微生物工程

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什么是微生物工程

  微生物工程,即是指发酵工程,指采用现代工程技术手段,利用微生物的某些特定功能,为人类生产有用的产品,或直接把微生物应用于工业生产过程的一种技术。发酵工程的内容包括菌种选育、培养基的配置、灭菌、种子扩大培养和接种、发酵过程和产品的分离提纯(生物分离工程)等方面。

  对微生物进行生物工程改造,包括基因工程技术、转基因生物技术、合成生物学技术等,以及工业化应用微生物发酵生产的工程等。发酵是微生物特有的作用,在几千年前就被人类认识了,并且用来制造酒、面包、酱、醋等。微生物工程,是大规模发酵生产工艺的总称,就是利用微生物发酵作用,通过现代工程技术手段来生产有用物质,或者把微生物直接应用于生物反应器的技术。它是在发酵工艺基础上吸收基因工程、细胞工程和酶工程以及其他技术的成果而形成的。

  发酵工程跟化学工业医药食品能源、环境保护和农牧业等许多领域关系密切,对它的开发有很大的经济效益。DNA重组技术和微生物工程是生物工程中的两大支柱。从工业规模生产这一点看,微生物工程尤其重要。因为只有通过微生物发酵,才能形成新的产业

微生物工程发展简史

  20世纪20年代的酒精、甘油和丙酮等发酵工业,属于厌氧发酵。

  20世纪40年代初,随着青霉素的发现,抗生素发酵工业逐渐兴起。由于青霉素产生菌是需氧型的,微生物学家就在厌氧发酵技术的基础上,成功地引进了通气搅拌和一整套无菌技术,建立了深层通气发酵技术。这使有机酸、维生素、激素等都可以用发酵法大规模生产

  1957年,日本用微生物生产谷氨酸成功,如今20种氨基酸都可以用发酵法生产。氨基酸发酵工业的发展,是建立在代谢控制发酵技术的基础上的。目前,代谢控制发酵技术已经用于核苷酸、有机酸和部分抗生素的生产中。

  20世纪70年代以后,基因工程、细胞工程等生物工程技术的开发,使发酵工程进入了定向育种的阶段。

  20世纪80年代以来,随着学科之间的渗透和交叉,数学、动力学、化学工程原理和计算机技术开始被用于发酵过程的研究。目前,自动记录和自动控制发酵过程的全部参数已经被应用于生产。

微生物工程应用

  发酵工程以其生产条件温和,原料来源丰富且价格低廉,产物专一,废弃物对环境污染小和容易处理等特点,而在医药工业、食品工业农业冶金工业、环境保护等许多领域得到了广泛的应用,逐步形成了规模庞大的发酵工业。在一些发达国家,发酵工业的总产值占到国民生产总值的5%左右。

  在医药工业上的应用

  发酵工程在医药工业上的应用,成效十分显著,生产出了如抗生素、维生素、动物激素、药用氨基酸、核苷酸(如肌苷)等。目前,常用的抗生素已达100多种,如青霉素类、头孢菌素类、红霉素类和四环素类。另应用发酵工程大量生产的基因工程药品有人生长激素、重组乙肝疫苗、某些种类的单克隆抗体、白细胞介素-2、抗血友病因子等。

  在食品工业上的应用

  发酵工程在食品工业上的应用十分广泛,主要包括:

  第一、生产传统的发酵产品,如啤酒、果酒、食醋等,使产品的质量和产量得到明显提高。

  第二、生产食品添加剂。如L-苹果酸、柠檬酸、谷氨酸、红曲素、高果糖浆等。

  第三、单细胞蛋白的生产。

  在农业上的应用

  微生物工程技术和产品为农业的发展提供了有利的支持,主要包括:生物农药(微生物杀虫剂、防治植物病害微生物)、生物除草剂、生物增产剂、食用菌。

  轻工业上的应用

  由微生物生产出许多种可用于轻工业加工的酶,主要类型如下:

  糖酶:α-淀粉酶、半乳糖酶、纤维素酶类等

  蛋白酶:碱性蛋白酶(用于洗涤剂、胶片银的回收、啤酒去浊)、酸性蛋白酶(用于饮料食品的冷藏、制作蛋白水解酶)、中性蛋白酶

  果胶酶:水解果胶物质。

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