微生物与工业

微生物与工业

对搞科学的人来说，勤是成功之母

——茅以升：《全速前进》

地球从诞生到现在已经有46亿年了，微生物在地球上的出现也有32亿年了，而人类的历史只有300万年，微生物在地球上的发展史比人类长了1000多倍。打个比方，如果人类的历史是1年，微生物的历史就是1000多年。实际上在人类发展的历史过程中，微生物一直在伴随着我们。

远古时代，当人们采集的水果和谷物食物有了剩余的时候，在储存过程中发生了变质，有些腐烂了，有些会发酵了，有些变成了“酒”，人们在食用这些食物时发现了发酵食品的“美味”和“酒”的“神奇”作用，他们会逐渐地有意无意地利用这种现象，经过长期的实践，慢慢地学会了发酵食品和酿酒。在公元前2400年间，即埃及第五王朝的墓葬壁画上就有烤制面包和酿酒的大幅浮雕；从我国的“黄帝内经素向”和“汤液醪醴论”的文字记载可知，我国的酿酒起源于公元前2200—前2600年，已经有4000多年的历史。从考古挖掘出来的用于盛酒、煮酒和冲酒的青铜器等判断，其历史至少起源于4000多年前的“龙山文化时期”，甚至是5000—6000年前的“仰韶文化时期”。可见酿酒已有相当长的历史。我国的酱油酿造开始于周朝，距今已有3000年的历史。在汉武帝时代开始有了葡萄酒，至今已有2000多年的历史。真正的发酵后经过蒸馏生产的白酒大概始于宋代。发酵是利用微生物的作用使谷物食品的营养和风味更丰富，如馒头和面包；酿酒是将果汁，如葡萄糖汁中的或由淀粉产生的糖，通过微生物酵母菌的作用，发酵成为酒；它们是真正的微生物生产的产品。

酵母菌

虽然人们利用微生物已经有很长的历史，但人们并不了解它。直到17世纪末，作为一个公务员的列文虎克，他的业余爱好是吹玻璃，磨玻璃和进行精巧的金属加工工作，一生制作了419架显微镜，最大的放大倍数达到266倍。他利用这些显微镜观察了许多动物、植物和微生物材料，1676年他首次在显微镜下看到了细菌，并于1695年根据大量的观察结果写成了“安东·列文虎克发现的自然世界秘密”一书，书中他把发现的微生物称为“微动体”。当时尽管人们在有意无意中的在利用微生物为自己生产许多产品，但人们并不理解有微生物的存在。列文虎克的发现和他开创的“微动体”世界并没有得到持续地深入研究。

到19世纪初期，德国人若波特·考史首先用固体的培养基分离得到了微生物。由于高质量的显微镜的问世，对微生物世界的探讨再度得到发展。法国伟大的科学家巴斯德对“酒病”、蚕病、牛羊炭疽病、鸡霍乱病和人的狂犬病进行了大量研究，使人们真正认识到大量的传染病的病因、有机物的腐败和酿酒与发酵的原因均与微生物有关。1857年巴斯德证明发酵是由于微生物的作用。荷兰人汉森研究啤酒发酵的酵母，创造了单细胞纯种培养方法。1879年巴斯德等发现通气有利于酵母的生长，首次使用通气法生产酵母。1881年焦金森利用汉森的方法选择优良的酵母菌株用于啤酒发酵，同年阿瓦瑞利用乳酸菌生产乳酸。1894年日本的高峰利用米曲霉制造了高峰淀粉酶。1897年布史讷证明酶在发酵中的作用，为现代微生物应用奠定了牢固基础。随着人们对微生物的深入了解，人们找到了控制和防治有害微生物的方法，以及利用微生物为人类生产各种产品的的方法，真正地将微生物学推向一个理论联系实际的新阶段。

青霉素

进入20世纪，微生物学和微生物应用获得巨大发展，早期利用固体培养基进行的所谓固体发酵技术有了较大发展，利用微生物发酵生产的产品迅速增加。1910年在英国利用丙酮丁醇梭菌实现了丙酮丁醇的生产；1917年卡瑞以糖为原料使用浅盘发酵法生产柠檬酸；1938年迈采用浅盘和深层培养法生产葡萄糖酸获得成功。特别是1928年英国的弗莱明发现在培养葡萄球菌的平皿中，在青霉菌污染的周围没有葡萄球菌菌落生长，这表明青霉菌能够分泌一种杀灭葡萄球菌或防止葡萄球菌生长的物质，他把这种物质称为盘尼西林。后来证明它具有治疗作用，经英、美科学家的努力，创立了深层液体通气培养法，又称为深层培养法，解决了空气和液体培养基的灭菌以及其他相关的许多技术和设备问题，在1942年实现了盘尼西林的工业生产。

盘尼西林的发现和工业化生产为现代发酵工业的发展奠定了基础。继盘尼西林之后，发现了大量的抗生素，目前在临床上应用的抗生素有近百种，它们为人类的健康和人类平均寿命的大幅度增加作出了巨大贡献。抗生素工业已经成为一个重要的工业部门。在20世纪的后半个世纪里，一个包括抗生素工业，氨基酸工业，有机酸工业，维生素工业，酶制剂工业等在内的现代发酵工业迅速崛起。

20世纪80年代之后，由于生物技术，特别是基因工程技术的迅速发展，将能够产生各种药物的外源基因转移到微生物中，获得基因工程菌，利用工程菌的生长快，容易大规模培养，生产产量高的特点，进行“借腹生子”，生产微生物不能生产的产品，如各种药物。或利用基因工程技术改造、提高微生物的生产能力，用于更廉价的生产产品。随着生物技术的进步，微生物发酵工程，生物反应器及酶工程的迅速发展，20世纪90年代形成了以微生物为“载体”的生物技术为核心的生物技术产业。它涉及医药，食品，轻工，化工，农业，环境等众多产业部门，成为与人们生活，健康，环境密不可分现代产业。