第三节　发酵工程

1857年，法国微生物学家巴斯德（L.Paster，1822—1895）发现了发酵原理，人们才认识到发酵是微生物活动的结果。此后，随着纯种微生物的分离及培养技术的建立以及密闭式发酵罐设计的成功，人们能够利用某种类型的微生物，在人工控制的环境条件下，进行大规模的生产，并且在此基础上逐步形成了发酵工程。

发酵工程是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新技术。

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，废弃物对环境的污染小和容易处理等优点，在医药工业、食品工业、农业、冶金工业、环境保护等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国民生产总值的5%左右。20世纪80年代以来，我国的发酵工业也有了较大的发展。下面着重介绍发酵工程在医药工业和食品工业上的应用。

1.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，现已生产出种类繁多的药品，如抗生素、维生素、动物激素、药用氨基酸、核苷酸（如肌苷）等。其中，抗生素是人们使用最多的药物，也是制药工业利润最高的产品。20世纪80年代，世界各地的抗生素年产量高达2.5×104 t，产值超过40亿美元。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等。

有些药物如人生长激素、胰岛素，过去主要是靠从生物体的器官、组织、细胞或尿液中提取，因受到原料的限制无法推广使用。发酵工程对医药工业的一个重大贡献，就是使这些药物得以大量生产和使用。例如，生长激素释放抑制因子是一种人脑激素，能够抑制生长激素的不适宜分泌，可用于治疗肢端肥大症。最初，临床上使用的这种激素是从羊脑中提取的，50万个羊脑才能提取5 mg，远远不能满足临床需要。如今利用含有生长激素释放抑制因子的基因工程菌进行发酵生产，7.5 L培养液就能得到5 mg的生长激素释放抑制因子，而价格只有原来的几百分之一。目前，应用发酵工程大量生产的基因工程药品，包括人生长激素、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。

2.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，主要包括以下三方面。第一，生产传统的发酵产品，如啤酒、果酒、食醋等，使产品的产量和质量得到明显的提高。第二，生产各种各样的食品添加剂，如酸味剂：L-苹果酸、柠檬酸；鲜味剂：肌苷酸、谷氨酸；色素：β-胡萝卜素、红曲素；甜味剂：甜菜糖、高果糖浆等，改善了食品的品质及色、香、味。例如，用发酵方法制得的L-苹果酸是国际食品界公认的安全型酸味剂，广泛应用于果酱、果汁、饮料、罐头、糖果、人造奶油等的生产中。第三，随着人口的增长，粮食短缺已成为困扰人类的社会问题之一，而发酵工程的发展将为解决这一问题开辟新的途径。研究表明，微生物含有丰富的蛋白质，如细菌的蛋白质含量占细胞干重的60%～80%，酵母菌的蛋白质含量占其干重的45%～65%，而且它们的生长繁殖速度很快，因此，许多国家利用淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液、石化产品等为原料，通过发酵获得大量的微生物菌体。这种微生物体就叫作单细胞蛋白。20世纪80年代中期，全世界生产的单细胞蛋白已达2×106 t。单细胞蛋白用作饲料，能使家畜、家禽快速增重，产奶或产蛋量也会显著提高。用酵母菌等生产的单细胞蛋白可作为食品添加剂。最近国外市场上出现的一种真菌蛋白食品，就以其高蛋白、低脂肪的特点受到消费者的欢迎。