简述发酵与酿造技术的发展历史。
发酵的英文单词“ferration”来源于拉丁文单词“ferver”，即“起泡”和“涌浪”，因为发酵时有冒泡和类似沸腾的涌浪。
比如中国的黄酒酿造，欧洲的啤酒发酵，都是以起泡作为判断发酵过程的标志。
可以说，人类利用微生物进行食物发酵和酿造已经有几千年的历史，发酵的现象从古至今都有发现和掌握。然而，由于对微生物的认识不足，发酵酿造的本质长期未被揭示，始终充满神秘色彩。
所以在19世纪中叶之前，发酵酿造业的发展极其缓慢。
17世纪后期为微生物的发现做出巨大贡献的Leewenhoch，用自己的手磨镜片成功制造了世界上第一台显微镜，在人类历史上第一次用肉眼发现了单细胞生物——微生物。
因为当时自发发生理论正如火如荼，他的发现并没有得到应有的重视。
在随后的100年间，对各种微生物的观察一直没有间断过，但没有发现微生物与发酵的关系。
直到19世纪中叶，巴斯德经过长期细致的研究，才令人信服地宣称发酵是微生物作用的结果。
巴斯德在巴斯德的瓶中加入肉汁，发现加热时不发酵，不加热时会发酵，并详细观察了发酵液中许多微小生命的生长，由此得出结论:发酵是微生物进行的化学变化。
经过对乳酸发酵、转化糖醇发酵、葡萄酒酿造、醋制造以及当时其他各种发酵的不断研究，巴斯德认识到这些不同类型的发酵是由各种特定的微生物引起的，这些微生物在形态上可以区分。
但是在巴斯德的研究中，都是自然混合培养，微生物的控制技术还没有很好的掌握。
此后不久，科赫公司建立了单一微生物分离和纯培养技术。用这种技术研究炭疽时，发现动物的传染病是由特定的细菌引起的。
由此可知，微生物和高等植物一样，可以根据它们的种属关系清楚地区分。
此后，各种微生物的纯培养技术获得成功，人类逐渐学会了用智慧控制微生物，并将单一微生物菌种应用于各种发酵产品中，在产品保鲜、产量提高、质量稳定等方面发挥了重要作用。
因此，单一微生物的分离和纯培养技术的建立是食品发酵酿造技术发展的第一个转折点。
这一时期，巴斯德、科赫等为现代发酵和酿造工业奠定坚实基础的科学大师揭示了发酵的本质，但他们仍然没有理解发酵的化学本质。
直到1897，毕希纳才阐明了微生物化学反应的本质。
为了将酵母抽提物用于医药，他用石英砂研磨酵母细胞制成酵母汁，并加入大量的糖来保存。结果，他意外地发现酵母汁也发酵，产生二氧化碳和乙醇，这是第一个用无细胞系统发酵的例子。
这让人们意识到，任何生物都有一种引起发酵的物质——酶。
此后，人们用生物细胞的基质研究了各种反应，从而促成了当代生物化学的诞生，并将生物化学和微生物学相互联系起来，大大扩展了发酵和酿造的范围，丰富了发酵和酿造的产品。
不过这期间在发酵和酿造技术上并没有特别的提升。直到20世纪40年代，随着抗生素工业的兴起，通气搅拌培养技术才得以建立。
因为当时是第二次世界大战，由于战争的需要，人们迫切需要大规模生产青霉素。因此，借鉴丙酮丁醇纯厌氧发酵技术，成功建立了深层通气培养方法和一整套培养技术，包括向发酵罐中引入大量无菌空气，通过搅拌使空气均匀分布，培养基灭菌和无菌接种等。，从而严格控制了培养过程中微生物的温度、pH、通风和培养物供应。
这些技术极大地促进了食品发酵和酿造工业，通过好氧发酵可以大规模生产各种有机酸、酶制剂、维生素和激素。因此，好氧发酵工程技术成为发酵与酿造技术发展的第二个转折点。
而这一时期的发酵酿造技术主要依靠外界环境因素的控制，远远不能满足人们对发酵产品的需求，于是一种新技术——人工诱变育种和代谢控制发酵工程技术应运而生。
人们以动态生物化学和微生物遗传学为基础，对微生物进行人工诱变，获得适合生产某种产品的突变菌株，然后在人工控制下进行培养，选择性地生产大量人们需要的物质。
这项新技术首先在氨基酸的生产中获得成功，然后应用于核苷酸、有机酸和抗生素等其他产品。
可以说，人工诱变育种和代谢控制发酵工程技术是发酵酿造技术发展的第三次转折点。
随着矿产品的开发和石油化工的快速发展，微生物发酵产品不可避免地与化学合成产品竞争。
矿产资源和石油为化学合成提供了丰富而廉价的原料，非常有利于用这些原料生产一些低分子量的有机化合物。
与此同时，世界粮食产量非常有限，而且价格昂贵。
因此，在一个阶段，发达国家相当数量的发酵产品是通过合成生产的。
但是，由于担心化学产品的毒性，化学合成的食品不为消费者所接受，难以有广阔的市场；另外，对于一些复杂的物质，化学合成是无能为力的。
然而，制造商希望利用化学合成来降低生产成本，并使产品具有高质量，因此他们采用化学合成与微生物发酵相结合的方法。
比如产生一些有机酸，其前体先通过化学合成，再通过微生物转化获得最终产物。
这样就建立了化学合成与微生物发酵有机结合的工程技术，形成了发酵酿造技术发展的第四次转折。
在这一时期，除了常规的微生物细胞发酵外，许多产品还采用一步酶转化法，即只利用微生物产生的酶进行单一的化学反应。
例如，在高果糖糖浆的生产中，葡萄糖异构酶用于将葡萄糖转化为果糖。
因此，准确地说，这个时期是微生物酶反应生物合成和化学合成相结合的应用期。
随着现代工业的飞速发展，食品发酵与酿造的工程技术也在这一时期迅速发展，主要表现在发酵罐的大型化、多样化、连续化和自动化等方面。
发酵过程的所有基本参数，包括温度、pH值、罐压、溶解氧、氧化还原电位、空气流量和二氧化碳含量，都可以自动记录和控制。大型自动连续发酵罐已投入使用。
发酵过程的连续化和自动化也成为这一时期的重点发展内容。
20世纪70年代发展起来的DNA重组技术极大地促进了发酵和酿造技术的发展。
首先通过细胞融合技术获得许多具有特殊功能和多功能的新菌株，然后通过常规发酵获得许多新的有用物质。
如植物细胞的融合，可以获得多功能的植物细胞，通过植物细胞培养可以生产保健和药物。
近年来，基因工程技术的快速发展，可以在体外重组生物细胞的基因，克隆到微生物细胞中，形成工程菌，用于生产原来微生物不能生产的产品，如胰岛素、干扰素等，大大增加了微生物的发酵产物。
可以说，发酵酿造技术不再是简单的微生物发酵，而是已经延伸到动植物细胞领域，包括天然微生物、人工重组工程菌、动植物细胞等生物细胞的培养。
随着转基因动植物的出现，发酵设备——生物反应器不再是传统的钢铁设备。昆虫的身体，动物细胞的乳腺，植物细胞的根和果实，都可以看作是一个生物反应器。
因此，随着基因工程、细胞工程、酶工程、生化工程的发展，传统的发酵酿造业被赋予了全新的内容，现代发酵酿造开辟了一个全新的领域。
发酵工业发展史
一、国外发酵工业的发展
发酵工业的发展历史可以分为五个阶段。
这是19世纪以前的第一阶段。
当时仅限于酒精饮料和醋的生产。
虽然在古埃及就可以酿造啤酒，但直到公元17世纪，才在容量为1500桶(一桶相当于110升)的木制大桶中进行了第一次真正意义上的大规模酿造。
即使在早期的酿造中，我们也试图控制过程。
据史料记载，1757年使用温度计；1801年，有一台原装换热器。
18世纪中期，Cagniard-Latour、Schwann和Kutzing分别证实了酒精发酵中酵母活性的规律。
帕斯特最终让科学界相信了酵母在发酵过程中遵循的规律。
18世纪后期，汉森在Cal *** erg酿酒厂开始了他的开创性工作。
他建立了酵母单细胞的分离和繁殖，提供了纯培养技术，形成了一套复杂的生产初期培养技术。
英国麦酒酿造不使用纯培养。
确切的说，很多小型传统麦酒酿造工艺仍然使用混合酵母。
醋的生产最初是在浅容器中进行，或者在没有装啤酒的木桶中进行，剩下的酒慢慢氧化生成醋，散发出自然的香味。
在意识到空气在制醋过程中的重要性后，终于发明了“发生器”。
在发生器中，填充了惰性物质(如焦炭、煤和各种木屑)，酒从其中慢慢滴落。
醋发生器可以算是第一个有氧发生器。
18年末至19年初，对基础培养基进行巴氏灭菌处理，然后接种10%优质醋使其呈酸性，可防止细菌污染。
这使它成为良好的接种材料。
20世纪初，过程控制的概念已经在酿酒和制醋工业中确立。
从1900到1940，主要新产品是酵母、甘油、柠檬酸、乳酸、丁醇和丙酮。
其中，面包酵母和有机溶剂的发酵取得了很大进展。
面包酵母的生产是一个需氧过程。
酵母在丰富的营养物质中快速生长，使培养液中的氧气耗尽。
乙醇在减少细菌生长的同时形成。
限制营养物质的初始浓度，使细胞生长宁愿受碳源的限制，也不愿受缺氧的限制；然后在培养过程中加入少量的营养物质。
这项技术现在是一种分批补料培养方法，已经广泛应用于发酵工业中防止缺氧。此外，将早期使用的向酵母培养液中通入空气的方法改进为通过空气分配管进入培养液。
空气分配管可以用蒸汽清洗。
第一次世界大战期间，魏茨曼首创了丁醇和丙酮的发酵，建立了真正的无菌发酵。
到目前为止，所使用的工艺可以被认为是一种提供良好接种材料并符合卫生标准且细菌感染机会较少的方法。
丁醇和丙酮发酵虽然是厌氧的，但在发酵前期容易被好氧菌污染。在后期的厌氧条件下，还会受到产酸厌氧菌的污染。
发酵罐是由低碳钢制成的圆形桶，顶部和底部呈半圆形。
它可以在压力下进行蒸汽灭菌，以尽量减少杂菌的污染。
然而，使用体积为200M3的发酵罐很难扩大接种物并保持其无杂菌。
1940s有机溶剂发酵技术的发展是发酵技术的主要进步。
同时也为无杂菌的好氧过程的成功铺平了道路。
第三次发酵工业的进步是根据战时需要，在纯培养技术下，通过深层培养生产青霉素。
青霉素生产在好氧过程中进行，容易被杂菌污染。
虽然从溶剂发酵中获得了有价值的知识，但仍需解决向培养基中引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区别在于青霉素产能极低，促进了菌种改良的进程，在未来工业中发挥重要作用。
由于实验工厂的兴起，发酵工业得到了进一步的发展，可以在半生产规模上测试新技术。
与此同时，大规模回收青霉素的提取工艺也是另一大进步。
在此期间，发酵技术发生了巨大的变化，因此有可能建立许多新的工艺，包括其他抗生素、赤霉素、氨基酸、酶和类固醇的转化。
20世纪60年代初，许多跨国公司决定研究和生产微生物细胞作为饲料蛋白的来源，推动了技术进步。
这一时期可视为发酵工业的第四阶段。
带有机械搅拌的最大发酵罐的容积从第三阶段的80M3扩大到150M3。
由于微生物蛋白价格低廉，必须比其他发酵产品更大规模的生产。
如果以碳氢化合物为碳源，发酵过程中对氧气的需求会增加，于是高压喷射、无机械搅拌的强制循环发酵罐应运而生。
如果连续操作，这种方法更经济。
现阶段，工业上广泛采用分批培养和补料分批培养。
连续发酵是向发酵罐中连续注入新鲜培养基，促进微生物的连续生长，并从中取出部分培养液。它在大工业中的应用极其有限。
同时，连续发酵的潜力在酿造工业中也有所研究，但在工业上的应用很少。
比如ICI公司还在用3000M3的连续强制循环发酵罐。
超大型连续发酵的运行周期可超过100天，其问题是细菌污染。
严重程度已经大大超过了1940s的抗生素产量。
这种发酵罐的灭菌是通过以下手段实现的:高度标准化的发酵罐结构，料液的连续灭菌，灭菌和操作周期的计算机控制，最大限度地减少人工操作失误。
发酵工业历史上的第五个阶段始于体外微生物基因操作的完成，通常称为基因工程。
基因工程不仅可以在不相关的生物之间转移基因，还可以精确地交换一个生物的基因组。
因此，微生物细胞可以被赋予产生由高等生物细胞产生的化合物的能力。
从而形成新的发酵过程，如胰岛素和干扰素的生产，使工业微生物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，还可以采用基因操作技术。
人们认为基因操作技术将导致发酵工业的革命，大量新工艺将会出现。
然而，要开发一种新的工艺，我们仍然必须依靠大量的细胞培养技术，这些技术曾经从酵母和熔剂发酵开始，然后经过抗生素发酵，到大规模连续细胞培养。