微生物的應(yīng)用

1、醫(yī)學(xué)界：藥品包括初級和次級代謝產(chǎn)物如激素抗生素維生素等食品屆：單細胞蛋白即微生物發(fā)酵的菌體本身工業(yè)：微生物涉及食品、制藥、冶金、采礦、石油、皮革、輕化工等多種行業(yè)。通過微生物發(fā)酵途徑生產(chǎn)抗生素、丁醇、維生素C以及一些風(fēng)味食品的制備等；某些特殊微生物酶參與皮革脫毛、冶金、采油采礦等生產(chǎn)過程，甚至直接作為洗衣粉等的添加劑；另外還有一些微生物的代謝產(chǎn)物可以作為天然的微生物殺蟲劑廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。通過對枯草芽孢桿菌的基因組研究，發(fā)現(xiàn)了一系列與

2、抗生素及重要工業(yè)用酶的產(chǎn)生相關(guān)的基因。乳酸桿菌作為一種重要的微生態(tài)調(diào)節(jié)劑參與食品發(fā)酵過程，對其進行的基因組學(xué)研究將有利于找到關(guān)鍵的功能基因，然后對菌株加以改造，使其更適于工業(yè)化的生產(chǎn)過程。國內(nèi)維生素C兩步發(fā)酵法生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵菌株氧化葡萄糖酸桿菌的基因組研究，將在基因組測序完成的前提下找到與維生素C生產(chǎn)相關(guān)的重要代謝功能基因，經(jīng)基因工程改造，實現(xiàn)新的工程菌株的構(gòu)建，簡化生產(chǎn)步驟，降低生產(chǎn)成本，繼而實現(xiàn)經(jīng)濟效益的大幅度提升。對工業(yè)微生物開

3、展的基因組研究，不斷發(fā)現(xiàn)新的特殊酶基因及重要代謝過程和代謝產(chǎn)物生成相關(guān)的功能基因，并將其應(yīng)用于生產(chǎn)以及傳統(tǒng)工業(yè)、工藝的改造，同時推動現(xiàn)代生物技術(shù)的迅速發(fā)展。微生物的應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛，傳統(tǒng)上微生物在酒類釀造、食品酦酵和污水處理等方面都扮演重要角色；隨著科技發(fā)展的腳步，許多由微生物生產(chǎn)的產(chǎn)品也被一一開發(fā)。微生物產(chǎn)品一般依據(jù)其用途來區(qū)分，例如：（1）醫(yī)藥品，包括抗生素、荷爾蒙、疫苗、免疫調(diào)節(jié)劑、血液蛋白質(zhì)等；（2）農(nóng)業(yè)用品，包括家畜用藥、微生

4、物肥料、微生物殺蟲劑、微生物除草劑等；（3）特用品和食品添加劑，包括氨基酸、維生素、有機酸、核苷酸等；（4）大宗化學(xué)品和能源產(chǎn)品，包括酒精、甘油、甲烷等；（5）環(huán)保產(chǎn)品：垃圾處理或分解環(huán)境污染物質(zhì)的微生物；（6）其它產(chǎn)品：有助于金屬濾取(bioleachingofmetals)的微生物、遺傳工程蜘蛛絲蛋白質(zhì)(geicallyengineeredspider’ssilkproteins)等。另外也可以將微生物產(chǎn)品依據(jù)生產(chǎn)的來源來分類，例如

5、：（1）微生物菌體，包括烘焙酵母、菇類、藻類、乳酸酦酵用的種菌(starters)、冬蟲夏草、益生菌、改善環(huán)境的各種微生物制劑等；（2）微生物酵素，包括淀粉酶、纖維素酶、蛋白酶、微生物凝乳酶(microbialrennin)、脂肪酶(lipases)、葡萄糖異構(gòu)酶(glucoseisomerase)、青霉素醯化酶(penicillinacylase)、膽固醇氧化酶(cholesteroloxidase)、限制酶(restrictione

6、nzymes)等；（3）微生物代謝物，包括酦酵產(chǎn)物(fermentationproducts)如酒精、乳酸、丁醇與丙酮等，生長因子(growthfacts)如氨基酸、維生素、檸檬酸等，二級代謝產(chǎn)物(secondarymetabolites)如抗生素、生物堿(alkaloids)等；（4）遺傳工程蛋白質(zhì)，包括人類荷爾蒙如胰島素(insulin)、生長激素(humangrowthhmone)；免疫調(diào)節(jié)劑如干擾素(interferons)、細

7、胞間素(interleukins)；血液蛋白質(zhì)如凝血因子(bloodclottingfacts)、血清白蛋白(serumalbumin)、基因重組疫苗如B型肝炎疫苗(hepatitisBvaccine)、豬的狂犬病和下痢疫苗(rabiesvaccinediarrheavaccinefpigs)；單株抗體(monoclonalantibodies)等。導(dǎo)作用產(chǎn)生細胞干擾素和促細胞分裂劑，活化NK細胞，促進免疫球蛋白的產(chǎn)生、活化巨嗜細胞的功

8、能，提高人體的免疫力，增強人體對癌癥的抵抗和免疫能力。目前，發(fā)酵乳制品的品種很多，如酸奶、飲料、干酪、乳酪等。現(xiàn)僅簡要介紹一下雙歧桿菌酸奶的生產(chǎn)工藝。雙歧桿菌酸奶的生產(chǎn)有兩種不同的工藝。一種是兩歧雙歧桿菌與嗜熱鏈球菌、保加利亞乳桿菌等共同發(fā)酵的生產(chǎn)工藝，稱共同發(fā)酵法。另一種是將兩歧雙歧桿菌與兼性厭氧的酵母菌同時在脫脂牛乳中混合培養(yǎng)，利用酵母在生長過程中的呼吸作用，以生物法耗氧，創(chuàng)造一個適合于雙歧桿菌生長繁殖、產(chǎn)酸代謝的厭氧環(huán)境，稱為共生

9、發(fā)酵法。1.3氨基酸發(fā)酵1.3.1概述氨基酸是組成蛋白質(zhì)的基本成分，其中有8種氨基酸是人體不能合成但又必需的氨基酸，稱為必需氨基酸，人體只有通過食物來獲得。另外在食品工業(yè)中，氨基酸可作為調(diào)味料，如谷氨酸鈉、肌苷酸鈉、鳥苷酸鈉可作為鮮味劑，色氨酸和甘氨酸可作為甜味劑，在食品中添加某些氨基酸可提高其營養(yǎng)價值等等。因此氨基酸的生產(chǎn)具有重要的意義。表7~1列出部分氨基酸生產(chǎn)所用的菌株。自從60年代以來，微生物直接用糖類發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸獲得成功并投

10、入工業(yè)化生產(chǎn)。我國成為世界上最大的味精生產(chǎn)大國。味精以成為調(diào)味品的重要成員之一，氨基酸的研究和生產(chǎn)得到了迅速發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的進步，對傳統(tǒng)的工藝不斷地進行改革，但如何保持傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的特有風(fēng)味，從而使新工藝生產(chǎn)出的產(chǎn)品更具魅力，是今后研究的課題。1.5黃原膠1.5.1概況黃原膠(XamthanGum)別名漢生膠，又稱黃單胞多糖，是國際上70年代發(fā)展起來的新型發(fā)酵產(chǎn)品。它是由甘蘭黑腐病黃單胞細菌(Xanthomonascampestri

11、s)以碳水化合物為主要原料，經(jīng)通風(fēng)發(fā)酵、分離提純后得到的一種微生物高分子酸性胞外雜多糖。其作為新型優(yōu)良的天然食品添加劑用途越來越廣泛。國際上，黃原膠開發(fā)及應(yīng)用最早的是美國。美國農(nóng)業(yè)部北方地區(qū)Peia實驗室于60年代初首先用微生物發(fā)酵法獲得黃原膠。1964年，美國Merck公司Keco分部在世界上首先實現(xiàn)了黃原膠的工業(yè)化生產(chǎn)。1979年世界黃原膠總產(chǎn)量為2000t，1990年達4000t以上。在美國，黃原膠年產(chǎn)值約為5億美元，僅次于抗生素

12、和溶劑的年產(chǎn)值，在發(fā)酵產(chǎn)品中居第3位。我國對黃原膠的研究起步較晚，進行開發(fā)研究的單位，如南開大學(xué)、中科院微生物研究所、山東食品發(fā)酵研究所等，均已通過中試鑒定。目前全國有煙臺、金湖、五連等數(shù)家黃原膠生產(chǎn)廠，年產(chǎn)在200t左右，主要用作食品添加劑。我國生產(chǎn)黃原膠的淀粉用量一般在5%左右，發(fā)酵周期為72~96h，產(chǎn)膠能力30~40gL，與國外比較，生產(chǎn)水平較低。隨著黃原膠生產(chǎn)和應(yīng)用范圍的進一步發(fā)展，目前北京、四川、鄭州、蘇州、山東等地都有黃原

13、膠生產(chǎn)新廠建成，預(yù)示著我國的黃原膠生產(chǎn)將呈現(xiàn)一個新的局面。2食品制造中的酵母及其應(yīng)用酵母菌與人們的生活有著十分密切的關(guān)系，幾千年來勞動人民利用酵母菌制作出許多營養(yǎng)豐富、味美的食品和飲料。目前，酵母菌在食品工業(yè)中占有極其重要的地位。利用酵母菌生產(chǎn)的食品種類很多，下面僅介紹幾種主要產(chǎn)品。2.1面包面包是產(chǎn)小麥國家的主食，幾乎世界各國都有生產(chǎn)。它是以面粉為主要原料，以酵母菌、糖、油脂和雞蛋為輔料生產(chǎn)的發(fā)酵食品，其營養(yǎng)豐富，組織蓬松，易于消化吸