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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流微生物的应用.精品文档.医学界：药品 包括初级和次级代谢产物 如激素 抗生素 维生素 等食品届 ：单细胞蛋白 即微生物发酵的菌体本身工业：微生物涉及食品、制药、冶金、采矿、石油、皮革、轻化工等多种行业。通过微生物发酵途径生产抗生素、丁醇、维生素C以及一些风味食品的制备等；某些特殊微生物酶参与皮革脱毛、冶金、采油采矿等生产过程，甚至直接作为洗衣粉等的添加剂；另外还有一些微生物的代谢产物可以作为天然的微生物杀虫剂广泛应用于农业生产。通过对枯草芽孢杆菌的基因组研究，发现了一系列与抗生素及重要工业用酶的产生相关的基因。乳酸杆菌作为一种重要的微生态调节
2、剂参与食品发酵过程，对其进行的基因组学研究将有利于找到关键的功能基因，然后对菌株加以改造，使其更适于工业化的生产过程。国内维生素C两步发酵法生产过程中的关键菌株氧化葡萄糖酸杆菌的基因组研究，将在基因组测序完成的前提下找到与维生素C生产相关的重要代谢功能基因，经基因工程改造，实现新的工程菌株的构建，简化生产步骤，降低生产成本，继而实现经济效益的大幅度提升。对工业微生物开展的基因组研究，不断发现新的特殊酶基因及重要代谢过程和代谢产物生成相关的功能基因，并将其应用于生产以及传统工业、工艺的改造，同时推动现代生物技术的迅速发展。微生物的应用范围相当广泛，传统上微生物在酒类酿造、食品酦酵和污水处理等方面
3、都扮演重要角色；随着科技发展的脚步，许多由微生物生产的产品也被一一开发。微生物产品一般依据其用途来区分，例如：（1）医药品，包括抗生素、荷尔蒙、疫苗、免疫调节剂、血液蛋白质等；（2）农业用品，包括家畜用药、微生物肥料、微生物杀虫剂、微生物除草剂等；（3）特用品和食品添加剂，包括氨基酸、维生素、有机酸、核苷酸等；（4）大宗化学品和能源产品，包括酒精、甘油、甲烷等；（5）环保产品：垃圾处理或分解环境污染物质的微生物；（6）其它产品：有助于金属滤取(bioleaching of metals)的微生物、遗传工程蜘蛛丝蛋白质(genetically engineered spiders silk pr
4、oteins)等。另外也可以将微生物产品依据生产的来源来分类，例如：（1）微生物菌体，包括烘焙酵母、菇类、藻类、乳酸酦酵用的种菌(starters)、冬虫夏草、益生菌、改善环境的各种微生物制剂等；（2）微生物酵素，包括淀粉酶、纤维素酶、蛋白酶、微生物凝乳酶(microbial rennin)、脂肪酶(lipases)、葡萄糖异构酶(glucose isomerase)、青霉素醯化酶(penicillin acylase)、胆固醇氧化酶(cholesterol oxidase)、限制酶(restriction enzymes)等；（3）微生物代谢物，包括酦酵产物(fermentation pro
5、ducts)如酒精、乳酸、丁醇与丙酮等，生长因子(growth factors)如氨基酸、维生素、柠檬酸等，二级代谢产物(secondary metabolites) 如抗生素、生物碱(alkaloids)等；（4）遗传工程蛋白质，包括人类荷尔蒙如胰岛素(insulin)、生长激素(human growth hormone)；免疫调节剂如干扰素(interferons)、细胞间素(interleukins)；血液蛋白质如凝血因子(blood-clotting factors)、血清白蛋白(serum albumin)、基因重组疫苗如B型肝炎疫苗(hepatitis B vaccine)、猪的狂
6、犬病和下痢疫苗(rabies vaccine and diarrhea vaccine for pigs)；单株抗体(monoclonal antibodies)等。微生物在食品工业中的应用1.1 食醋 食醋是我国劳动人民在长期的生产实践中制造出来的一种酸性调味品。它能增进食欲，帮助消化，在人们饮食生活中不可缺少。在我国的中医药学中醋也有一定的用途。全国各地生产的食醋品种较多。著名的山西陈醋、镇江香醋、四川麸醋、东北白醋、江浙玫瑰米醋、福建红曲醋等是食醋的代表品种。食醋按加工方法可分为合成醋、酿造醋、再制醋三大类。其中产量最大且与我们关系最为密切的是酿造醋，它是用粮食等淀粉质为原料，经微生物制
7、曲、糖化、酒精发酵、醋酸发酵等阶段酿制而成。其主要成分除醋酸(3%5%)外，还含有各种氨基酸、有机酸、糖类、维生素、醇和酯等营养成分及风味成分，具有独特的色、香、味。它不仅是调味佳品，长期食用对身体健康也十分有益。 1.1.1 生产原料 目前酿醋生产用的主要原料有：薯类 如甘薯、马铃薯等；粮谷类 如玉米、大米等；粮食加工下脚料 如碎米、麸皮、谷糠等；果蔬类 如黑醋栗、葡萄、胡萝卜等；野生植物 如橡子、菊芋等；其他 如酸果酒、酸啤酒、糖蜜等。 生产食醋除了上述主要原料外，还需要疏松材料如谷壳、玉米芯等，使发酵料通透性好，好氧微生物能良好生长。 1.2 发酵乳制品 发酵乳制品是指良好的原料乳经过杀
8、菌作用接种特定的微生物进行发酵作用，产生具有特殊风味的食品，称为发酵乳制品。它们通常具有良好的风味、较高的营养价值、还具有一定的保健作用。并深受消费者的普遍欢迎。常用发酵乳制品有酸奶、奶酪、酸奶油、马奶酒等。 发酵乳制品主要包括酸奶和奶酪两大类，生产菌种主要是乳酸菌。乳酸菌的种类较多，常用的有干酪乳杆菌(Lactobacillus casei)、保加利亚乳杆菌(L. bulgaricus)、嗜酸乳杆菌(L. acidophilus)、植物乳杆菌(L. plantarum)、乳酸乳杆菌(L. Lactis)、乳酸乳球菌(Lactococcus lactis)、嗜热链球菌(Streptococcu
9、s thermophilus)等。 近年来，随着对双歧乳酸杆菌在营养保健方面作用的认识，人们便将其引入酸奶制造，使传统的单株发酵，变为双株或三株共生发酵。由于双歧杆菌的引入，使酸奶在原有的助消化、促进肠胃功能作用基础上，又具备了防癌、抗癌的保健作用。双歧杆菌因其菌体尖端呈分枝状(如Y型或V型)而得名。双歧杆菌是无芽孢革兰氏阳性细菌，专性厌氧、不抗酸、不运动、过氧化氢酶反应为阴性，最适生长温度为3741。初始生长最适pH6.57.0，能分解糖。双歧杆菌能利用葡萄糖发酵产生醋酸和乳酸(2：3)，不产生CO2。目前已知的双歧杆菌共有24种，其中9种存在于人体肠道内，它们是两歧双歧杆菌(B. bifi
10、dum)、长双歧杆菌(B. longum)、短双歧杆菌(B. brevvis)、婴儿双歧杆菌(B. angulatum)、链状双歧杆菌(B. adolescentis)、假链状双歧杆菌(B. pseudocatenulatum)和牙双歧杆菌(B. dentmum)等。应用于发酵乳制品生产的仅为前面5种。 双歧杆菌与人体，除了如在酸奶中起到和其它乳酸菌一样的对乳营养成分的“预消化”作用，使鲜乳中的乳糖、蛋白质水解成为更易为人体吸收利用的小分子以外，主要产生双歧杆菌素。其对肠道中的致病菌如沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、志贺氏菌等具有明显的杀灭效果。乳中的双歧杆菌还能分解积存于肠胃中的致癌物N-亚硝基胺
11、，防止肠道癌变，并能通过诱导作用产生细胞干扰素和促细胞分裂剂，活化NK细胞，促进免疫球蛋白的产生、活化巨嗜细胞的功能，提高人体的免疫力，增强人体对癌症的抵抗和免疫能力。 目前，发酵乳制品的品种很多，如酸奶、饮料、干酪、乳酪等。现仅简要介绍一下双歧杆菌酸奶的生产工艺。 双歧杆菌酸奶的生产有两种不同的工艺。一种是两歧双歧杆菌与嗜热链球菌、保加利亚乳杆菌等共同发酵的生产工艺，称共同发酵法。另一种是将两歧双歧杆菌与兼性厌氧的酵母菌同时在脱脂牛乳中混合培养，利用酵母在生长过程中的呼吸作用，以生物法耗氧，创造一个适合于双歧杆菌生长繁殖、产酸代谢的厌氧环境，称为共生发酵法。 1.3 氨基酸发酵 1.3.1
12、概述 氨基酸是组成蛋白质的基本成分，其中有8种氨基酸是人体不能合成但又必需的氨基酸，称为必需氨基酸，人体只有通过食物来获得。另外在食品工业中，氨基酸可作为调味料，如谷氨酸钠、肌苷酸钠、鸟苷酸钠可作为鲜味剂，色氨酸和甘氨酸可作为甜味剂，在食品中添加某些氨基酸可提高其营养价值等等。因此氨基酸的生产具有重要的意义。表71列出部分氨基酸生产所用的菌株。 自从60年代以来，微生物直接用糖类发酵生产谷氨酸获得成功并投入工业化生产。我国成为世界上最大的味精生产大国。味精以成为调味品的重要成员之一，氨基酸的研究和生产得到了迅速发展。随着科学技术的进步，对传统的工艺不断地进行改革，但如何保持传统工艺生产的特有风
13、味，从而使新工艺生产出的产品更具魅力，是今后研究的课题。 1.5 黄原胶 1.5.1 概况 黄原胶(Xamthan Gum)别名汉生胶，又称黄单胞多糖，是国际上70年代发展起来的新型发酵产品。它是由甘兰黑腐病黄单胞细菌(Xanthomonas campestris)以碳水化合物为主要原料，经通风发酵、分离提纯后得到的一种微生物高分子酸性胞外杂多糖。其作为新型优良的天然食品添加剂用途越来越广泛。 国际上，黄原胶开发及应用最早的是美国。美国农业部北方地区Peoria实验室于60年代初首先用微生物发酵法获得黄原胶。1964年，美国Merck公司Keco分部在世界上首先实现了黄原胶的工业化生产。197
14、9年世界黄原胶总产量为2000t，1990年达4000t以上。在美国，黄原胶年产值约为5亿美元，仅次于抗生素和溶剂的年产值，在发酵产品中居第3位。 我国对黄原胶的研究起步较晚，进行开发研究的单位，如南开大学、中科院微生物研究所、山东食品发酵研究所等，均已通过中试鉴定。目前全国有烟台、金湖、五连等数家黄原胶生产厂，年产在200t左右，主要用作食品添加剂。我国生产黄原胶的淀粉用量一般在5%左右，发酵周期为7296h，产胶能力3040g/L，与国外比较，生产水平较低。随着黄原胶生产和应用范围的进一步发展，目前北京、四川、郑州、苏州、山东等地都有黄原胶生产新厂建成，预示着我国的黄原胶生产将呈现一个新的
15、局面。2 食品制造中的酵母及其应用 酵母菌与人们的生活有着十分密切的关系，几千年来劳动人民利用酵母菌制作出许多营养丰富、味美的食品和饮料。目前，酵母菌在食品工业中占有极其重要的地位。利用酵母菌生产的食品种类很多，下面仅介绍几种主要产品。 2.1 面包 面包是产小麦国家的主食，几乎世界各国都有生产。它是以面粉为主要原料，以酵母菌、糖、油脂和鸡蛋为辅料生产的发酵食品，其营养丰富，组织蓬松，易于消化吸收，食用方便，深受消费者喜爱。 酵母是生产面包必不可少的生物松软剂。面包酵母是一种单细胞生物，属真菌类，学名为啤酒酵母。面包酵母有圆形、椭圆形等多种形态。以椭圆形的用于生产较好。酵母为兼性厌氧性微生物，
16、在有氧及无氧条件下都可以进行发酵。2.2 酿酒 我国是一个酒类生产大国，也是一个酒文化文明古国，在应用酵母菌酿酒的领域里，有着举足轻重的地位。许多独特的酿酒工艺在世界上独领风骚，深受世界各国赞誉，同时也为我国经济繁荣作出了重要贡献。 酿酒具有悠久的历史，产品种类繁多如：黄酒、白酒、啤酒、果酒等品种。而且形成了各种类型的名酒，如绍兴黄酒、贵州茅台酒、青岛啤酒等。酒的品种不同，酿酒所用的酵母以及酿造工艺也不同，而且同一类型的酒各地也有自己独特的工艺。 2.2.1 啤酒 啤酒是以优质大麦芽为主要原料，大米、酒花等为辅料，经过制麦、糖化、啤酒酵母发酵等工序酿制而成的一种含有C02、低酒精浓度和多种营养
17、成分的饮料酒。它是世界上产量最大的酒种之一。 3.1 生产用霉菌菌种 淀粉的糖化、蛋白质的水解均是通过霉菌产生的淀粉酶和蛋白质水解酶进行的。通常情况是先进行霉菌培养制曲。淀粉、蛋白质原料经过蒸煮糊化加入种曲，在一定温度下培养，曲中由霉菌产生的各种酶起作用，将淀粉、蛋白质分解成糖、氨基酸等水解产物。 在生产中利用霉菌作为糖化菌种很多。根霉属中常用的有日本根霉(Rhizopus japonicus AS3. 849)、米根霉(Rhizopus oryzae)、华根霉(Rhizopus chinensis等；曲霉属中常用的有黑曲霉(Aspergillus niger)、宇佐美曲霉(Asp. usam
18、ii)、米曲霉(Asp. oryzae)和泡盛曲霉(Asp. awamori)等；毛霉属中常用的有鲁氏毛霉(Mucor rouxii)，还有红曲属(Monascus)中的一些种也是较好的糖化剂，如紫红曲霉(Monascus. Purpurens)、安氏红曲霉(Monascus. anka)、锈色红曲霉(Monascus. rubiginosusr)、变红曲霉(Monascus. serorubescons AS3.976)等。 3.2 酱类 酱类包括大豆酱、蚕豆酱、面酱、豆瓣酱、豆豉及其加工制品，都是由一些粮食和油料作物为主要原料，利用以米曲霉为主的微生物经发酵酿制的。酱类发酵制品营养丰富，易
19、于消化吸收，即可作小菜，又是调味品，具有特有的色、香、味，价格便宜，是一种受欢迎的大众化调味品。 用于酱类生产的霉菌主要是米曲霉（Asp.oryzae），生产上常用的有沪酿3.042，黄曲霉Cr-1菌株（不产生毒素），黑曲霉（Asp. Nigerf-27）等。所用的曲霉具有较强的蛋白酶、淀粉酶及纤维素酶的活力，它们把原料中的蛋白质分解为氨基酸，淀粉变为糖类，在其他微生物的共同作用下生成醇、酸、酯等，形成酱类特有的风味。 3.3 酱油 酱油是人们常用的一种食品调味料，营养丰富，味道鲜美，在我国已有两千多年的历史。它是用蛋白质原料(如豆饼、豆柏等)和淀粉质原料(如麸皮、面粉、小麦等)，利用曲霉及其
20、他微生物的共同发酵作用酿制而成的。 酱油生产中常用的霉菌有米曲霉、黄曲霉和黑曲霉等，应用于酱油生产的曲霉菌株应符合如下条件：不产黄曲霉毒素；蛋白酶、淀粉酶活力高，有谷氨酰胺酶活力；生长快速、培养条件粗放、抗杂菌能力强；不产生异味，制曲酿造的酱制品风味好。1923年美国科学家研究成功了以废糖蜜为原料的浅盘法柠檬酸发酵，并设厂生产。1951年美国Miles公司首先采用深层发酵大规模生产柠檬酸。我国1968年用薯干为原料采用深层发酵法生产柠檬酸成功，许多微生物都能产生苹果酸， 2微生物在农业生产中的应用生物固氮利用固氮微生物进行生物固氮，既能减少生产投入，又能避免环境污染，且能提高作物产量。生物农药
21、利用能够导致农业害虫至病或者分泌物能直接毒死害虫的微生物，减少害虫对农作物的危害，成本低且能维持生态平衡。食用菌生产食用菌是一类能够为人类直接食用的微生物，农民通过一定的程序大规模培育这种微生物，为人类提供营养丰富的食品。生物肥料生物肥料是通过微生物生产的一种农用肥料，俗称农家肥，是绿色食品生产所采用的主要肥料。微生物在医药上的应用有哪些方面提取抗生素（如氯霉素）、改善微环境（如消化系统）、制备活性物质（发酵）食品微生物学是食品科学的重要组成部分,在食品的贮藏,运输,加工,制造过程中都存在许多微生物学问题,一方面是利用有益微生物的作用制造发酵食品;另一方面是防止有害微生物污染食品,保证食品安全
22、.学习食品微生物学要求学生理解,掌握与食品有关的微生物类群的形态,结构及功能,微生物的营养,生长与控制,微生物的代谢,掌握微生物学的基本实验技能和食品微生物的检验等,使学生具有扎实的实验技能.课程的任务是使学生掌握丰富的食品微生物学的基本原理,技能,方法以及食品质量的控制等,为学生学习以后的专业课以及毕业后从事食品生产和科研工作奠定坚实的基础.微生物肥料的种类及其应用中国食品产业网 （2009年3月4日09:44）微生物肥料的种类及其应用肥料是作物的“粮食”、“营养”，直接关系到作物的产量和产品的质量。现今国内外都在积极发展绿色农业(生态农业、有机农业)，提倡生产安全、无公害绿色食品。在生产绿
23、色食品的过程中，则要求不用或尽量少用化学肥料、化学农药和其它化学物资。这就要求肥料首先能促进作物生长和提高产品质量；其次不造成有害物质的产生和积累；再其次是不污染环境和土壤。近年来，我国已施用具有特殊功能的微生物制品和多种微生物肥料，不但减少和缓和了农产品(尤其是蔬菜和水果)中硝酸盐的污染，而且能改善作物的品质。1 微生物肥料的定义微生物肥料是以微生物的生命活动导致作物得到特定肥料效应的一种制品，是农业生产中使用肥料的一种。现在社会上对微生物肥料的看法有一些误解和偏见，一种看法认为它肥效很高，把它当成万能肥料，甚至说成完全可以代替化肥，这一点言过其实；另一种看法则认为它根本不算肥料。其实2种看
24、法都存在片面性。首先，微生物肥料与富含氮、磷、钾的化学肥料不同，微生物肥料是通过微生物的生命活动直接或间接地促进作物生长，抗病虫害，改善作物品质，而不仅仅以增加作物的产量为惟一衡量标准，另一方面，从目前的研究和试验结果来看，微生物肥料不能完全取代化肥，比如用根瘤菌菌剂接种花生。大豆等豆科植物或牧草可以提高共生固氮效能，增产效果很明显。这一点已经广为人知。但在同样有效产量构成的情况下，只能不同程度减少化肥的使用量而不能完全取代。除此以外，每一种肥料都有其适用作物和地区，目前还没有一种肥料可以用到哪里哪里灵。因此，微生物肥料应属于肥料中的一种，但从微生物的种类及其功能来看，与传统的化肥和有机肥又有
25、着本质的区别。2生产不仅仅是发酵过程，从菌种选育、复壮、更新甚至基因重组以及不同菌种的有效组合， 微生物肥料的种类从微生物肥料的功能不同可将其分为2类。2.1 微生物拌种剂利用多孔的物质作为吸附剂(如草炭、蛭石)，吸附菌体的发酵液而成菌剂，这种菌剂用于拌种或蘸根。有益微生物通过其生命活动增加植物营养元素的供应，改善植物营养状况而导致增产。其代表品种为各类根瘤菌肥料，主要应用于豆科植物，使其能在豆科植物根、茎上形成根瘤，同化空气中的氮素来供应植物氮素营养。也可将2种或2种以上微生物(固氮菌、芽孢菌或其它一些细菌)互不拮抗、互相有利，通过其生命活动使作物增产，其作用不仅提高营养元素的供应水平，还包
26、括菌在繁殖过程中自身产生的各类植物生长刺激素，拮抗某些病原菌，达到抑制病害的目的，尤其是土传病害，例如线虫病害、全蚀病、青枯病、枯萎病等。有的菌剂能活化土壤中被固定的磷、钾矿物，使之被植物吸收。另一些菌剂能加速作物秸秆的腐熟和促进有机废物发酵。2.2 复合微生物肥料除了含有效微生物外，还有一些营养物质。根据营养物质的不同可分为：微生物和有机物复合；微生物和有机物质及无机元素复合。如果根据作用机理则可分为：以营养为主；以抗病为主，以降解农药为主；也可多种作用同时兼有。每种肥料各有特色，作用不完全一致，但目的都是为了提高作物的产量，减少化肥用量，降低成本，改良土壤和改善作物品质，保护生态环境。如果
27、按其制品中特定的微生物种类，可分为细菌肥料(根瘤菌肥、固氮、解磷、解钾肥)、放线菌肥(抗生肥料)、真菌类肥料(菌根真菌、霉菌肥料、酵母肥料)、光合细菌肥料。如果按作用机理，可分为根瘤菌肥料、固氮菌肥料(自生或联合共生类)、解磷肥料、硅酸盐类肥料、芽孢杆菌制剂、分解作物秸秆制剂、微生物植物生长调节剂类。目前正处于研究与探索的促进植物生长调节剂类。目前正处于研究与探索的促进植物生长与根圈(际)细菌(Plant-Growth- Promoting Rhizobacteria)即属于这一类。随着研究的深入，此类微生物及其制品将会应用得更广泛、更合理。国外对微生物肥料的研究和应用比我国早。其主要品种是根
28、瘤菌拌种剂。10多年来我国微生物肥料发展较迅速，但根瘤菌应用较少，其它品种的肥料如固氮、解炮、解钾、芽孢类制剂应用较多，大多已工厂化生产。微生物肥料的生产是高新技术，总的看，微生物肥料的都需要高技术。还包括发酵设备配套、工艺合理，生产性能稳定以及微生物进入土壤后的定殖竞争等生态学研究。总之要搞明白微生物与作物品种、土壤肥力、土壤类型之间的关系，达到合理施用肥料的目的，这均有待深入研究。微生物肥料的剂型有液体和固体2种，不论哪一种剂型都要对微生物有保护作用，使之尽量长时间地生存，顺利地进入土壤繁殖。微生物肥料中的有益微生物进行生命活动时，需要能量和养分。当进入土壤后，能源物质和营养供应充足时，其
29、所含的有益微生物便大量繁殖和旺盛代谢，从而发挥其效果。反之则无效果或效果不明显。当土壤生态环境(水分、温度、氧气、pH、氧化还原电位因素等)适宜于肥料中的有益微生物生活时，其效果尤为显著，因此，合理的农业技术设施可以改善土壤环境，提高微生物肥料的有效性。微生物肥料的作用是综合性的。首先它能增加肥力，这是作为微生物肥料的主要功效。微生物的生命活动与土壤肥力之间的关系是肯定的，但由于一些研究不到位，有的机理还不能完全阐明；其次是能协助农作物吸收营养，如根瘤菌能在根瘤中固定氮素并被植物吸收，既能全部利用又无污染问题。AM真菌是一种土壤真菌，它与多种植物根系共生，其菌丝可以吸收更多的营养供给植物吸收利
30、用，尤其磷的吸收最明显；微生物肥料还可以增加植物的抗病虫害和抗旱能力。PGPR的研究与应用给这方面提供了很好的证据。PGPR还可以产生胞外溶解酶(selerotium)、氰化氢(Tnielaviopsis)改变微生态环境。还有研究认为，PGPR接种后，能够促使根内水质素的增加，从而促进作物强壮，产生抗逆能力。利用微生物肥料的另一个作用是减少化肥的使用量，同时提高作物品质。生产微生物肥料所用菌必须是安全的。菌种首先必须对人、动物、植物无急性、恶急性病害，其次要有一定的功效。优良菌株很重要，因为同一种菌，经过筛选或诱变，可以筛选到作用更强的菌株。菌种应用要科学、合理。有的肥料产品将大豆根瘤菌用于禾
31、本科作物如小麦、玉米等，这是十分可笑的。芽孢类菌组合也应做试验，有些种类不适宜组合，有些菌的安全性也应检定。微生物肥料不要长时间暴露在阳光下，以免紫外线杀死肥料中的微生物，有些产品不宜与化肥混用，更不能与杀菌剂混用。微生物肥料发展很快，但也存在一些不合理的问题。如盲目地认为肥料中加入菌的种类越多越好而将互相拮抗菌放在一起；发酵设备不完善；工艺不先进；生产技术低下；产品质量不稳定；微生物复合肥料中化肥比例大，名不符实；基础性研究薄弱；高新产品开发滞后等等。微生物肥料不可能解决生产中的全部问题，但与化肥相比，微生物肥料目前在农业增产中的作用还太小，是应该大力发展的肥料品种。细菌通常与酵母菌及其他种
32、类的真菌一起用于酦酵食物，例如在醋的传统制造过程中，就是利用空气中的醋酸菌（Acetobacter）使酒转变成醋。其他利用细菌制造的食品还有奶酪、泡菜、酱油、醋、酒、优格等。细菌也能够分泌多种抗生素，例如链霉素即是由链霉菌（Steptomyces）所分泌的。细菌能降解多种有机化合物的能力也常被用来清除污染，称做生物复育（bioremediation ）。举例来说，科学家利用嗜甲烷菌（methanotroph）来分解美国佐治亚州的三氯乙烯和四氯乙烯污染。人类也时常利用细菌，例如奶酪及优格的制作、部分抗生素的制造、废水的处理等，都与细菌有关。在生物科技领域中，细菌有也著广泛的运用。放线菌与人类的生
33、产和生活关系极为密切，目前广泛应用的抗生素约70%是各种放线菌所产生。一些种类的放线菌还能产生各种酶制剂（蛋白酶、淀粉酶、和纤维素酶等）、维生素（B12）和有机酸等。弗兰克菌属（Frankia）为非豆科木本植物根瘤中有固氮能力的内共生菌。此外，放线菌还可用于甾体转化、烃类发酵、石油脱蜡和污水处理等方面。少数放线菌也会对人类构成危害，引起人和动植物病害。因此，放线菌与人类关系密切，在医药工业上有重要意义。最常提到的酵母酿酒酵母（也称面包酵母）(Saccharomyces cerevisiae)，自从几千年前人类就用其发酵面包和酒类，在酦酵面包和馒头的过程中面团中会放出二氧化碳。因酵母属于简单的单
34、细胞真核生物，易于培养，且生长迅速，被广泛用于现代生物学研究中。如酿酒酵母作为重要的模式生物，也是遗传学和分子生物学的重要研究材料。酵母菌中含有环状DNA-质粒，可以用来作基因工程的载体。1能源性微生物的主要种类根据安斯沃思（Ainsworth 1971，1973）的分类系统，运用世界上主要依据的伯杰（Bergeys 19231957）细菌鉴定法和洛德（Lodder 1970）的酵母菌等鉴定法分类鉴定表明，能源性微生物的主要种类是：甲烷产生菌的主要种类有甲烷杆菌属（Methanobacterium）、甲烷八叠菌属（Methanosarcina）、甲烷球菌属（Methanoccus）等。乙醇产生
35、菌的主要种类有酵母菌属（Saccharomyces）、裂殖酵母菌属（Schizosaccharomyces）、假丝酵母属（Candida）、球拟酵母属（Torulopsis）、酒香酵母属（Brettanomyces）、汉逊氏酵母属（Hansenula）、克鲁弗氏酵母属（Kluveromyces）、毕赤氏酵母属（Pichia）、隐球酵母属（Cryptococcus）、德巴利氏酵母属（Debaryomyces）、卵孢酵母属（Oosporium）、曲霉属（Aspengillus）等。氢气产生菌的主要种类有红螺菌属（Rhodospirillum）、红假单胞菌属（Rhodopseudomonas）、红微
36、菌属（Rhodomicrobium）、荚硫菌属（Thiocapsa）、硫螺菌属（Thiospirillum）、闪囊菌属（Lamprocystis）、网硫菌属（Thiodictyon）、板硫菌属（Thiopedia）、外硫红螺菌属（Ectothiorhodospira）、梭杆菌属（Fusobacterium）、埃希氏菌属（Escherichia）、蓝细菌类等。2.现阶段微生物产能的应用2.1沼气发酵。微生物可通过厌氧发酵，把多种生物质(包括动物食用生物质后转化的粪便等)转化为能燃烧的甲烷。我国地少人多，生态脆弱，推广沼气发酵，不仅可以解决农民的燃料问题，而且有利于农村粪便的处理和环境的改善。城市
37、利用工厂废料和垃圾发酵沼气，除了清洁环境外，也可为城市提供一定的能源。甲烷产生菌所产生的能源是当前已获大量实际应用的一种微生物能源。目前，世界各国已经开始将沼气用作燃料和用于照明。用沼气代替汽油、柴油，发动机器的效果也很好。将它作为农村的能源，具有许多优点。例如，修建一个平均每人l15平方米的发酵池，就可以基本解决一年四季的燃柴和照明问题；人、畜的粪便以及各种作物秸杆、杂草等，通过发酵后，既产生了沼气，还可作为肥料，而且由于腐熟程度高使肥效更高，粪便等沼气原料经过发酵后，绝大部分寄生虫卵被杀死，可以改善农村卫生条件，减少疾病的传染。现在，沼气的应用正在各国广大农村推广，沼气能源的开发利用的普及
38、等方面，已经取得了较好的成绩。近年来，我国沼气事业获得了迅速的发展，沼气池总数已达到1000多万个。在四川、浙江、江苏、广东、上海等省市农村，有些地方除用沼气煮饭、点灯外，还办起了小型沼气发电站，利用沼气能源作动力进行脱粒、加工食料、饲料和制茶等，闯出了用“土”办法解决农村电力问题的新路子。2.2酒精发酵。酒精生产在中国已有上百年的历史。为了解决石油紧缺的难题，巴西从上世纪70年代就开始利用甘蔗榨汁为原料，通过微生物发酵生产酒精代替汽油，现在年产汽车酒精1000万吨。美国从1978年至今，已通过十多项法案，从能源、交通、税收、环保等方面对汽车使用酒精给予支持，用粮食和秸杆生产的酒精量已达512
39、万吨。我国从2001年起在南阳、吉林、哈尔滨建设了以陈粮为原料的酒精生产工厂，总规模已接近100万吨。我国每年产生的秸杆等生物质高达11亿吨以上，但利用生物质生产酒精的技术，至今还没能进入生产实践。乙醇产生菌生产的能源性物质，目前主要用于燃料和替代汽车等运输工具所使用的汽车用油（如汽油和柴油）。例如巴西用乙醇产生菌生产的乙醇1990年就已达到16106m3，足够供应200万辆汽车的驱动能源之需要。2.3氢燃料微生物制氢技术亦受人们的关注。利用微生物在常温常压下进行酶催化反应可制得氢气。根据微生物生长所需能源来源，能够产生氢气的微生物，大体上可分为两大类：如下图所示。一类是光合菌，利用有机酸通过
40、光产生H2和CO2。利用光合菌从有机酸制氢的研究在七、八十年代就相当成熟。但由于其原料来源于有机酸，限制了这种技术的工业化大规模使用。另一类是厌氧菌，利用碳水化合物、蛋白质等，产生H2、CO2和有机酸。目前，利用厌氧进行微生物制氢的研究大体上可分为三种类型。一是采用纯菌种和固定技术进行微生物制氢，但因其发酵条件要求严格，目前还处于实验室研究阶段。二是利用厌氧活性污泥进行有机废水发酵法生物制氢；三是利用连续非固定化高效产氢细菌使含有碳水化合物、蛋白质等的物质分解产氢，其氢气转化率可达30%左右。2.4微生物燃料电池燃料电池可以用氢、联氨、甲醇、甲醛、甲烷、乙烷等作燃料，以氧气、空气、双氧水等为氧
41、化剂。现在我们可以利用微生物的生命活动产生的所谓“电极活性物质”作为电池燃料，然后通过类似于燃料电池的办法，把化学能转换成电能，成为微生物电池。作为微生物电池的电极活性物质，主要是氢、甲酸、氨等等。例如，人们已经发现不少能够产氢的细菌，其中属于化能异养菌的有三十多种，它们能够发酵糖类、醇类、有机酸等有机物，吸收其中的化学能来满足自身生命活动的需要，同时把另一部分的能量以氢气的形式释放出来。有了这种氢作燃料，就可以制造出氢氧型的微生物电池来。在密闭的宇宙飞船里，宇航员排出的尿怎么办？美国宇航局设计了一种巧妙的方案：用微生物中的芽孢杆菌来处理尿，生产出氨气，以氨作电极活性物质，就得到了微生物电池，
42、这样既处理了尿，又得到了电能。一般在宇航条件下，每人每天排出22克尿，能得到47瓦电力。同样的道理，也可以让微生物从废水的有机物当中取得营养物质和能源，生产出电池所需要的燃料。已有的研究结果表明，氢气产生菌在含有葡萄糖培养基的10 L发酵罐中，产H2速度最高可达1823Lh，并进而利用所产生的H2推动功率为3.13.5V燃料电池的工作。美国宾夕法尼亚州立大学科学家说，他们开发了一种高效能的微生物燃料电池，使细菌能从有机废水中产生大量的氢，其氢产率是传统发酵过程的倍。 该校环境工程系教授克里斯洛根等人的这一研究成果，发表在新一期环境科学与工程杂志网络版上。研究人员说，这种微生物燃料电池不仅可以产
43、生氢作为清洁能源，也可以净化有机废水。 目前处理有机废水的发酵过程中，细菌只能将废水中所含有机物不完全地分解，其反应产物除了少量氢之外，还有醋酸和酪酸等，到这一阶段细菌就无法将反应进行下去，被称为“发酵障碍”。洛根等研究人员却发现，在反应中给细菌加上伏的电“刺激”，就能克服“发酵障碍”，使细菌将反应进行到底。 他们在论文中说，细菌在分解有机物的时候，将电子传送到电池的阳极，同时将质子传送到电池阴极，用导线在电池之外将两个电极连接起来，质子和电子结合就可以产生氢，反应的最终产物还有水和二氧化碳。研究人员说，这种燃料电池可以彻底“消化”水中溶解的有机废弃物，适用范围包括生活污水、农业废水和工业废水
44、。反应中所消耗的电压，只是普通燃料电池电解过程所需电压的左右。反应所产生的氢还是洁净能源，可谓一举多得。 洛根强调，这种燃料电池第一次证明，从有机废弃物中获得清洁能源有很大的潜力，可望为“循环社会”作出贡献。尽管微生物电池还处在试验研究的阶段，但它预示着不久的将来，将给人类提供更多的能源。2.5生物石油某文献涉及一种培养微生物的方法和设备，用相关方法制备的微生物，以及用该微生物生产氢燃料的方法。实际上，未来使用的石油生物很可能局限于效率较高的少数选育生物。获得相关生物本身的专利，这对提升我国产业的全球专利竞争力非常重要。不过，我国当事人尚未注意部署此类基础专利。在863计划中，我国也没有开展相
45、关研究。一些转基因生物也可用于提高生物能源的生产效率，具有广阔的产业前景。例如，公开号为NZ506792的文献涉及一种基因片段和转入该片段的微生物。本发明的基因片段能促进葡萄糖苷酶的合成，进而提高燃料乙醇的产量。这样，作为生物工厂，新的转基因生物能大大提高燃料乙醇的产量。经深入检索发现，西方国家非常重视此类转基因技术的专利部署，专利保护范围涉及核苷酸分子、载体、细胞、生物本身等。从现有的石油生物中钓取和克隆有用的基因，并抢先部署专利网，这对我国相关产业的发展也非常重要。2.5微生物能源与环境 做为生态系统的分解者，微生物在生物圈的物质循环和能量流动中起着重要的作用，利用微生物技术在预防和治理能
46、源污染的研究也日益引起人们的重视，并在燃料加工、利用、新能源的开发和环境的检测等多方面都取的了一些重要的成果。2.5.1 燃料（如煤炭、原油等）微生物脱硫，以减少环境中二氧化硫的污染。，2.5.2利用微生物清除环境中的有害气体，如co2、co、so2、nox并转化成有价值的菌体蛋白肥料；2.5.3利用工农业有机废弃物进行甲烷发酵，以减少有机废物对环境的污染，并提供清洁能源和优质农业肥料；2.5.4应用微生物技术对传统燃料进行生物化学转化，以提高原料的质量，如利用微生物转化煤气成甲烷，以、提高燃料的热值和使用的安全性；2.5.5利用微生物开发无污染的新能源，如微生物制氢和微生物电池的生物技术；2
47、.5.6开发应用节能的微生物催化技术，如利用神巫催化方法取代轻化工厂业中高能耗的高温高压的传统工艺，利用冰核活性细菌技术，以节约能耗和减少热污染；2.5.7利用微生物技术消除土壤和水体中的石油污染；2.5.8应用微生物对能源污染进行环境检测，如利用微生物或微生物传感器对空气中的SO2、CH4、NOX、3，4-苯并花和水中的BOD等的快速检测。3.我国利用微生物生产能源现状与前景石油等传统矿产能源日益枯竭，矿产燃料产生的环境污染问题日益严重，迫使人类开始寻找清洁、可持续利用的替代能源。2005年9月在北京召开的首届国际生物经济高层论坛显示，被誉为“绿金”的生物能源前景看好。 我国的微生物产能技术
48、不断发展，特别是沼气生产技术，已经使用多年，正在不断改进。到2003年底，全国农村沼气池年产沼气46亿立方米，相当于343万吨标准煤或28亿千瓦时发电量。我国目前生猪、家禽和牛等畜禽养殖业粪便排放量约18亿吨，实际排出污水总量约200亿吨,可生产沼气约500亿立方米；全国工业企业每年排放的有机废水和废渣约25亿立方米，可生产沼气约100亿立方米。今后随着畜禽养殖业和工业企业的发展，沼气的生产量还会增加。在微生物酒精发酵方面，我国“十五”乙醇汽油专项规划的目标已如期实现。截至目前，国内四家燃料乙醇定点厂总生产能力达到102万吨年，累计生产燃料乙醇81万吨。与巴西用甘蔗为原料不同，我国燃料乙醇的生产原料主要是玉米。巴西富产甘蔗且粮食需求压力不大，有足够的土地发展甘蔗生产，生产原料丰富且成本低廉。相比之下，我国燃料乙醇的生产原料供应存在瓶颈，且成本较高。从长远来看，我国要实现乙醇汽油在全国范围内的推广使用存在困难。所以微生物酒精发酵还有广