第一篇第三十三章发酵工程，造福人类
所谓发酵工程，是采用一定的技术手段，利用微生物生产人所需要的物质。由于发酵工程中
唱主角的是微生物，所以发酵工程也称为微生物工程。
古代人就会酿酒、酿醋、制酱，这些生产可以说是最古老的发酵工程。那时的人并不知道微
生物在发酵过程中的作用，人们是凭经验从事生产。有时生产中出了问题，他们不知道是什
么原因，于是把它归结为神的作用。酿酒作坊里都供奉着酒神，制曲要选黄道吉日。
17世纪时，荷兰人列文?虎克发明了显微镜。他用显微镜发现了微生物，也看到了酿酒的酵
母中有微生物，即酵母菌。但是，酵母菌究竟是发酵的“因”还是发酵的“果”，直到19世
纪才由巴斯德搞清楚。他以确凿的实验证明，没有活的酵母菌就不能引起发酵，酒变质则是
由于微生物在起作用。人们此时才知道了微生物在发酵过程中的作用，也有了防止酒变
质的方法——巴斯德灭菌法。
1928弗莱明发现了青霉素，40年代开始在医药上大量使用。它也是由微生物的作用产生
，与传统的发酵本质一样。由于对青霉素的需求量大，而传统的发酵方式生产效率低，不能
满足需要，因而迫切需要研究大规模工业化生产发酵产品的技术，现代的发酵工程就这样诞
生了。
巴斯德本来定义发酵为微生物在缺氧条件下的生理过程，在这种条件下糖类物质不能彻底
氧化为二氧化碳和水，而是生成了酒精或乳酸等物质。现在发酵这一术语则泛指一切利
用微生物生产产品的过程，包括厌氧发酵和好氧发酵。
20世纪80年代初生物工程的发展，为解决人类所面临的环境、资源、人口、能源、粮食等压
力和危机，提供了最有希望的解决途径。但生物工程真正能应用于工业化生产的，主要
还是发酵工程，因为基因工程、细胞工程、酶工程等高科技成果往往要通过微生物才能转
化为生产力。与传统化学工业相比，发酵工程有以下几个优点：
(1)以微生物为对象，利用微生物繁殖快、适应性强的特性，可以不受原料的限制，且
不完全依赖地球上的有限资源，而着眼于再生资源的利用。
(2)生物反应比化学合成反应所需的温度要低得多，同时可以简化生产步骤，实现生产
过程的连续性，大大节约能源，缩短生产周期，降低成本，减少对环境的污染。
(3)开辟一条安全有效地生产价格低廉、纯净的生物制品的新途径。如目前，医用抗生
素、农用抗生素等已有近200个品种，绝大部分都是发酵工程的产品。
(4)能解决传统技术或常规方法所不能解决的许多重大难题。如遗传疾病的诊治、利用
微生物采矿、生产生物塑料和具有解毒功能的微生物，为肿瘤、能源、环境保护提供了新的
解决办法。
(5)可定向创造新品种、新物种，适应多方面的需要，造福于人类。如通过DNA的组装或
细胞工程手段，能按照人类设计的蓝图，创造出新的“工程菌”和超级菌，然后通过微生物
的发酵生产出对人有益的物质产品。
发酵工程技术起源于传统的食品发酵，并首先在食品加工中得到广泛的应用。在第一次
世界大战期间，德国科学家为了解决当时食物短缺问题，提出大量培养微生物，用来为人
和动物的饲料增加蛋白质。后来，他们研究成功了大规模培养酵母细胞生产蛋白质的方法
，为德国人的菜汤里增添了人造肉。20世纪60～70年代，科学家曾研究成功以石油为原料生
产石油蛋白的方法，但由于人们担心所生产的蛋白质中会有原油中的致癌物质，而未被
批准生产。70年代，科学家转向了利用甲醇的细菌来生产出甲醇蛋白，但生产成本较高。此
后，科学家又不断开发出很多可用来合成蛋白质的微生物，其中主要有酵母菌、单细胞藻类
和一些细菌。由于这些微生物都是单细胞生物，所以，它们生产出来的蛋白质被称为单细胞
蛋白。利用微生物生产单细胞蛋白，不但效率高，不受自然条件影响，而且原料来源丰富，
成本极低，具有十分诱人的发展前景，因此成为各国研究部门的研究热点。
能源问题是当今世界普遍关注的问题，自从20世纪70年代发生能源危机以来，世界面临着能
源选择
的战略问题。各国政府纷纷利用生物技术对生物再生能源进行研究。人们充分认识到需要亿
万年才能生成的石油资源是有限的。据估计，按目前的开采速度，21世纪中期石油资源就会
枯竭，因此，开辟新能源成为当务之急。
地球上的绿色植物吸收太阳能一年积累的生物量约有2 000亿吨。1980年美国在以纤维
素为原料制造酒精上取得重大进展，用微生物发酵生产酒精每年可达15亿加仑。另外也可
用甘蔗、木薯粉、玉米作原料通过微生物发酵的方法来生产酒精，所以酒精作为新能源有“
绿色石油”之称，可用来发动汽车、照明等。巴西是仅次于美国、俄罗斯的第三大酒精生产
国，该国在全国范围内利用发酵工程，用甘蔗和木薯发酵生
产酒精，1981年生产酒精340万吨，是国内消耗的石油量的20％左右。巴西官方估计，只要
将巴西国内03％的土地种植上能发酵生产酒精的原料作物，即可满足国内对石油的全部需
求。
氢，也是人们盼望得到的一种新能源，这种新能源不仅热量高而且无毒，被人们认为是
最清洁的新能源。但是利用物理、化学方法制造氢需要消耗大量的能量，成本高，不合算。
学家们发现一种叫做光合细菌的微生物利用葡萄糖可以产氢。另外厌氧细菌通过发酵也可以
产生氢和氧。我们相信，不久的将来，利用发酵工程产生的氢气作为新能源来驾驶汽车、发
电等将会成为现实。
我们经常听到“沼气”这个词，那么“沼气”是什么呢？
在沼泽地带，我们有时可见到一些小气泡冒出，那就是自然产生的沼气。它是沼泽地带埋藏
在污泥中的废弃物、植物体发酵腐烂生成的气体。因为这种气体产生在沼泽里所以取名叫“
沼气”。这沼气是什么物质呢?沼气是由一种叫做甲烷菌的微生物产生的。沼气中含有60％
～70％甲烷，30％～40％二氧化碳。沼气在完全燃烧时火焰是浅蓝色，燃烧后不污染环境。
沼气还是一种取之不尽、用之不竭的新能源。在广大农村利用农作物的茎秆、柴草、树叶、
人畜粪便，通过微生物发酵便产生沼气，可用它作照明、烧饭、做菜的燃料。发酵后产生的
沉渣还可以用作肥料和养鱼的饲料。
大家都知道在城市里，垃圾的处理是一个大难题。利用甲烷菌发酵处理这些垃圾不仅能
得到新能源，还能减少环境污染。另一方面利用甲烷菌发酵也能处理工业废水。例如，无锡
第二制药厂每天处理柠檬酸生产过程中的废水400吨，产生沼气600立方米，可供6千余户居
民使用。
就这样，发酵工程变废为宝，得到了取之不尽、用之不竭的新能源。
除食品工业和能源开发外，化工、医药、冶金、污水处理、防腐、防霉等方面的开发，也给
发酵工程带来新的发展前景。如生产胰岛素、干扰素、生长激素、抗生素和疫苗等多种医
疗保健药物，生产天然杀虫剂、细菌肥料和微生物除草剂等农用生产资料，在化学工业上生
产氨基酸、香料、生物高分子、酶和维生素等。
现代发酵工程不仅使用微生物细胞，也可以使用动植物的细胞来发酵，以生产出对人类有用
的各类产品，例如利用培养罐大量培养杂交瘤细胞，生产出单克隆抗体等昂贵的生物工程药
品，用于疾病诊断和治疗。