微生物工程

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什麼是微生物工程

  微生物工程,即是指發酵工程,指採用現代工程技術手段,利用微生物的某些特定功能,為人類生產有用的產品,或直接把微生物應用於工業生產過程的一種技術。

  對微生物進行生物工程改造,包括基因工程技術、轉基因生物技術、合成生物學技術等,以及工業化應用微生物發酵生產的工程等。發酵是微生物特有的作用,在幾千年前就被人類認識了,並且用來製造酒、麵包、醬、醋等。微生物工程,是大規模發酵生產工藝的總稱,就是利用微生物發酵作用,通過現代工程技術手段來生產有用物質,或者把微生物直接應用於生物反應器的技術。它是在發酵工藝基礎上吸收基因工程、細胞工程和酶工程以及其他技術的成果而形成的。

  發酵工程跟化學工業醫葯食品能源、環境保護和農牧業等許多領域關係密切,對它的開發有很大的經濟效益。DNA重組技術和微生物工程是生物工程中的兩大支柱。從工業規模生產這一點看,微生物工程尤其重要。因為只有通過微生物發酵,才能形成新的產業

微生物工程發展簡史

  20世紀20年代的酒精、甘油和丙酮等發酵工業,屬於厭氧發酵。

  20世紀40年代初,隨著青黴素的發現,抗生素髮酵工業逐漸興起。由於青黴素產生菌是需氧型的,微生物學家就在厭氧發酵技術的基礎上,成功地引進了通氣攪拌和一整套無菌技術,建立了深層通氣發酵技術。這使有機酸、維生素、激素等都可以用發酵法大規模生產

  1957年,日本用微生物生產谷氨酸成功,如今20種氨基酸都可以用發酵法生產。氨基酸發酵工業的發展,是建立在代謝控制發酵技術的基礎上的。目前,代謝控制發酵技術已經用於核苷酸、有機酸和部分抗生素的生產中。

  20世紀70年代以後,基因工程、細胞工程等生物工程技術的開發,使發酵工程進入了定向育種的階段。

  20世紀80年代以來,隨著學科之間的滲透和交叉,數學、動力學、化學工程原理和電腦技術開始被用於發酵過程的研究。目前,自動記錄和自動控制發酵過程的全部參數已經被應用於生產。

微生物工程應用

  發酵工程以其生產條件溫和,原料來源豐富且價格低廉,產物專一,廢棄物對環境污染小和容易處理等特點,而在醫葯工業、食品工業農業冶金工業、環境保護等許多領域得到了廣泛的應用,逐步形成了規模龐大的發酵工業。在一些發達國家,發酵工業的總產值占到國民生產總值的5%左右。

  在醫葯工業上的應用

  發酵工程在醫葯工業上的應用,成效十分顯著,生產出瞭如抗生素、維生素、動物激素、藥用氨基酸、核苷酸(如肌苷)等。目前,常用的抗生素已達100多種,如青黴素類、頭孢菌素類、紅黴素類和四環素類。另應用發酵工程大量生產的基因工程藥品有人生長激素、重組乙肝疫苗、某些種類的單克隆抗體、白細胞介素-2、抗血友病因數等。

  在食品工業上的應用

  發酵工程在食品工業上的應用十分廣泛,主要包括:

  第一、生產傳統的發酵產品,如啤酒、果酒、食醋等,使產品的質量和產量得到明顯提高。

  第二、生產食品添加劑。如L-蘋果酸、檸檬酸、谷氨酸、紅曲素、高果糖漿等。

  第三、單細胞蛋白的生產。

  在農業上的應用

  微生物工程技術和產品為農業的發展提供了有利的支持,主要包括:生物農藥(微生物殺蟲劑、防治植物病害微生物)、生物除草劑、生物增產劑、食用菌。

  輕工業上的應用

  由微生物生產出許多種可用於輕工業加工的酶,主要類型如下:

  糖酶:α-澱粉酶、半乳糖酶、纖維素酶類等

  蛋白酶:鹼性蛋白酶(用於洗滌劑、膠片銀的回收、啤酒去濁)、酸性蛋白酶(用於飲料食品的冷藏、製作蛋白水解酶)、中性蛋白酶

  果膠酶:水解果膠物質。

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