五、微生物工程的应用 一)微生物工程应用领域 1、在食品工业的应用 微生物技术最早开发应用的领域，至今产量和产值仍占微生物工程的首位 食品加工：单细胞蛋白（酵母、真菌等） 含醇饮料：葡萄酒、黄酒、白酒、啤酒、白兰地、威士忌 发酵乳制品：奶酪、酸奶 调味品：味精、肌苷酸、酱油、醋等 2、在医药卫生中的应用 抗生素：6000余种 青霉素、金霉素、四环素、链霉素、庆大霉素、卡那霉素、新霉素、螺旋霉素、 头孢霉素等 氨基酸： 可发酵生产的有谷、赖、丙、组、异亮、亮、苯丙、脯、苏、色、酪、缬、瓜、 鸟氨酸 维生素：VB2、VB12、Vc、VA、VD等 生物制品：亚单位疫苗、重组疫苗、DNA疫苗等 酶抑制剂：棒酸（可抑制b内酰胺酶对青霉素的破坏） ā-淀粉梅的抑制剂可治疗糖尿病 胆固醇抑制剂可治疗高血压高血脂 3、在轻工业中的应用糖酶：a一淀粉酶、b淀粉酶、异淀粉酶、葡萄糖异构酶、半乳糖 酶、纤维素酶等 蛋白酶：碱性蛋白酶（洗涤剂、皮革鞣化、啤酒去浊） 酸性蛋白酶（饮料、制蛋白水解物） 中性蛋白酶（皮革脱毛、蚕丝脱胶、蛋白胨制备） 果胶酶：果汁果酒澄清、苎麻脱胶 脂肪酶：分解脂肪为脂肪酸和甘油 凝乳酶：制干酪 氨基酰化酶、甘露聚糖酶等4、在化工能源中的应用 醇及溶剂：乙醇、甘油、异丙醇、丙酮、丁醇、丁二醇等 有机酸：醋酸、丙酸、乳酸、琥珀酸、苹果酸、衣康酸、水杨酸等 多糖：黄原胶、海藻糖等 清洁能源：氢气、微生物燃料电池等 5、在农业中的应用 生物农药：杀虫剂(Bt、白僵菌、病毒、微孢子虫) 防治植物病害（假单孢菌、木霉、弱病毒、庆丰霉素） 生物除草剂：利用杂草的病原微生物 生物增产剂：根瘤菌、蓝细菌、钾细菌、磷细菌等
五、微生物工程的应用 一）微生物工程应用领域 1、在食品工业的应用 微生物技术最早开发应用的领域，至今产量和产值仍占微生物工程的首位 食品加工：单细胞蛋白（酵母、真菌等） 含醇饮料：葡萄酒、黄酒、白酒、啤酒、白兰地、威士忌 发酵乳制品：奶酪、酸奶 调味品：味精、肌苷酸、酱油、醋等 2、在医药卫生中的应用 抗生素：6000 余种 青霉素、金霉素、四环素、链霉素、庆大霉素、卡那霉素、新霉素、螺旋霉素、 头孢霉素等 氨基酸： 可发酵生产的有谷、赖、丙、组、异亮、亮、苯丙、脯、苏、色、酪、缬、瓜、 鸟氨酸 维生素：VB2 、VB12、Vc、VA、VD 等 生物制品：亚单位疫苗、重组疫苗、DNA 疫苗等 酶抑制剂： 棒酸（可抑制 b-内酰胺酶对青霉素的破坏） α-淀粉酶的抑制剂可治疗糖尿病 胆固醇抑制剂可治疗高血压高血脂 3、在轻工业中的应用糖酶：a-淀粉酶、b-淀粉酶、异淀粉酶、葡萄糖异构酶、半乳糖 酶、纤维素酶等 蛋白酶：碱性蛋白酶（洗涤剂、皮革鞣化、啤酒去浊） 酸性蛋白酶（饮料、制蛋白水解物） 中性蛋白酶（皮革脱毛、蚕丝脱胶、蛋白胨制备） 果胶酶：果汁果酒澄清、苎麻脱胶 脂肪酶：分解脂肪为脂肪酸和甘油 凝乳酶：制干酪 氨基酰化酶、甘露聚糖酶等 4、在化工能源中的应用 醇及溶剂：乙醇、甘油、异丙醇、丙酮、丁醇、丁二醇等 有机酸：醋酸、丙酸、乳酸、琥珀酸、苹果酸、衣康酸、水杨酸等 多糖：黄原胶、海藻糖等 清洁能源：氢气、微生物燃料电池等 5、在农业中的应用 生物农药：杀虫剂（Bt、白僵菌、病毒、微孢子虫） 防治植物病害（假单孢菌、木霉、弱病毒、庆丰霉素） 生物除草剂：利用杂草的病原微生物 生物增产剂：根瘤菌、蓝细菌、钾细菌、磷细菌等
6、在环境保护中的作用 污水处理（厌气法、好气法） 7、在高技术领域中的应用 基因工程的各种工具酶等 二)微生物工程产品类型： 1、微生物菌体的发酵 SCP、药用真菌（冬虫夏草、茯苓等） 生物防治制剂（如苏云金杆菌） 活性乳制剂 细胞的生长与产物的积果成平行关系，生长速率最大的时期也是产物合成最高阶段。 2、微生物酶发酵 各种酶制剂：糖化酶、氨基酰化酶(DL氨基酸光学拆分)、蛋白酶、脂肪酶等 3、微生物代谢产物发酵 初级代谢产物： 与菌体生长相伴随的产物；氨基酸、核苷酸、维生素、有机酸、溶剂 菌体对其合成反馈控制严密，一般不村量积累 次级代谢产物： 与菌体生长不相伴随，以初级代谢产物为原料而合成合成：抗生素、生物碱、毒 素、胞外多糖等；结构常较复杂对环境条件敏感；微生物的生物转化 利用微生物细胞的一种或几种酶，作用于一些化合物的特定部位（基团），使它 转变成结构相类似但具有更大经济价值的化合物。 转化的最终产物并不是微生物细胞利用营养物质经细胞代谢产生，而是微生物 细胞的酶或酶系作用于底物的某一部位，进行特定部位的化学反应而形成。 反应最显著的特点是特异性强，包括反应特异性、结构位置特异性，立体特异性 e.g甾体转化： 5、微生物特殊机能的利用 利用微生物消除环境污染 金属浸沥回收 利用基因工程菌开拓发酵工程新领域 六、微生物工程面临的挑战和发展趋向 一)面临的挑战 1、化学合成工业的竞争 有机溶剂，如丙酮丁醇发酵法产品所占份额已很少。 当然也有多种原来通过化工合成的产品逐渐被发酵法所取代，如乳酸 2、农业生物工程的冲击 转基因植物中表达生产PHB、抗体、药物、植酸酶（将饲料中的有机磷转变为动物 可以利用的形式，减少粪便中的磷，降低饲养场地区的污染)等
6、在环境保护中的作用 污水处理（厌气法、好气法） 7、在高技术领域中的应用 基因工程的各种工具酶等 二）微生物工程产品类型: 1、微生物菌体的发酵 SCP、药用真菌（冬虫夏草、茯苓等） 生物防治制剂（如苏云金杆菌） 活性乳制剂 细胞的生长与产物的积累成平行关系，生长速率最大的时期也是产物合成最高阶段。 2、微生物酶发酵 各种酶制剂：糖化酶、氨基酰化酶（DL 氨基酸光学拆分）、蛋白酶、脂肪酶等 3、微生物代谢产物发酵 初级代谢产物： 与菌体生长相伴随的产物；氨基酸、核苷酸、维生素、有机酸、溶剂 菌体对其合成反馈控制严密，一般不过量积累 次级代谢产物： 与菌体生长不相伴随，以初级代谢产物为原料而合成合成：抗生素、生物碱、毒 素、胞外多糖等；结构常较复杂对环境条件敏感；微生物的生物转化 利用微生物细胞的一种或几种酶，作用于一些化合物的特定部位（基团），使它 转变成结构相类似但具有更大经济价值的化合物。 转化的最终产物并不是微生物细胞利用营养物质经 细胞代谢产生，而是微生物 细胞的酶或酶系作用于底物的某一部位，进行特定部位的化学反应而形成。 反应最显著的特点是特异性强，包括反应特异性、结构位置特异性、立体特异性 e.g 甾体转化： 5、微生物特殊机能的利用 利用微生物消除环境污染 金属浸沥回收 利用基因工程菌开拓发酵工程新领域 六、微生物工程面临的挑战和发展趋向 一）面临的挑战 1、化学合成工业的竞争 有机溶剂，如丙酮丁醇发酵法产品所占份额已很少。 当然也有多种原来通过化工合成的产品逐渐被发酵法所取代，如乳酸 2、农业生物工程的冲击 转基因植物中表达生产 PHB、抗体、药物、植酸酶（将饲料中的有机磷转变为动物 可以利用的形式，减少粪便中的磷，降低饲养场地区的污染）等
二)微生物工程发展趋向 1、提高现有微生物发酵工业水平 2、利用重组DNA技术 3、开拓极端酶 七、微生物工程的内容 微生物工程基本上可分为发和提取两部分 发酵部分也称发酵工程，是微生物反应过程；提取部分也称后处理，或下游加工 技术 虽然微生物工业生产以发酵为主，发酵的好坏是整个生产的关键，但后处理在发 酵生产中也占有重要的地位
二）微生物工程发展趋向 1、提高现有微生物发酵工业水平 2、利用重组 DNA 技术 3、开拓极端酶 七、微生物工程的内容 微生物工程基本上可分为发酵和提取两部分 发酵部分也称发酵工程，是微生物反应过程；提取部分也称后处理，或下游加工 技术 虽然微生物工业生产以发酵为主，发酵的好坏是整个生产的关键，但后处理在发 酵生产中也占有重要的地位
第二章微生物工程菌种 一、目的要求 要求学生掌握高产菌种的获得方法 二、基本内容 1.发酵工业常用的菌种 2.菌种的来源 3.菌种的选育 4.菌种的保藏 三、重点内容 菌种分离原理方法；诱变育种、原生质体融合育种、杂交育种的原理及方法。微 四、教学方法 应用多媒体讲授 第一节发酵工业常用的微生物 一、发酵工业对微生物菌种的要求 尽管工业用微生物菌种多种多样，但作为大规模生产，选择菌种应遵循以下原则 1、能在廉价原料制成的培养基上迅速生长，并形成所需的代谢产物，产量高。 2、可以在易于控制的培养条件下迅速生长和发酵，且所需酶活力高。 3、根据代谢控制的要求，选择单产高的营养缺陷型突变株或调节突变株或野生 菌株。 4、选育抗噬菌体能力强的菌株，使其不易感染噬菌体。 5、菌种纯粹，不易变异退化，以保证发酵生产和产品质量的稳定性。 6、菌种不是病原菌，不产生有害的生物活性物质和毒素，以保证安全。 二、发酵工业中常用微生物菌种 (一)细菌 1、枯草芽孢杆菌(Baci11 us subti1is) 分布广，常存在于枯草、土壤等，一般为腐生菌；制曲时，如果水分含量大，温 度较高，就容易造成枯草杆菌迅速繁殖；不仅消耗原料蛋白质和淀粉，而且生成刺眼 鼻的氨味，造成曲子发粘发臭，使制曲失败。能产生大量淀粉酶和蛋白酶 2、大肠杆菌(Escherichia co1 可利用大肠杆菌制取天冬氨酸、苏氨酸、缬氨酸等；大肠杆菌的谷氨酸脱羧酶在 工业上被用来进行谷氨酸的定量分析；基因工程的很好材料 3、乳酸杆菌(Lactobaci1 lus sp.) 革兰氏阳性，无芽孢，厌氧或兼性厌氧；
第二章 微生物工程菌种 一、目的要求 要求学生掌握高产菌种的获得方法 二、基本内容 1．发酵工业常用的菌种 2．菌种的来源 3．菌种的选育 4．菌种的保藏 三、重点内容 菌种分离原理方法；诱变育种、原生质体融合育种、杂交育种的原理及方法。微 四、教学方法 应用多媒体讲授 第一节 发酵工业常用的微生物 一、发酵工业对微生物菌种的要求 尽管工业用微生物菌种多种多样，但作为大规模生产，选择菌种应遵循以下原则： 1、能在廉价原料制成的培养基上迅速生长，并形成所需的代谢产物，产量高。 2、可以在易于控制的培养条件下迅速生长和发酵，且所需酶活力高。 3、根据代谢控制的要求，选择单产高的营养缺陷型突变株或调节突变株或野生 菌株。 4、选育抗噬菌体能力强的菌株，使其不易感染噬菌体。 5、菌种纯粹，不易变异退化，以保证发酵生产和产品质量的稳定性。 6、菌种不是病原菌，不产生有害的生物活性物质和毒素，以保证安全。 二、发酵工业中常用微生物菌种 (一) 细菌 1、枯草芽孢杆菌 (Bacillus subtilis) 分布广，常存在于枯草、土壤等，一般为腐生菌；制曲时，如果水分含量大，温 度较高，就容易造成枯草杆菌迅速繁殖；不仅消耗原料蛋白质和淀粉，而且生成刺眼 鼻的氨味，造成曲子发粘发臭，使制曲失败。能产生大量淀粉酶和蛋白酶 2、大肠杆菌 (Escherichia coli) 可利用大肠杆菌制取天冬氨酸、苏氨酸、缬氨酸等；大肠杆菌的谷氨酸脱羧酶在 工业上被用来进行谷氨酸的定量分析；基因工程的很好材料 3、乳酸杆菌 (Lactobacillus sp.) 革兰氏阳性，无芽孢，厌氧或兼性厌氧；
可生产乳酸；干酪的成熟、乳脂的酸化和腌菜、泡菜制作 4、丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutyleum) 芽孢卵形，中生或次端生，使芽孢囊膨大成梭状或鼓槌形 专性厌氧 发酵生产丙酮丁醇 5、肠膜状明串珠菌(Leuconostoc mesenteroides) G中、微需氧至兼性厌氧，生长需要缬氨酸和谷氨酸 在蔗糖液中形成特征性葡聚糖黏液(2025C促使形成) 可生产葡聚糖；使糖汁变粘而无法加工，为糖厂有害菌 6、醋酸菌(Acetobacter) 不形成芽孢，G,好气性 分两群：1)只将乙醇氧化成醋酸 2)将产生的醋酸继续氧化成C02和水 可生产酷酸 7、棒状杆菌(Corynebacter ium 以葡萄糖为原料发酵产生酸，是谷氨酸而后其他氨基酸的高产菌 生产谷氨酸等；如北京棒杆菌AS1.299钝齿棒杆菌AS1.542 8、短杆菌(Brevibacter ium) 氨基酸、核苷酸工业生产中常用的菌种，也是酶法合成生产辅酶A的菌种 9、黄单胞菌(Xanthomonas) 细胞直杆状，G-,无芽孢，极生鞭毛 在含蔗糖的琼脂平板上形成圆形、边缘整齐、粘稠光滑的黄色菌落；液体培养形 成黄色粘稠的胶状物 一夹膜多糖，其黄色为一种水溶性色素 野油菜黄单胞菌(X.campestris)可以淀粉生产黄原胶(Xanthan gum. 10、假单胞菌(Pseudomonas) 能发酵生产维生素B12、丙氨酸、谷氨酸、葡萄糖酸、色素、果胶酶；也能进行类 固醇（甾体）转化；有些菌株可利用烃类生产单细胞蛋白。 (二)放线菌大多腐生，少数寄生：产生多种抗生素(60%以上)，经济价值大 1、链霉菌属(Streptomyces) 灰色链霉菌(Streptomyces griseus)生产链霉素 龟裂链霉菌(Streptomyces rimosus) 菌落灰白色，表面后期有皱折，呈龟裂状；生产土霉素；金霉素链霉菌 (Streptomyces aureofaciens)；在PDA培养基上生长时，基内菌丝产生金黄色色素； 生产金霉素 红霉素链霉菌(Streptomyces erythreus)产红霉素 2、小单胞菌属(Micromonospora) 与一般放线菌不同，菌丝体长入培养基内，不形成气生菌丝，而在基内菌丝体上 长出孢子梗，其顶端生一个球形、椭圆形孢子
可生产乳酸；干酪的成熟、乳脂的酸化和腌菜、泡菜制作。 4、丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutyleum) 芽孢卵形，中生或次端生，使芽孢囊膨大成梭状或鼓槌形 专性厌氧 发酵生产丙酮丁醇 5、肠膜状明串珠菌 (Leuconostoc mesenteroides) G+、微需氧至兼性厌氧，生长需要缬氨酸和谷氨酸 在蔗糖液中形成特征性葡聚糖黏液（20~25ºC 促使形成） 可生产葡聚糖；使糖汁变粘而无法加工，为糖厂有害菌 6、醋酸菌 (Acetobacter) 不形成芽孢，G-，好气性 分两群：1）只将乙醇氧化成醋酸 2）将产生的醋酸继续氧化成 CO2 和水 可生产醋酸 7、棒状杆菌 (Corynebacterium) 以葡萄糖为原料发酵产生酸，是谷氨酸而后其他氨基酸的高产菌 生产谷氨酸等；如北京棒杆菌 AS1.299 钝齿棒杆菌 AS1.542 8、短杆菌 (Brevibacterium) 氨基酸、核苷酸工业生产中常用的菌种，也是酶法合成生产辅酶 A 的菌种 9、黄单胞菌 (Xanthomonas) 细胞直杆状，G-，无芽孢，极生鞭毛 在含蔗糖的琼脂平板上形成圆形、边缘整齐、粘稠光滑的黄色菌落；液体培养形 成黄色粘稠的胶状物——夹膜多糖，其黄色为一种水溶性色素 野油菜黄单胞菌(X. campestris) 可以淀粉生产黄原胶(Xanthan gum) 10、假单胞菌 (Pseudomonas) 能发酵生产维生素 B12、丙氨酸、谷氨酸、葡萄糖酸、色素、果胶酶；也能进行类 固醇（甾体）转化；有些菌株可利用烃类生产单细胞蛋白。 （二）放线菌大多腐生，少数寄生; 产生多种抗生素（60%以上），经济价值大 1、链霉菌属 (Streptomyces ) 灰色链霉菌(Streptomyces griseus) 生产链霉素 龟裂链霉菌 (Streptomyces rimosus) 菌落灰白色，表面后期有皱折，呈龟裂状；生产土霉素；金霉素链霉菌 (Streptomyces aureofaciens)；在 PDA 培养基上生长时，基内菌丝产生金黄色色素； 生产金霉素 红霉素链霉菌 (Streptomyces erythreus) 产红霉素 2、小单胞菌属 (Micromonospora) 与一般放线菌不同，菌丝体长入培养基内，不形成气生菌丝，而在基内菌丝体上 长出 孢子梗，其顶端生一个球形、椭圆形孢子