工业微生物 绪论

总之，微生物对解决人类所面临的许多重大问题中都将发挥重要作用，这
些作用主要是通过工业化生产的形式实现，因此属于工业微生物学的研究范畴， 这些应用实践也对工业微生物学提出了一些新的要求： （1）加强对工业微生物的基础研究； （2）持之以恒地对微生物代谢产物中发现新的化合物、新的具有特殊功能 的生物催化剂； （3）注意与其它学科的交叉； （4）加强对微生物发酵工艺的研究，连续培养和间歇补料培养等新型的培 养基础和应用研究，特别是微生物生长和发酵动力学研究； （5）随着计算机技术的普及和发展，计算机在发酵过程控制方面得到了初 步的应用，并取得了良好的效果。
任何物体被分割得越细，其单位体积中物体所占的表面积就 越大。若以人体的“面积/体积”比值为1，则与人体等重的大肠 杆菌的“面积/体积”比为人的30万倍。微生物这种小体积大面 积的体系，特别有利于它们与周围环境进行物质交换和能量、信 息交换。
2、吸收多、转化快
生物界一个普遍规律，某一生物的个体越小，其单位体重所消耗的食物 就多。营养物吸收多、转化快的结果使微生物能迅速生长繁殖，同时，能为 人类生产大量的发酵产品。
3.奠基时期
19世纪中期，以法国的巴 斯德(Louis Pasteur, 1822～1895)和德国的柯 赫(Robert Koch, 1843～ 1910)为代表的科学家才 将微生物的研究从形态描 述推进到生理学研究阶段， 揭露了微生物是造成腐败 发酵和人畜疾病的原因， 巴期德和柯赫是微生物学 的奠基人。 巴斯德Louis Pasteur 创立了巴氏消毒法、研制 了鸡霍乱弧菌和炭疽菌减 毒活菌苗，开创了微生物 研究的生理学时代。
我国工业微生物学发展概况
我国传统的发酵工业，如酿酒、制醋、制酱等有着悠久的历
史。 五十年代初期，以抗生素的研制和生产为标志，我国开始逐 渐形成了新型的微生物发酵工业。 八十年代以来，我国的酿造行业焕发了青春。古老的设备不 断更新，并由机械化逐渐向连续化和自动化发展，产品的质量和 原料利用率不断提高。各名酒享誉于世。 当然，与国际先进水平相比，我国的发酵工业仍存在着相当 大的差距。存在着诸多如有一定的模仿能力但新产品开发能力弱， 创造性基础研究不多，很多研究内容在低水平上重复，生产设备 和技术老化，研究和生产资金投入相对不足等问题。
1.史前时期（直观应用时期）
春秋战国时期
微生物分解有机物质----沤粪积肥
公元二世纪的【神农本草经】
白僵蚕治病
公元六世纪(北魏时期)
我国贾思勰的巨著"齐民要术"详细地记载了制曲、酿酒、 制酱和酿醋等工艺。
公元九世纪到十世纪
我国已发明用鼻苗法种痘，用细菌浸出法开采铜。
16世纪
古罗巴医生G.Fracastoro明确提出疾病是由肉眼看不见 的生物引起的。 我国明末(1641年)医生吴又可也提出"戾气 "学说，认为 传染病的病因是一种看不见的"戾气"，其传播途径以口、鼻为主。
微生物的利用展望
直接利用微生物的菌体 菌体蛋白 生物制品 微生物农药 提取有用物质 利用微生物的代谢产物 酿造食品 有机溶剂 发酵饮料、酒类 有机酸 利用生物的酶 工业酶制剂 药用酶 利用微生物的代谢机能 三废处理 冶金、炼
医药
B
食品 A 工业微生物
C
轻工
农业
E
D
冶金
正确地使用微生物这把双刃剑，造福于人类是我们学习和应 用微生物学的目的，也是每一个微生物学工作者义不容辞的责任。
点，为工业发酵生产等实际应用提供了产量高、周转快等有利条件。
4、易变异、适应强
微生物繁殖快、数量多与外界环境直接接触，即使变异的频率十分低，也可 在短时间内出现大量的变异后代。微生物的变异性使其具有极强的适应能力，如
抗热性、抗寒性、抗盐性、抗酸性等。
5、种类多、分布广
微生物的分布可谓无孔不入，生物圈、土壤圈、水圈直至大气圈、岩石圈， 到处都是微生物家族的踪迹。目前已确认的微生物总数仅十万种左右，有人估计 目前至多只开发利用了其中的百分之一。 微生物的代谢类型和代谢产物的多样性也是其他动植物无法比拟的，微生物 领域是一个拯待开发和利用的宝地。
工业微生物
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绪言
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工业微生物的概况
工业微生物的发展 工业微生物的展望

工业微生物的概况
工业微生物是微生物学的一个重要分支，是微生物学在工业生产
中的应用学。 在工业生产中，利用微生物的某些功能，为人类生产有用的生物 产品，或直接利用微生物参与控制某些工业生产过程的一门科学。随 着有关学科的发展和生产工艺的改进，人们对微生物的利用本领越来 越高。以微生物为原料进行生产的新产品如雨后春笋，层出不穷。生 物技术的诸多成果，最易通过微生物转化为生产力了。如果说，现代 生物技术已成功地应用于工业生产的话，那么，主要应归功于利用和 改造微生物的功绩。
微生物的特点
1、体积小、面积大
通常微生物的个体都极其微小，测量单位是微米或者纳米。 如，杆状细菌的平均长度和宽度约为2um和0.5um，3000个头尾 衔接的长度仅为一粒米的长度，而60-80个肩并肩排列的杆菌长 度仅为一根头发的直径。至于细菌的重量就更微乎其微，每毫克 的细菌约含有10-100亿个。
3、生长旺、繁殖快
微生物具有惊人的繁殖速度，大肠杆菌 37℃，培养在牛奶中，12.5min 即可分裂一次，若以20min分裂一次计算，单个细菌经过24小时可产生
4722×1021个后代，总重可达4722×103kg，若将细菌平铺在地面，能将整
个地球表面覆盖。当然，由于种种条件的限制，细菌不可能始终以这种几何 级的繁殖速度，细菌几何级生长速度生长只能数小时。微生物的高速繁殖特
2.初创期（形态学期）
1664年，荷兰商人安东· 列 文虎克(Antony VaLeeuwenhoe k, 1632～1723)，他利用自制 的显微镜发现了微生物世界(当 时被称之为微小动物)，他的显 微镜放大倍数为50～300倍，构 造很简单，仅有一个透镜安装 在两片金属薄片的中间，在透 镜前面有一根金属短棒，在棒 的尖端搁上需要观察的样品， 通过调焦螺旋调节焦距。利用 这种显微镜，列文虎克清楚地 看见了细菌和原生动物。首次 揭示了一个崭新的生物世界--微 生物界。由于他的划时代贡献 1680年被选为英国皇家学会会 员。
巴斯德(Louis Pasteur
柯赫（Koch）
４．发展期 （1897-1952）
E.Buchner在1897年发现了酵母菌的无细胞 制剂的酒精发酵获得成功。促使了生物化学的发 展。 细菌学家A.Fleming发现了第一个有实用价值 的抗生素—青霉素。促使抗生素工业的兴起。
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弗来明 (Fleming)
现代工业微生物学的发展趋势
利用微生物生产各种产物具有以下一些特殊的优点 • 微生物生长所需要的主要原料：碳源，或者是可再生的生物 资源（如淀粉、纤维素、木质素等），或者是二氧化碳（如光自 养菌及藻类等）。 • 反应条件十分温和，能量利用率高，生物转化反应的专一性 好，产品的转化率高。 • 微生物的可变异性，为不断地提高目标产物的生产水平或生 产新的产品提供；了可能性。 • 微生物的培养基、它们的代谢产物及微生物菌体本身都是可 以生降解的，而且可以通过综合利用增加它们的利用价值，因此 利用微生物生产目标产物的过程产生的污染物比较少，而且容易 处理。
微生物工业除利用纤维素、石油等资源外，长远的设 想是用碳酸气、空气中的氧以及添加适量氮源、无机盐来 制造微生物菌体蛋白。目前，美国、日本正从事此项研究， 并在实验室取得初步成果。还有研究指出，有些细菌可以 固定大气中的氮、碳酸气、空气等来生成蛋白质。这些研 究对于开辟人类未来粮食新来源有重大意义。 微生物工业有着广阔的发展前景，是富有生命力的既 古老而又年轻的工业。
５．成熟期（1953年以后）
•
J.D.Watson和H.F.C.Crick
发现了DNA双螺旋结构，建立了双
螺旋模型。由此而获得诺贝尔奖。 • 从此，微生物学走向成熟， 并和生物学科主流汇合，推到生 命科学发展前沿，自身得到迅速
发展，在生命科学的发展中也作
出了巨大贡献
1953 年Watson和Crick提 出DNA双螺旋结构
微生物的种类
• 1.非细胞类微生物 • 病毒、类病毒、拟病毒 • 等（HIV病毒） 放线菌
大肠杆菌 原 生 藻类 动 物 HIV 病 毒
• 2.原核细胞类微生物 • 细菌、放线菌、衣原体等
• 3.真核细胞类微生物 • 酵母菌、霉菌、单细胞藻 类、原生动物等
酵 母 菌 藻类
酵 母 菌
工业微生物的发展史
一、微生物的定义
传统定义： 微生物是指一切肉 眼看不见或看不清楚的微小 生 物的总称。 现代定义： 一般指绝大多数凭 肉眼看不见或看不清，必须借 助显微镜才能看见或看清，以 及少数能直接通过肉眼看见的 单细胞、多细胞和无细胞结构 的微小生物的总称。
每张纸币带细菌：900万个
微生物和人类的关系
少数微生物也是人类的敌人！
鼠疫
肺结核、虐疾、霍乱“卷土重来”
艾滋病（AIDS）
疯牛病
SARS 禽流感
H7N9型禽流感
20世纪前，动手术是一项十分危险的事，许多人因为伤口感
染而死去;
但当时人们还不知道死去的原因。 现在我们已经知道那是由于细菌等微生物引起的。
微生物是一把十分锋利的双刃剑，它 们在给人类带来巨大利益的同时也带来"残 忍"的破坏。