將葡萄酒中酸澀的蘋果酸轉化為更柔和、更穩定的乳酸。
生產味精
世界各地都使用發酵法生產味精。發酵法生產味精的原料基本上都是澱粉、糖、醋酸、糖蜜等天然物質，所以味精不是化學合成產品。
生物發酵法處理廢物
BTA 工藝可廣泛用於處理家庭、商業、農業和城市固體廢物中的可生物降解的生物廢物（廢物的有機部分）。BTA 工藝可將廢物轉化為高質量的沼氣和堆肥，進而產生電力和熱量。
在 BTA 工藝中，用於廢物處理的水基本上是生產過程中的循環水，多余的水可直接用於農業灌溉或進壹步的汙水凈化。
比較常用的是 BTA 單級發酵系統。廢漿的發酵在混合發酵反應器中壹次性完成。考慮到投資和運行成本，現有的發酵設備（如汙水處理廠、農業沼氣廠的發酵罐）可以直接改造，以利用這壹工藝。BTA 單級發酵系統完全可以應用於現有的垃圾處理廠，擴大生產，如果要進行餐廚垃圾的處理則需要增加壹些 BTA 滅菌設施。
還有壹種 BTA 多級發酵系統，多用於年產量超過 5 萬噸的工廠。在 BTA 多級發酵系統中，廢漿通過脫水被分離成固相和液相物質。液相含有可溶性有機成分，可直接泵入厭氧發酵器（甲烷反應器）。脫水後的固體殘渣仍含有未溶解的有機成分，可再次與水混合並泵入水解反應器，約 4 天後懸浮液再次脫水，然後將液體部分註入發酵罐（甲烷反應器）。通過不同反應器（酸化、水解和甲烷）的降解過程，BTA 多級發酵系統為微生物創造了最佳的生長條件，加快了生物降解的速度，從而使 60-80% 的有機物在短短幾天內轉化為甲烷氣體。
發酵食品
簡介
發酵食品是人類巧妙利用有益微生物加工制造的壹類食品，具有獨特的風味，豐富了我們的飲食生活，如酸奶、奶酪、釀酒、泡菜、醬油、醋、豆豉、腐竹、醬油、黃酒、啤酒、葡萄酒，甚至臭豆腐、臭冬瓜等，都頗具魅力！主要有谷物發酵產品、豆類發酵產品和乳制品發酵產品。
發酵食品的起源
早在公元前3000年前，生活在土耳其高原上的古代遊牧民族就已經開始制作和飲用酸奶了。現在，人們已經篩選出了發酵酸奶的最佳菌種，並在酸奶中添加了新的益生菌，使其更具保健價值。
有些蔬菜在發酵時，蔬菜中的草酸和其他物質會被分解，蛋白質會被水解，產生具有鮮味的肽和氨基酸。同時還會產生新的有機酸。
常見的發酵食品
主要有谷物發酵制品、豆類發酵制品和乳類發酵制品。
①谷物發酵制品包括甜面醬、米醋、米酒等，其中富含蘇氨酸等成分，可以預防記憶力減退。此外，醋的主要成分是多種氨基酸和礦物質，具有降血壓、降血糖、降膽固醇的功效。此外，還有饅頭、面包、包子、發面餅等。
②大豆發酵制品，包括豆瓣醬、醬油、豆豉、腐乳等。發酵大豆中含有豐富的抗血栓成分，具有預防動脈粥樣硬化、降低血壓的作用。發酵後的豆類，能參與維生素K的合成，防止骨質疏松的發生。
3 乳制品發酵制品如酸奶、奶酪等含有乳酸菌成分，能抑制腸道腐敗菌的生長，還能刺激機體的免疫系統，調動體內的積極因素，有效預防癌癥。