绪论

【知识目标】

了解工业微生物菌种的类型及特点，了解工业微生物的应用。

一、工业微生物概述

微生物是指人类用肉眼无法观察，必须借助光学显微镜或电子显微镜才能观察到的微小生物的总称。它包括形体微小的单细胞低等生物，个体结构简单的多细胞低等生物、没有细胞结构的低等生物等，微生物必须用微米甚至纳米作为计量大小的单位。

微生物虽然个体微小，但在自然界生态平衡和物质循环中起着重要的作用，在解决人类的粮食、能源、健康、资源和环境保护等问题中正显露出越来越重要且不可替代的独特作用。如利用微生物可降解自然界中的废弃物，为人们提供美味的发酵食品、治疗疾病的药品，为化学工业提供原料。微生物种类繁多，迄今为止已经发现的微生物仅占总数的10％左右，大部分微生物还有待于发掘利用。

微生物种类虽然繁多，但概括起来在工业上应用最广泛、最常用的微生物有细菌、放线菌、霉菌和酵母菌四大种类。

二、工业微生物的应用

微生物在工业中正起着越来越重要的作用。工业微生物学是微生物学的一个重要分支，是微生物学在工业生产中的应用。它从工业生产需要出发来研究微生物的生命及其代谢途径，以及人为控制微生物代谢的规律性，获得人们需要的发酵产品。

微生物工业是从自然发酵酿酒、制醋等传统厌氧发酵技术发展起来的，我国传统的发酵工业，如酿酒、制醋、制酱等有着悠久的历史。20世纪60年代以来，以抗生素的研制和生产为标志，我国开始逐渐形成了新型的微生物发酵工业，如有机酸、氨基酸、酶制剂、维生素、激素和单细胞蛋白等的发酵生产。微生物现已广泛应用于食品、医药、皮革、纺织、石油、化工、冶金以及三废处理等方面。

利用微生物生产各种发酵产物具有以下优点。

①微生物工业的原料大多是淀粉、纤维素等可再生的生物资源和二氧化碳（能进行光合作用的光自养菌和藻类利用二氧化碳为原料）等，这些原料来源广、产量大而且价格低廉。

②微生物发酵和转化通常都在常温常压和中性pH值范围内进行，反应条件温和，能量利用率高，生物转化反应的专一性好，产品的转化率高。

③微生物的多样性和代谢途径的多样性，使得微生物发酵工业为人类提供了许多产品。

④由于微生物易变异，可以采用各种方法改变微生物的遗传物质，调节和控制代谢途径，不断提高目标产物的生产水平，获得新的发酵产品。

⑤微生物发酵过程产生的污染物比较少，容易处理。

三、发酵工业对微生物菌种的要求

微生物广泛分布于土壤、水和空气等自然界中，资源非常丰富。目前认为，人类研究的微生物不足总数的10％。从自然界中分离出来的菌株有的可直接利用，有的则需要进行人工诱变，得到的突变体才能被利用。特别是随着育种新技术的更新，不断满足新产品和原料转换对新菌种的需求。作为大规模生产的微生物工业用菌种，应尽可能满足下列要求。

①菌种能在廉价原料制成的培养基上迅速生长和大量合成目的产物。

②菌种能在要求不高、易控制的培养条件（糖浓度、温度、pH值、溶解氧、渗透压等）下迅速生长和发酵，以缩短发酵周期。在天气炎热地区应选择耐高温菌种。

③根据代谢调控要求选择高产菌株，如营养缺陷型菌株或调节突变型菌株。

④菌种抗噬菌体能力强，以防止感染噬菌体而造成“倒罐”现象的发生。

⑤菌种遗传性状稳定，不易变异退化，可保证发酵生产和产品质量的稳定性。

⑥生长迅速，发酵周期短。

⑦在发酵过程中产生的泡沫要少，这对提高装料系数、提高单产量、降低成本有重要意义。

⑧对需要添加的前体物质有耐受能力，并且不能将这些前体作为一般碳源使用。

⑨不是病原菌，而且在系统发育上与病原菌无关，不产生任何有害的生物活性物质。

具备以上条件的微生物才能保证发酵产品的质量和产量。

四、工业微生物常用菌种介绍

微生物在工业上的用途很广，包括化工、医药、食品、水产、国防、纺织、石油勘探及石油化工等方面。微生物代谢产物据统计已超过一千三百多种，而大规模工业生产总计不超过一百多种；微生物的酶有近千种，而已在工业上利用的不过四五十种。微生物资源不仅十分丰富，而且可挖掘潜力很大。不是所有的微生物都能用于发酵工业，目前工业上能利用的微生物菌种只有区区数百种。工业上常用的微生物见表0-1。