微生物的應(yīng)用

1、微生物的應(yīng)用一、微生物在生物醫(yī)藥中的應(yīng)用很早以前，人們就發(fā)現(xiàn)某些微生物對(duì)另外一些微生物的生長繁殖有抑制作用，把這種現(xiàn)象稱為抗生。隨著科學(xué)的發(fā)展，人們終于揭示出抗生現(xiàn)象的本質(zhì)，從某些微生物體內(nèi)找到了具有抗生作用的物質(zhì)，并把這種物質(zhì)稱為抗生素，如青霉菌產(chǎn)生的青霉素，灰色鏈絲菌產(chǎn)生的鏈霉素都有明顯的抗菌作用。微生物種類多、數(shù)量大、個(gè)體小、面積大、新陳代謝能力強(qiáng)、吸收多、轉(zhuǎn)化快、生長旺、繁殖速度快，廣泛應(yīng)用于制藥工業(yè)中。如抗生素、維生素、氨基酸、酶及酶抑制劑以及微生態(tài)制劑都有是利用微生物發(fā)酵制成的。利用“工程菌”作為制藥工業(yè)的發(fā)酵產(chǎn)生菌可生產(chǎn)出更多低成本、高質(zhì)量的藥物，使得微生物在制藥工業(yè)中的應(yīng)用前景

2、更加廣闊。對(duì)于微生物對(duì)生物醫(yī)藥的主要應(yīng)用為抗生素的制備，主要途徑為：從自然界分離并篩選新抗生素產(chǎn)生菌；改造現(xiàn)有的抗生素的產(chǎn)生菌，再經(jīng)篩選獲得新抗生素產(chǎn)生菌；對(duì)已知的抗生素進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造，經(jīng)篩選后獲得新的半合成抗生素；新的篩選方法，應(yīng)用定向生物合成和突變生物合成的原理等；現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)設(shè)計(jì)產(chǎn)生新抗生素。目前應(yīng)用微生物工業(yè)把發(fā)酵由微生物擴(kuò)大到植物、動(dòng)物，因此工業(yè)微生物學(xué)家將所有通過微生物或其他生物細(xì)胞（動(dòng)、植物細(xì)胞）或經(jīng)過生物工程改造了的“工程菌”的培養(yǎng)來制備工業(yè)產(chǎn)品或轉(zhuǎn)化某些物質(zhì)的過程，統(tǒng)稱為發(fā)酵。微生物發(fā)酵的一般工藝也就是利用深層培養(yǎng)，進(jìn)行微生物發(fā)酵生產(chǎn)所需要產(chǎn)品的過程。微生物發(fā)酵一般分發(fā)酵

3、與提取2個(gè)階段。其生產(chǎn)的一般工藝流程如下：2、 微生物在食品工業(yè)中的應(yīng)用 微生物用于食品制造是人類利用微生物的最早、最重要的一個(gè)方面，在我國已有數(shù)千年的歷史。在食品工業(yè)中，可利用細(xì)菌制造出許多食品，如乳酸飲料、味精及種類繁多的調(diào)味品等。（1）食醋食醋按加工方法可分為合成醋、釀造醋、再制醋三大類。其中產(chǎn)量最大且與我們關(guān)系最為密切的是釀造醋，它是利用糧食等淀粉質(zhì)為原料，經(jīng)微生物制曲、糖化、酒精發(fā)酵、醋酸發(fā)酵等階段釀制而成。（2） 發(fā)酵乳制品發(fā)酵乳制品是指良好的原料乳經(jīng)過殺菌作用接種特定的微生物進(jìn)行發(fā)酵作用，產(chǎn)生具有特殊風(fēng)味的食品，稱為發(fā)酵乳制品。常用發(fā)酵乳制品有酸奶、奶酪、酸奶油、馬奶酒等。發(fā)酵乳

4、制品主要包括酸奶和奶酪兩大類，生產(chǎn)菌種主要是乳酸菌，分為球菌和桿菌兩種。（3） 氨基酸發(fā)酵氨基酸是組成蛋白質(zhì)的基本成分，其中有八種氨基酸是人體不能合成但又必需的氨基酸，稱為必需氨基酸，人體只有通過食物來獲得。 在食品工業(yè)中，氨基酸可作為調(diào)味料；在食品中添加某些氨基酸可提高其營養(yǎng)價(jià)值等等。（4） 黃原膠黃原膠別名汗生膠，又稱黃單胞多糖，是國際上20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的新型發(fā)酵產(chǎn)品。它是由甘藍(lán)黑腐病黃單胞細(xì)菌以碳水化合物為主要原料，經(jīng)通風(fēng)發(fā)酵、分離提純后得到的一種微生物高分子酸性胞外雜多糖。其作為新型優(yōu)良的天然食品添加劑用途越來越廣泛，可代替多種膠體。（5） 酵母在食品工業(yè)中的應(yīng)用酵母細(xì)胞中含有

5、蛋白質(zhì)、脂肪、糖類、維生素和無機(jī)鹽等，其中蛋白質(zhì)的含量非常豐富，因此它具有較高的營養(yǎng)價(jià)值，是良好的蛋白質(zhì)資源，可作為食用和飼用。微生物生長繁殖迅速,其生長條件完全受人工控制,而且由于微生物對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng),可以利用農(nóng)副產(chǎn)廢棄物、糖蜜、谷氨酸發(fā)酵廢液，稻草、稻殼、玉米秸、釀造、食品廠的廢渣、廢液、木屑、紙漿廢液等進(jìn)行生產(chǎn)都可以作為培養(yǎng)酵母的材料，以達(dá)到綜合利用的目的。當(dāng)然作為食用還需要解決一些適口性問題。（6） 霉菌在食品工業(yè)中的應(yīng)用絕大多數(shù)霉菌能把加工所用原料中的淀粉、糖類等碳水化合物、蛋白質(zhì)等含氮化合物及其他種類的化合物進(jìn)行轉(zhuǎn)化，制造出多種多樣的食品、調(diào)味品及食品添加劑。不過，在許多食品制

6、造中，除了利用霉菌以外，還要由細(xì)菌、酵母的共同作用下來完成。在食品釀造業(yè)中，常常以淀粉質(zhì)為主要原料，只有將淀粉轉(zhuǎn)化為糖才能被酵母菌及細(xì)菌利用。（7） 食品制造中的主要微生物酶制劑及其應(yīng)用酶制劑可以由細(xì)菌、酵母菌、霉菌、放線菌等微生物生產(chǎn)。酶的發(fā)酵生產(chǎn)是以獲得大量所需的酶為目的。為此，除了選擇性能優(yōu)良的產(chǎn)酶細(xì)胞以外，還必須滿足細(xì)胞生長、繁殖和發(fā)酵產(chǎn)酶的各種工藝條件，并根據(jù)發(fā)酵過程的變化進(jìn)行優(yōu)化控制。酶制劑在食品保鮮、淀粉類食品生產(chǎn)、蛋白質(zhì)食品生產(chǎn)、果蔬食品生產(chǎn)、果酒生產(chǎn)及食品添加劑生產(chǎn)中的應(yīng)用廣泛。3、 微生物在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用1. 微生物肥料我國微生物肥料的研究應(yīng)用和國際上一樣，是從豆科植物應(yīng)用根

7、瘤菌接種劑開始的。起初只稱為大豆或花生根瘤菌劑。聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)和一些生物固氮組織近二十年來發(fā)展并推廣這項(xiàng)技術(shù)，取得了十分好的效果。從土壤肥力而言，根瘤菌肥料還有增加土壤氮素提高土壤肥力的作用，這是其它非豆科植物所沒有的，因此豆科植物與根瘤菌共生固氮在農(nóng)業(yè)和牧草生產(chǎn)上有重要意義。（1）根瘤菌菌劑 用于豆科作物結(jié)瘤、固氮的接種劑。是用人工選育出來的高效根瘤菌株經(jīng)大量繁殖用載體吸附制成的，是迄今為此世界上研究最早、應(yīng)用時(shí)間最長、生產(chǎn)量最多、應(yīng)用最廣泛和效果最穩(wěn)定的微生物肥料之一。（2） 固氮菌菌劑 自生固氮微生物的固氮能力比共生固氮的根瘤菌要少得多，而且在使用過程中更易受到環(huán)境條件中氮素含

8、量的影響。但在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，它們對(duì)作物的作用除了固氮外，更重要的是它們能夠產(chǎn)生多種植物激素類物質(zhì)。（3） 解磷微生物菌劑能分解土壤中難溶態(tài)磷的細(xì)菌制成的解磷細(xì)菌肥料，使解磷細(xì)菌在作物根際形成一個(gè)磷素供應(yīng)較為充分的微區(qū)，因磷細(xì)菌在生長代謝過程中能夠產(chǎn)生一些有機(jī)酸和如植酸酶的酶類，使土壤中的難溶性磷形成作物能夠吸收利用的可溶性磷，供作物吸收利用。目前生產(chǎn)上應(yīng)用較多的菌種為巨大芽孢扦菌。 （4） 硅酸鹽微生物菌劑 分解土壤中難溶的磷、鉀等營養(yǎng)元素，并在生長、代謝過程中分泌可以刺激作物生長的激素類物質(zhì)，在植物根際形成優(yōu)勢(shì)種群，可抑制其它病原菌的生長，因而達(dá)到增產(chǎn)效果。（5） 光合細(xì)菌菌劑 光合細(xì)菌是地球

9、上最早的光合生物，廣泛分布于海洋、江河、湖泊、沼澤、池塘、活性污泥及水稻、水葫蘆、小麥等根際土壤中。它能促進(jìn)土壤中放線菌、固氮菌等微生物的生長，增強(qiáng)農(nóng)產(chǎn)品的耐貯性和提高品質(zhì)，降解土壤中殘留的農(nóng)藥及其它有毒物質(zhì)。與生產(chǎn)應(yīng)用關(guān)系密切的光合細(xì)菌主要是紅螺菌科中的一些種、屬。 （6） 菌根菌劑 使用的菌種包括由多數(shù)內(nèi)囊霉科屬或種形成叢枝狀菌根,簡稱AM真菌。目前的土法生產(chǎn)已能夠解決小批量生產(chǎn)問題，用于名貴花卉、苗木、藥材，有較好的應(yīng)用前景。（7） 促生菌劑指通過接種在植物根際增殖且具有促進(jìn)生長作用的土壤細(xì)菌稱為植物促生根際細(xì)菌（PGPR）。（8） 抗生菌肥料指用分泌抗生物質(zhì)和刺激素的微生物制成的肥料產(chǎn)

10、品，使用菌種通常是放線菌，如細(xì)黃鏈霉菌（Streptomyces jingyangesis）。我國應(yīng)用多年的“5406”即屬此類，應(yīng)用后不僅有肥效作用而且能抑制一些作物病害，刺激和調(diào)節(jié)作物生長。 2.微生物農(nóng)藥利用微生物或其產(chǎn)物來防治植物病蟲害和雜草危害的一類微生物制劑。當(dāng)這些病原體和拮抗微生物或其代謝產(chǎn)物為昆蟲吞食、接觸或病菌感染后，通過微生物的活動(dòng)、毒素的作用而使害蟲和病原菌的新陳代謝受影響，破壞其機(jī)體器官，影響其發(fā)育繁殖或變態(tài)，從而達(dá)到滅菌防病的目的。3. 食用菌食用菌資源十分豐富，全世界可供食用的真菌有2000多種。常見栽培品種有雙孢蘑菇、草菇、金針菇、平菇、香菇、猴頭菌、木耳、銀耳、

11、靈芝、和茯苓等。4. 微生物飼料微生物飼料是利用微生物的新陳代謝和個(gè)體的繁殖來生產(chǎn)和調(diào)制的飼料。大體上分為兩大類：一類主要是利用微生物的發(fā)酵作用改變飼料原料的理化性狀，如增加適口性，提高消化率及營養(yǎng)價(jià)值，或解毒、脫毒和積累有益的中間代謝產(chǎn)物。包括乳酸飼料、粗飼料發(fā)酵、擔(dān)子菌發(fā)酵飼料、禽畜糞便發(fā)酵飼料等；與微生物飼料生產(chǎn)與調(diào)制有關(guān)，能提供菌體蛋白和有益代謝物，或具備解毒、脫毒功能的有益微生物，稱為飼料微生物。菌種的研究是微生物制劑應(yīng)用的基礎(chǔ)，優(yōu)良的菌種是企業(yè)的保證。國內(nèi)外都在開展這方面的研究主要包括新菌株的分離、 篩選、鑒定、生物學(xué)特性、代謝產(chǎn)物、對(duì)宿主的適應(yīng)性和作用機(jī)理以及菌株的組合配比和應(yīng)用

12、效果等。1989年美國FDA批準(zhǔn)41種認(rèn)為是安全有效的微生物，我國農(nóng)業(yè)部1999年6月公布，干酪乳桿菌、植物乳枰菌、嗜酸乳桿菌、乳鏈球菌、糞鏈球菌、屎鏈球菌、乳酸片球菌、枯草桿菌、納豆芽孢桿菌、啤酒酵母、產(chǎn)阮假絲酵母、沼澤紅假單胞菌等l2種菌可作為飼用微生物添加劑。此外不斷有研究和應(yīng)用新菌種的報(bào)道， 知臘樣芽孢桿菌、地農(nóng)芽孢桿菌、固氮菌等。飼用微生物在提高動(dòng)物抗病能力、提高飼料轉(zhuǎn)化率、提高生產(chǎn)性能、改善生態(tài)環(huán)境等方面有明顯的作用，并且具有安全、無污染、無殘留等特點(diǎn)，有利于綠色食品的生產(chǎn)，有利于保障人類健康。因此發(fā)展前景十分廣闊。5.沼氣發(fā)酵沼氣（marsh gas或swamp gas）：又稱生

13、物氣（biogas），是一種混合可燃?xì)怏w，其中主要成分為甲烷、還含有少量H2、N2、CO2等。沼氣發(fā)酵：其生化本質(zhì)是一種由產(chǎn)甲烷細(xì)菌進(jìn)行的甲烷形成（methanogenesis）過程。四、微生物在固體廢棄物上的應(yīng)用隨著我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速增長，城市化進(jìn)程不斷加快，生產(chǎn)、銷售、消費(fèi)過程中產(chǎn)生的固體廢棄物隨著經(jīng)濟(jì)的增長而增加，大量未經(jīng)處理的廢棄物直接排放大自然，成為日趨嚴(yán)重的環(huán)境污染源，已經(jīng)成為中國最嚴(yán)重的公害之一。農(nóng)業(yè)植物纖維性廢棄物中的成分一般都能被微生物分解作用，加到動(dòng)物飼料中可大大提高飼料效果。微生物處理技術(shù)就是指應(yīng)用微生物工業(yè)技術(shù)，采用生物工程手段，將秸稈、木屑等農(nóng)業(yè)植物纖維性廢棄物加工變?yōu)?/p>

14、微生物蛋白產(chǎn)品，其應(yīng)用的微生物包括細(xì)菌、酵母菌及微型藻類，發(fā)酵主要有液體發(fā)酵和固體發(fā)酵兩種方式。好氧堆肥是在有氧的條件下，借好氧微生物 (主要是好氧細(xì)菌) 的作用來使有機(jī)物質(zhì)透過微生物的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜而被微生物吸收：固體的和膠體的有機(jī)物先附著在微生物體外，由生物所分泌的胞外酶分解為可溶性物質(zhì)，再滲入細(xì)胞。 微生物通過自身的生命活動(dòng)氧化還原和生物合成過程，把一部分被吸收的有機(jī)物氧化成簡單的無機(jī)物， 并放出生物生長活動(dòng)所需要的能量，把另一部分有機(jī)物轉(zhuǎn)化合成新的細(xì)胞物質(zhì)，使微生物生長繁殖，生產(chǎn)更多的生物體。由于好氧堆肥溫度高， 一般在50 60，甚至可達(dá)8090，故亦稱為高溫堆肥。厭氧堆肥是在無氧條

15、件下，借厭氧微生物 (主要是厭氧細(xì)菌) 的作用來進(jìn)行的。 當(dāng)有機(jī)物進(jìn)行厭氧分解時(shí)，主要經(jīng)歷了兩個(gè)階段： 酸性發(fā)酵階段和堿性發(fā)酵階段。 分解初期， 微生物活動(dòng)中的分解產(chǎn)物是有機(jī)酸、醇、二氧化碳、 氨、 硫化氫等：在這一階段中，有機(jī)酸大量積累，PH值隨著下降，所以叫做酸性發(fā)酵階段，參與的細(xì)菌統(tǒng)稱為產(chǎn)酸細(xì)菌。 在分解后期， 由于所產(chǎn)生的氨的中和作用，PH值逐漸上升，同時(shí)，另一群統(tǒng)稱為甲烷細(xì)菌的微生物開始分解有機(jī)酸和醇，產(chǎn)物主要是甲烷和二氧化碳。隨著甲烷細(xì)菌的繁殖，有機(jī)酸迅速分解，PH值迅速上升，這一階段的分解叫堿性發(fā)酵階段。厭氧堆肥運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低，如果對(duì)所 產(chǎn)生的甲烷氣處理得當(dāng)，還有利用的可能。五、微生

16、物在污水處理中的應(yīng)用目前我國的污水處理方法有很多，有物化法( 包括吹脫法、膜分離技術(shù)等) ，化學(xué)方法(包括化學(xué)氧化法、 電化學(xué)法等) ，這些處理污水的方法存在許多弊端。投資大、不徹底 ，易造成二次污染等，不滿足世界環(huán)境與發(fā)展委員會(huì)提出的“可持續(xù)發(fā)展 的要求。 這就要求我們?cè)谔幚韱栴}的時(shí)候，多考慮環(huán)境保護(hù)的因素，多從技術(shù)的先進(jìn)性和是否代表了可持續(xù)發(fā)展的方向兩個(gè)方面來考慮。所以近年來利用微生物技術(shù)處理控制污水的方法逐漸受到重視，并在污水處理等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。 與物理、化學(xué)等處理方法不同，微生物能利用 自身的新陳代謝作用，分解污水中的有機(jī)物，也就是說能夠 “ 吃掉污染”。微生物凈化污水的過程主要

17、是指在污水處理裝置中采用不同性能的微生物，并且讓它們相互配合，從而實(shí)現(xiàn)物質(zhì)循環(huán)的過程。當(dāng)城市污水進(jìn)入污水處理裝置中的時(shí)候，微生物會(huì)發(fā)揮其作用。微生物在一定條件下，能夠?qū)λw進(jìn)行分辨，判斷出水體的成分，從而有選擇性的進(jìn)行處理 ，并且不斷地進(jìn)行有規(guī)律的改變。微生物區(qū)系對(duì)污水中的有機(jī)物或者是有毒物質(zhì)進(jìn)行分解和氧化等處理 ，從而對(duì)污水起到凈化的作用。污水經(jīng)過處理后，可流人河道或者被二次使用。污水經(jīng)過微生物處理后，會(huì)生成大量的廢渣和生物膜的殘余物，這些物質(zhì)可以通過厭氧處理 ，從而生成可被利用的沼氣以及有機(jī)肥料。利用微生物技術(shù)處理污水能有效的減少甚至避免環(huán)境的二次污染，但是它對(duì)環(huán)境有一定的要求，比較容易受

18、環(huán)境的影響，下面介紹幾種方法：活性污泥法，它利用含有好氧微生物的活性污泥，能有效的去除有機(jī)物的氨氮，是一種應(yīng)用最廣， 工藝比較成熟的廢水生物處理技術(shù)。 活性污泥在污水處理中有很強(qiáng)的吸附、 分解能力，缺點(diǎn)是能產(chǎn)生大量的剩余污泥，而兩端活性污泥法解決了這一問題，它在增強(qiáng)去污的同時(shí)，可以不排泥或少排泥從而降低污泥處理費(fèi)用。 根據(jù)曝氣方式的不同，活性污泥法分為普通曝氣法、 完全混合曝氣法逐步曝氣法、旋流式曝氣法和純氧曝氣法。生物硝化反硝化是應(yīng)用最廣泛的脫氮方式，是去除水中氨氮的一種較為經(jīng)濟(jì)的方法 ，其優(yōu)點(diǎn)是降低能耗、 實(shí)現(xiàn)反硝化脫氮、縮短反應(yīng)歷程、降低污泥產(chǎn)量。 但是這種去污方法控制因素多且復(fù)雜，各種

19、因素之間又相互關(guān)聯(lián)，比較難把握。A/O工藝比較簡單，但脫氮除磷效果稍差，脫氮效率 7080，除磷只有2030。盡管如此，目前仍是比較普遍采用的工藝。Bardenpho 工藝是對(duì)AO工藝的一個(gè)改進(jìn)，它增設(shè)了一個(gè)缺氧段和一個(gè)好氧段，從而有利于提高脫氮效率。膜一生物反應(yīng)器，是采用物化方法和生物方法相聯(lián)合的方法這種方法把污水處理分成兩個(gè)階段，第一階段采用物化方法將高濃度污水進(jìn)行分離氨氮處理 ，第二階段采用生物技術(shù)進(jìn)一步對(duì)氨氮進(jìn)行處理 。這種方法將物化方法和生物方法進(jìn)行了互補(bǔ)，能把氨氮濃度降到足夠低(如 100 mg/L 以下)。光能 自養(yǎng)生物膜系統(tǒng)，是由一個(gè)微生物種群構(gòu)成的一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的微生物生態(tài)系統(tǒng)。 它表層附著大量產(chǎn)氧光能 自養(yǎng)型微生物。 白天，可以制造大量氧氣，晚上則處于缺氧和厭氧狀態(tài)。 這樣通過晝夜交替，形成有氧、 缺氧和厭氧的環(huán)境，有助于不同階段的脫氧，使脫氧效果更佳。微生物絮凝技術(shù)在污水處理上也占有很大比重。微生物絮凝劑主要是一類微生物產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物(具有絮凝功能且能被 自然降解的高分子有機(jī)物)像糖蛋白、粘多糖