微生物工程 - 01

绪论
一、微生物工程的概念
Microbial engineering
Science，Technology，Engineering 3者之间的区别和联系。

生物工程（bioengineering）包括细胞工程（cell engineering）、基因工程（genetic engineering）、酶工程（enzyme engineering）和微生物工程（microbial engineering）。

微生物工程是利用微生物的生命活动来生产人类所需有用物质和服务的工程技术，它是一门交叉学科，需要多学科交融。

二、微生物工程的特点
1.创造新物种（creating new species）
基因工程的发展所带来的利弊。

2.反应条件温和（mild reaction conditions）
因为使用生物酶催化反应过程，微生物工程的反应条件温和，能够节约大量能源（reduce energy consumption，扩展3R原则：reduce，reuse，recycle）。

3.原料来源广泛，属可再生资源（renewable resources）
相对于煤、石油和天然气，微生物工程利用的原料以碳水化合物（carbohydrate）为主，属于可再生资源。

4.生产效率高（high productivity）
微生物生长繁殖快，发酵时间短，转化率高，可大大缩短生产周期，提高设备利用率，降低生产成本。

5.毒副产物少（less by-products）
微生物发酵能够有效积累目的产物，减少毒副产品，食品安全性更高。

三、微生物工程的发展历史
1.自然发酵时期（natural fermentation）
人类在很早以前就开始利用微生物自然发酵制造产品，如酿酒、酱油、醋、某些中药等，只是并不认识其本质。

举例：夏朝的杜康将剩饭倒入树洞里，自然发酵变成酒。

由于不了解发酵本质，自然发酵时期不能人为控制发酵过程，只能依赖自然，因此产品粗放，质量不稳定。

2.纯培养时期（pure culture）
Leeuwenhoek发明显微镜（1667年）观察细菌；
巴斯德Pasteur实验证明发酵是微生物活动的结果；
Christian Hansen成功分离单个酵母细胞并进行纯培养；
Edward Buchner证明酒精发酵是微生物酶的作用，揭示了发酵的本质。

3.通风搅拌发酵时期（submerged liquid fermentation）
青霉素的发现（1929）和大量生产（1945）
4.代谢调控发酵时期（metabolic regulation andcontrol）
用发酵法制造谷氨酸（1956）等氨基酸
5.基因工程时代（genetic engineering）
1973年美国构建出第一个“工程菌”
四、微生物工程的应用
酿酒工业（啤酒、葡萄酒、白酒等）
发酵食品工业（酱、酱油、酸乳等）
有机溶剂发酵工业（酒精、丙酮等）
抗生素发酵工业（青霉素、链霉素等）有机酸发酵工业（柠檬酸、葡萄糖酸等）酶制剂发酵工业（淀粉酶、蛋白酶等）氨基酸发酵工业（谷氨酸、赖氨酸等）核苷酸类物质发酵工业（肌苷酸等）
维生素发酵工业（维生素B12 等）
生理活性物质发酵工业（生物农药等）微生物菌体蛋白发酵（单细胞蛋白等）微生物环境净化工业（污水处理）
生物能工业（沼气、纤维素等的利用）微生物冶金工业（微生物探矿、冶金等）。