緒論

【知識目標】

了解工業微生物菌種的類型及特點，了解工業微生物的應用。

一、工業微生物概述

微生物是指人類用肉眼無法觀察，必須借助光學顯微鏡或電子顯微鏡才能觀察到的微小生物的總稱。它包括形體微小的單細胞低等生物，個體結構簡單的多細胞低等生物、沒有細胞結構的低等生物等，微生物必須用微米甚至納米作為計量大小的單位。

微生物雖然個體微小，但在自然界生態平衡和物質循環中起著重要的作用，在解決人類的糧食、能源、健康、資源和環境保護等問題中正顯露出越來越重要且不可替代的獨特作用。如利用微生物可降解自然界中的廢棄物，為人們提供美味的發酵食品、治療疾病的藥品，為化學工業提供原料。微生物種類繁多，迄今為止已經發現的微生物僅占總數的10％左右，大部分微生物還有待于發掘利用。

微生物種類雖然繁多，但概括起來在工業上應用最廣泛、最常用的微生物有細菌、放線菌、霉菌和酵母菌四大種類。

二、工業微生物的應用

微生物在工業中正起著越來越重要的作用。工業微生物學是微生物學的一個重要分支，是微生物學在工業生產中的應用。它從工業生產需要出發來研究微生物的生命及其代謝途徑，以及人為控制微生物代謝的規律性，獲得人們需要的發酵產品。

微生物工業是從自然發酵釀酒、制醋等傳統厭氧發酵技術發展起來的，我國傳統的發酵工業，如釀酒、制醋、制醬等有著悠久的歷史。20世紀60年代以來，以抗生素的研制和生產為標志，我國開始逐漸形成了新型的微生物發酵工業，如有機酸、氨基酸、酶制劑、維生素、激素和單細胞蛋白等的發酵生產。微生物現已廣泛應用于食品、醫藥、皮革、紡織、石油、化工、冶金以及三廢處理等方面。

利用微生物生產各種發酵產物具有以下優點。

①微生物工業的原料大多是淀粉、纖維素等可再生的生物資源和二氧化碳（能進行光合作用的光自養菌和藻類利用二氧化碳為原料）等，這些原料來源廣、產量大而且價格低廉。

②微生物發酵和轉化通常都在常溫常壓和中性pH值范圍內進行，反應條件溫和，能量利用率高，生物轉化反應的專一性好，產品的轉化率高。

③微生物的多樣性和代謝途徑的多樣性，使得微生物發酵工業為人類提供了許多產品。

④由于微生物易變異，可以采用各種方法改變微生物的遺傳物質，調節和控制代謝途徑，不斷提高目標產物的生產水平，獲得新的發酵產品。

⑤微生物發酵過程產生的污染物比較少，容易處理。

三、發酵工業對微生物菌種的要求

微生物廣泛分布于土壤、水和空氣等自然界中，資源非常豐富。目前認為，人類研究的微生物不足總數的10％。從自然界中分離出來的菌株有的可直接利用，有的則需要進行人工誘變，得到的突變體才能被利用。特別是隨著育種新技術的更新，不斷滿足新產品和原料轉換對新菌種的需求。作為大規模生產的微生物工業用菌種，應盡可能滿足下列要求。

①菌種能在廉價原料制成的培養基上迅速生長和大量合成目的產物。

②菌種能在要求不高、易控制的培養條件（糖濃度、溫度、pH值、溶解氧、滲透壓等）下迅速生長和發酵，以縮短發酵周期。在天氣炎熱地區應選擇耐高溫菌種。

③根據代謝調控要求選擇高產菌株，如營養缺陷型菌株或調節突變型菌株。

④菌種抗噬菌體能力強，以防止感染噬菌體而造成“倒罐”現象的發生。

⑤菌種遺傳性狀穩定，不易變異退化，可保證發酵生產和產品質量的穩定性。

⑥生長迅速，發酵周期短。

⑦在發酵過程中產生的泡沫要少，這對提高裝料系數、提高單產量、降低成本有重要意義。

⑧對需要添加的前體物質有耐受能力，并且不能將這些前體作為一般碳源使用。

⑨不是病原菌，而且在系統發育上與病原菌無關，不產生任何有害的生物活性物質。

具備以上條件的微生物才能保證發酵產品的質量和產量。

四、工業微生物常用菌種介紹

微生物在工業上的用途很廣，包括化工、醫藥、食品、水產、國防、紡織、石油勘探及石油化工等方面。微生物代謝產物據統計已超過一千三百多種，而大規模工業生產總計不超過一百多種；微生物的酶有近千種，而已在工業上利用的不過四五十種。微生物資源不僅十分豐富，而且可挖掘潛力很大。不是所有的微生物都能用于發酵工業，目前工業上能利用的微生物菌種只有區區數百種。工業上常用的微生物見表0-1。