微生物工业创造的奇迹

2微生物工业创造的奇迹

（1）使儿童一年平均身高增加5.7厘米的面包

据日本试验，在3000名学龄儿童吃的面包内添加0.5%的赖氨酸，1年后，这些儿童较其他儿童身高平均增加5.7厘米，体重平均增加4.4千克。面包是微生物工业的产品，赖氨酸也是微生物工业的产品。面包疏松柔软，清香可口，是因为人们在制作面包时，在原料中加入酵母菌或加入含有大量酵母菌的“老面”，在适宜的温度下经过几小时的发酵，然后放在烤箱中高温（250℃左右）烘烤，酵母菌将面粉中的糖发酵生成酒精和二氧化碳，二氧化碳气体使面团膨胀，形成疏松柔软的多孔结构，通过烘烤，促使更多的发酵产物形成，这些产物使面包色、香、味都比同类面粉食品更胜一筹。面包富于营养是因为酵母本身含有较多的人类需要的各种氨基酸和维生素等，并易为人体吸收利用。由于面包冷、热均可吃，携带方便，不易变质，所以面包成为遍布世界无可比拟的主食品，也是微生物工业最大众化的产品。

赖氨酸有可以使儿童身高、体重迅速增加的作用，例如上述的日本试验。早在1973年，联合国粮农组织（FAO）和世界卫生组织（WHO）公布的报告中指出：人们每天对于赖氨酸的必需量，以每千克体重计算，3～6个月的婴儿为103毫克；10～12岁的儿童为60毫克；成人为12毫克。小孩对赖氨酸的需求量为成年人的5～10倍，这是因赖氨酸在人类长身体过程中有特殊作用的缘故。赖氨酸的神奇功能还表现在饲料方面的应用，1吨赖氨酸添加剂可节省125吨饲料，相当于少种13多公顷的饲料地，更可以增产10～16吨猪肉或8吨鸡肉，或15吨鸡蛋。在医药方面，赖氨酸与其他氨基酸输液用于病人手术前后、传染病恢复期、创伤、烧伤、骨折、胃和十二指肠溃疡、慢性营养不良、厌食、肝性脑病等患者，其效果远胜于葡萄糖输液，而赖氨酸是配制氨基酸输液的必不可少的用量最多的原料之一。由于赖氨酸是构成蛋白质的基本单位，是参与生物体生命活动的重要物质，而且在人体内不能合成，必须从食品、饮料、药物等物质中获取，因此赖氨酸是人体的必需氨基酸，使人体长高增重，使畜禽增产，这就是赖氨酸在生命活动中显示的独特作用。

（2）比糖甜150倍的甜味素

甜味素，它的全名是L-_?-天冬氨酸苯丙氨酸甲酯，自1981年美国联邦食品药品管理局批准它为合法的甜味剂以来，盛行于全世界调味品市场，产值已达几亿美元。甜味素味如白糖，甜度高出白糖150倍而不腻不苦，低热量，无需胰岛素消化，故适合于糖尿病、肥胖病和心血管病患者食用；抗微生物，防龋齿，是一种有效的保健添加剂，广受人们喜爱。生产甜味素的3种主要原料苯丙氨酸、天冬氨酸和蛋白酶，大多数都是用微生物发酵生产的，属微生物工业的产品。由于甜味素的兴起，极大地推动了苯丙氨酸的发酵法生产，产量10年内增长了10倍。这说明，随着氨基酸用途的进一步开拓，微生物工业也会更加兴旺发达。

赖氨酸、苯丙氨酸、天冬氨酸仅是氨基酸中的3种，而组成蛋白质的重要氨基酸有20多种，非蛋白质的氨基酸400多种，由氨基酸衍变而成的物质达千种之多。氨基酸的生产有生物资源提取法、化学合成法、微生物发酵法和现代生物技术法4种方法，但发展趋势是后两种方法的应用进展最快，效益最佳。后两种方法的生产都属于微生物工业。现今，重要的氨基酸规模化生产大都用微生物发酵法和现代生物技术的方法，这些微生物工业的产品具有重要的用途。

用量、生产量最多的氨基酸就是家喻户晓的味精，它的全名是L-谷氨酸钠，具有强烈的鲜味，用作家庭、饮食业、食品加工业（罐头、香肠、汤料类、面类、火腿、蔬菜）等的调味剂。

（3）把人类平均寿命从40岁提高到65岁的“神药”

1929年英国微生物学家弗莱明在培养金黄色葡萄球菌时，发现一种霉菌能抑制金黄色葡萄球菌生长，经仔细观察研究，才知道是由于这种霉菌产生的代谢产物作用之故，这种代谢产物英文名叫做penicillin，中文原译为盘尼西林，现译为青霉素，这就是青霉素的首次发现。弗莱明根据多年研究化学药物实验的经验，认识到青霉素用于化学治疗的可能性，经过8个月的研究，他在一种科学刊物上阐述了此发现的重要意义。其实生物学家约翰·丁道尔早就观察到类似的抑制菌生长现象，但他认为此现象是自然发生的，并没有看出这些现象的重要意义。弗莱明不仅观察到了抑菌现象，更重要的是提出了问题：青霉素可能用于化学治疗。弗莱明创造性的思维，使科学取得了真正的进展。但是，此发现当时并没有被重视，甚至有人认为不值得深入研究。直到10年后，英国的弗洛里和其他人才开始对青霉素感兴趣，研究用它治疗葡萄球菌感染。1941年正值第二次世界大战，弗洛里携带着产生青霉素的菌种，远涉重洋到美国进行访问、游说，因为当时对药品的急需，因而得到了美国的支持，得以继续开展研究，成功地把青霉素制成了治疗药物，并进行发酵生产。由于是在战时，所以生产秘密进行，产量也很低，产品由美国政府分配给军队使用。美国陆军医院试用青霉素治疗许多患败血症、心内膜炎和心包炎等当时认为是“绝症”的伤病员，病人意外地获得了痊愈。这轰动了医药界，青霉素被誉为“神药”。

青霉素的发现，带动了几百种抗生素的相继出现，使医药行业迎来了抗生素的时代。20世纪40年代以前，仅金黄色葡萄球菌引起的败血症死亡率就达75%，而现在，抗生素可以控制95%以上的细菌感染疾病。接种牛痘预防天花，把人类的平均寿命从18岁提高到40岁，被称为人类寿命的第一次革命；而“神药”抗生素的问世，把人类的平均寿命从40岁提高到65岁，被称为人类寿命的第二次革命。牛痘是将天花病毒种在牛身上制成，青霉素是霉菌发酵所得产物，都是微生物的产品，可见，利用有益微生物，发展微生物工业，在改变人类的命运方面功德无与伦比。

青霉素的巨大成就，促使各种抗生素雨后春笋般地出现。1944年发现了链霉素，1947年发现了氯霉素，1948年发现了金霉素，1949年发现了新霉素。到1950年筛选到的抗生素为50多种，1974年为340种，至今已找到的抗生素估计超过9000多种，用于生产和临床的有200多种。其不仅可以治疗细菌传染病，也能治疗霉菌、酵母菌、病毒、原虫、寄生虫等引起的疾病。一些有抗肿瘤、抗细胞毒性作用的抗生素，也扩展到农业、牧业、饲养业、林业和食品业等领域应用，例如农业上用作植物保护剂的，包括杀昆虫剂、杀真菌剂、除草剂、生产调节物质等。春日霉素广泛而有效地用于农作物的真菌病害、病毒病害、稻枯萎病害的防治而且对动、植物无毒，能很快被土壤中的微生物分解，这就是微生物农药优于化学农药之处，因此环保部门和学者们极力主张发展和推广生物农药。

（4）使植物疯长的赤霉素

早在1957年8月，在美国旧金山一次生物科学学术会上，主办者展示了几棵高达5米的巨大甘蓝（一般甘蓝高度约1米）。无独有偶，同年不久，在莫斯科的温室里，原高不过1米的烟草，有几株竟高达4米。为什么这几株植物比其同种植物长高几倍，成为“巨人”呢？原来这几株植物是经过赤霉素处理后，才疯长成“巨人”的。

赤霉素，我国常称其为“九二○”，它是水稻恶苗病菌植株上分离的一种霉菌产生的，目前已知的赤霉素至少有100种，它是一种很好的植物生长刺激素，能强烈地刺激一年生及二年生植物的快速生长，促进种子发芽和植株开花及结果，使用得当，大有用处，例如：用百万分之几的赤霉素溶液浸稻、麦、棉、烟、萝卜、甘蓝、油菜等的种子，或将幼苗秆株蘸根、点涂、喷撒等处理，则种子发芽加快、发芽率提高、苗全、苗齐和苗壮、茎秆伸长、叶面增大、开花结果提前、作物丰产。我国曾用赤霉素处理开花前后的葡萄果穗，结果形成无子葡萄，葡萄果实增大。赤霉素用于啤酒工业，不仅能使麦芽生长好，而且能增加啤酒的泡沫。赤霉素使用不得当，则适得其反，如使用浓度偏高，植株的茎、叶过度细长，植物成了病态，品质下降；如使用浓度偏低，或作用时间、方法不合理，则效果不显著。我国“九二○”曾风靡一时，后来几起几落，虽然有质量、价格等方面的原因，但使用不当也是重要因素之一，因此，好的微生物产品一定要合理使用。

能作为植物生长刺激素的微生物工业产品还有不少，但这仅是农业微生物工业的一方面，前面所述农业上使用的抗生素可归为农业微生物工业的另一方面。此外，微生物杀虫剂、微生物除草剂、微生物肥料等，都是农业微生物工业的用途广、效益显著的产品。

（5）不污染环境的酶制剂洗衣粉

目前我们用的洗衣粉，绝大多数都是用各种化合物配制成的，其中有一种化合物是三聚磷酸钠，洗衣粉的去污力主要靠它，但是它使排出的水中含有大量的磷，此水流入湖泊、塘堰、江河，严重污染水质，使水发臭。如何使洗衣粉和其他洗涤剂、洗净液效果好而又不污染环境？最佳选择是用微生物产的酶配制。酶是由各种氨基酸构成的一种特殊蛋白质，人们称它为生物催化剂，催化生物体内各种化学反应，动物、植物和微生物都产生酶，已发现的酶有2500多种，能由工业制备的仅50多种，大部分是由微生物工业生产的。洗涤方面所用的酶主要是蛋白酶、脂肪酶和纤维素酶。由于酶的特点是作用专一性强、速度快、效力高，所以蛋白酶专“吃”蛋白质污垢物，脂肪酶专“吃”油脂污垢物，纤维素酶专“吃”纤维素污垢物，而且“吃”得快、“吃”得干净。酶对人无毒害，也不污染环境。不少发达国家已立法限制三聚磷酸钠洗涤剂的使用，用酶洗涤剂取代，有的国家酶洗涤剂已占总洗涤剂的90%以上，我国也在加速发展酶洗涤剂的生产。

用酶作催化剂合成各种各样的化合物，是化学工业上的革命性变革，是重要的战略性转移。例如，甜味素最初是用一般化学合成法合成，手段繁琐，设备昂贵，消耗大，成本高。后来发明了用蛋白酶作催化剂进行酶法合成生产，不仅工艺简便，产品质量高，而且成本降低了一半。这也是现代微生物工业发展的重要领域之一。

微生物产品在各行各业的广泛应用，使各行各业发展起了各自的微生物工业，上述仅仅是几个具有代表性的例子，另外还有乳酸、柠檬酸、丙酮、甘油、丁醇、核酸、多糖、维生素、单细胞蛋白和甲烷等许多微生物工业的产品，这些产品除在食品、医药、农业、林业、饲料、环保、化工、轻工中应用外，在能源、电子、国防等方面也有重要的用途，而且随着微生物学的进展、分子生物学技术的发展、各相关学科和技术的进步，许多新工艺、新产品正在不断地涌现。