微生物在生物工程中的应用
姓名：石方亮
20100704，机械与汽车工程学院
【摘要】生命科学与人类生活息息相关，而生物工程已可逐渐被人类所直接利用。

发酵工程在微生物领域又是独树一帜，引领微生物所存在的产业。

本文仅仅论述发酵工程在日常生活中的应用，通过对比、类比、假设和借助前人科学实验的方法，以期证明发酵工程在人类社会中无时不在、无地不在。

【关键词】发酵工程能源食品医药
0 引言
在生物工程的研究领域内，微生物占据着举足轻重的地位，而单就微生物而言，又是包罗万象，以下仅浅谈其中发酵工程的相关内容。

1发酵工程的重要意义
发酵工程又称微生物工程，包含现代生物科学和工程的科学技术，是生命科学领域生物工程的一个重要分支，也是生物工程专业的必修课程，是生物技术产业化的重要支撑。

发酵，一个看似简单和必然的过程，在很平常的条件下进行，其起源和发展潜移默化，稍有差别的环境和条件就有可能生成意想不到的产物。

所以，正确认识发酵和合理控制发酵过程是我们正确利用发酵的前提。

随着生命科学的迅速普及，生物技术造福人类的成就有目共睹，而利用生命科学和生物技术为人类服务，首先解决是产业化问题。

而发酵工程解决的正是生物技术产业化进程中的关键问题，是工业生物技术产业的核心。

通过基因工程技术把人类的目的基因放入微生物的基因组中，通过发酵工程进行各种重要产品的生产；环境污染的治理和修复，资源的再生抗生素等药物，食品添加剂，发酵食品等的生产都可以通过发酵过程来实现。

因而，发酵工程具有明显的重要意义。

2 食品与发酵工业
粮食问题是二十一世纪人类亟需解决的突出问题，食品营养与安全、食品多样性的丰富是粮食问题的一个重要方面。

氨基酸和肽是食品不可或缺的重要成分，在食品风味的形成过程中，发挥2个方面的作用：一作为滋味的贡献者，相互协同平衡提供其自有滋味；二作为滋味前体物，与糖类发生美拉德反应，与油脂发生交互作用，生成香味物质贡献呈味能力。

蛋白的水解和发酵是获得美味的氨基酸和肽的重要途径。

发酵工程在食品工业上有三大类产品，一是生产传统的发酵产品，如啤酒、果酒、食醋等；二是生产食品添加剂；三是帮助解决粮食问题。

比如玉米低聚胎是以玉米黄粉蛋白为原料，在蛋白酶的作用下被水解，然后经离心、过滤、超滤后被纯化，然后经过喷雾干燥，得到的低分子质量的寡胎混合物。

玉米低聚肽作为功能性食品添加剂原料，具有多种生理功能，如降血压、抗氧化、促进乙醇代谢等。

3 发酵过程中的能源问题
能源是现代社会赖以生存和发展的基础。

持续稳定的能源供应和高效清洁的能源利用，是我国实现经济可持续发展的基本保证，也是国家战略安全保障的基础之一。

大量消费化石能源所排放的SO2和CO2已严重威胁人类赖以生存的生态环境，不可再生的化石能源已面临枯竭的危险。

生
物能源应运而生，而其中最为关键的技术就是各种原材料的发酵过程。

常见的生物质能源多来源于碳水化合物基原料，大致分为以下几种：糖质原料，淀粉质原料，菊粉质原料，木质纤维素类原料和乳清、纸浆废液等工业废料。

这些原料预处理后经酸解或酶解后形成的单糖或由这些单糖聚合成的低聚寡糖可被微生物利用，作为维持生长和进一步生物转化的碳源。

以木质纤维素为例，其主要成分之一半纤维素容易被水解，产物的85%~90%为木糖。

酿酒酵母是传统的乙醇生产菌株，缺乏转化木糖的酶系，但能发酵其异构体木酮糖。

因此构建利用木糖产乙醇的重组酵母有两个策略：一是在酿酒酵母中克隆并表达木糖还原酶基因XYL1和木糖醇脱氢酶基因XYL2:；二是克隆并表达木糖异构酶基因XYLA。

研究显示在酿酒酵母中表达来自嗜热菌Them us them ophilus的木糖异构酶基因XYLA而建立了的木糖代谢途径后，使其能够以木糖为唯一碳源进行限氧发酵，木糖利用率为宿主菌的4.17倍。

类似的，蔗糖、菊粉水解后产生大量的果糖，果糖与葡萄糖浓度比甚至高达3~4。

发酵工业所用的微生物能否有效地利用果糖，为这类碳水化合物基能源植物的开发利用提出很大挑战。

4 发酵工程对医药的贡献
随着首例发件医学产品青霉素的问世，各种利用发酵制成的医药产品相继出现并造福于人类，极大地丰富了医药成品。

基于发酵工程技术，已开发了种类繁多的药品，如人类生长激素、重组乙肝疫苗、某些种类的单克隆抗体、白细胞介素、抗血友病因子等。

这些产品的投入使用已经解决了世界上多种疑难杂病，为老百姓的健康生活提供了重要保障。

总之，随着生物技术的发展，生命科学也更多地为各国专家所在意。

而发酵工程作为微生物在生物科学应用上的一个映射，除了以上简略列举出的应用，还有更多的有效的有实际价值的应用不胜枚举。

拥有广阔前景的生物工程，其研究领域会很广，小到分子细胞，大到生态环境。

本文仅就微生物中的发酵工程谈谈其在生物工程中的应用情况。

【参考文献】
【1】石元春发展生物质产业中国农业科技导报 2006. 8: 1~5
【2】张金馨，田沈，刘继开代谢木糖产乙醇的酿酒酵母工程菌研究进展微生物学通报 2008.
35(4): 572~576
【3】黄家音，朱宇洁，沈金玉玉米蛋白制备降血压肽的研究【J】食品科学 2007. 28（12） 290~293。