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1、微生物在实际中的应用,微生物发酵,微生物发酵是微生物在实际应用中的前提 微生物发酵即是指利用微生物，在适宜的条件下，将原料经过特定的代谢途径转化为人类所需要的产物的过程，该过程充分利用了微生物自身的特点。微生物发酵过程中有许多产物，且我们一般利用的是微生物的次级代谢产物。,微生物发酵生产水平,微生物发酵生产水平主要取决于菌种本身的遗传特性和培养条件。发酵工程的应用范围有：医药工业，食品工业，能源工业，农业：改造植物基因；生物固氮；工程杀虫菌生物农药；微生物饲料等方面。,微生物在医药工业中的应用,微生物在医药工业中的应用主要与生物转化有关生物转化的本质是某种微生物将另一种物质（底物）转化成为另一
2、种物质（底物）的过程，这一过程是由某种微生物产生的一种或几种特殊的胞外或胞内酶作为生物催化剂进行的一种或几种化学反应，简言之，即为一种利用微生物酶或本身的合成技术。,生物转化技术的意义,生物转化，是指利用一种以上的具有特殊转化功能的微生物或酶，对同一个母体化合物进行组合转化，以得到化学结构的多样性，它是从已知化合物中寻找新型衍生物以及从简单化合物制备复杂化合物的有效手段。从某种角度讲，它比化学合成的方法更为简单和有效。,生物转化技术的优点,应用生物转化技术进行不对称合成与化学合成法相比较具有的优越性有：1)转化底物某一基团的专一性强，即对不需要转化的基团无需保护；2)通过对用于某一转化的微生物
3、进行菌种选育和转化条件的优化，可以得到极高的转化率；3)生物催化转化的反应条件温和且对环境的污染很小。,微生物在医药方面的实际应用,微生物在医药中的应用主要有：抗生素、抗癌微生物药物及免疫调节剂、微生物产生的降血脂物质 微生物在医药中最主要的应用是：抗生素 抗生素：是生物产生的生物活性物质，属于次生代谢产物。抗生素能杀死或抑制其他微生物的生长，如抗原虫，抗肿瘤等。已发现的抗生素有8000种，每年都发现几百种。,主要的抗生素有：,杆菌肽、头孢菌素、氯霉素、放线菌酮、红霉素、灰黄霉素、卡那霉素、新霉素、链霉素、青霉素、四环素,微生物发酵在食品中的应用实例：,酒类：包括果酒、啤酒、白酒及其他酒均是利
4、用酿酒酵母，在厌氧条件下进行发酵，将葡萄糖转化为酒精生产的。白酒经过蒸馏，因此酒的主要成分是水和酒精，以及一些加热后易挥发物质，如各种酯类、其他醇类和少量低碳醛酮类化合物。果酒和啤酒是非蒸馏酒，发酵时酵母将果汁中或发酵液中的葡萄糖，转化为酒精，而其他营养成分会部分被酵母利用，产生一些代谢产物，如氨基酸、维生素等，也会进入发酵的酒液中。因此，果酒和啤酒营养价值较高。,醋：食品店或超市出售的醋中，除了白醋是由化学合成的食品级醋酸勾兑的外，其他的则是由醋酸菌在好氧条件下发酵，将固体发酵产生的酒精转化为醋酸生产的。由于使用的微生物菌种或曲种的差异，在葡萄糖发酵过程中会产生乳酸或其他有机酸，因而使醋有不
5、同的风味。,酱油：酱油生产以大豆为主要原料，其他有麦麸、小麦、玉米等，将上述原料经粉碎制成固体培养基，在好氧条件下，利用产生蛋白酶的霉菌，如黑曲霉进行发酵。微生物在生长过程中会产生大量的蛋白酶，将培养基中的蛋白质水解成小分子的肽和氨基酸，然后淋洗、调制成酱油产品。酱油富含氨基酸和肽，具有特殊香味。,酸奶：牛奶在厌氧条件下，由乳酸菌发酵，将乳糖分解，并进一步发酵产生乳酸和其他有机酸，以及一些芳香物质和维生素等；同时蛋白质也部分水解。因此，酸奶是营养丰富、易消化，少含乳糖，是适合于有乳糖不适应症者的优良食品。,面包：面包均是利用活性干酵母（面包酵母）经活化后，与面粉混合发酵，再加入各种添加剂，经烤
6、制生产的。面粉发酵后淀粉结构发生改变，变得易于消化、营养易于吸收。,微生物与能源,能源性微生物的主要种类：甲烷产生菌的主要种类有甲烷杆菌属、甲烷八叠菌属、甲烷球菌属等。乙醇产生菌的主要种类有酵母菌属、裂殖酵母菌属、假丝酵母属等。氢气产生菌的主要种类有红螺菌属、红假单胞菌属、红微菌属、荚硫菌属、埃希氏菌属、蓝细菌类等。,能源性微生物的能源产生机理,1 甲烷产生菌的作用机理是沼气发酵过程。2 乙醇产生菌的作用机理是酒精发酵作用，即把葡萄糖酵解生成乙醇。3 氢气产生菌的作用机理主要是丁酸发酵作用。除在丁酸菌作用下进行丁酸发酵外，氢气产生菌的其他分解有机物产生氢气的代谢机制目前尚未查清。,能源性微生物
7、目前应用概况,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。例如日产酒糟500600 m3的酒厂，可获得日产含甲烷5565的沼气9 00011 000 m3，相当于日发电量12 85715 714 kw，日产标准煤17.120.9 t，可以代替橡胶生产中烘干用油的3040。,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年已达到1.6107 m3，足够供应200万辆汽车的驱动能源之需要。,氢气产生菌生产的能源物质氢气，目前主要是应用于燃料电池方面。由于许多自养性和异养性微生物产氢的机制和条
8、件还在研究过程中，所以该类微生物能源的使用尚处于试验阶段。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3.13.5 V燃料电池的工作。,利用微生物生产能源的前景,我国虽已探明煤储量6000亿t，石油70亿t，水力发电6.8亿kw，但由于1978年以来我国总的能源利用率已超过30，能源分布不均匀，能源产量低和农村能源供应短缺等因素，致使能源供应趋于紧张。开发利用微生物能源，在这方面可以起到显著的缓解作用。,微生物在农业中的应用,微生物在农业中的主要应用是生物有机肥生物有机肥是指特定功能微生物与主要以动植物残体
9、（如畜禽粪便、农作物秸秆等）为来源并经无害化处理、腐熟的有机物料复合而成的一类兼具微生物肥料和有机肥效应的肥料。生物有机肥是遵循土壤微生态学和作物营养学的原理，通过固态发酵的方法生产出来的一种给作物提供营养成分、促进作物生长的一种复合肥。,生物有机肥的功效,生物有机肥的主要功效：调理土壤、激活土壤中微生物活跃率、克服土壤板结、增加土壤空气通透性。减少水分流失与蒸发、减轻干旱的压力、保肥、减少化肥、减轻盐碱损害，在减少化肥用量或逐步替代化肥的情况下，提高土壤肥力，使粮食作物、经济作物、蔬菜类、瓜果类大幅度增产。提高农产品品质、果品色泽鲜艳、个头整齐、成熟集中，瓜类农产品含糖量、维生素含量都有提高
10、，口感好，有利于扩大出口，提高售价。,生物有机肥与化肥相比的优点,1）生物有机肥营养元素齐全；化肥营养元素只有一种或几种。2）生物有机肥能够改良土壤；化肥经常使用会造成土壤板结。3）生物有机肥能提高产品品质；化肥施用过多导致产品品质低劣。4）生物有机肥能改善作物根际微生物群，提高植物的抗病虫能力；化肥则是作物微生物群体单一，易发生病虫害。5）生物有机肥能促进化肥的利用，提高化肥利用率；化肥单独使用易造成养分的固定和流失。,几种常见的生物有机肥简介,固氮菌肥料 固氮微生物利用细胞内的固氮酶催化氮气 形成氨。磷细菌肥料 土壤中的磷只有1左右能被植物利用，微生物能转化固定的磷成为有效磷，是发挥土壤潜在肥力资源的有效途径。,5406抗生菌肥料 5406新型微生物肥料是5406在饼粉和土（1:10）中发酵而成。植物根际促生细菌 植物根际促生细菌具有促进植物生长，控 制农作物病（虫）害，增加大麦、小麦、水稻、玉米、花生、菜豆等经济作物种子干重的作用。,
