關于微生物學第十章微生物應用微生物的利用涉及食品、醫(yī)藥、環(huán)保、化工、冶金、輕紡、農牧、能源、電子、信息、海洋、宇宙等人類經濟生活的廣闊領域，在經濟和社會的發(fā)展中起著重要作用，微生物資源開發(fā)利用所形成的產業(yè)，已成為繼動物、植物兩大生物產業(yè)之間的第三大生物產業(yè)。全世界目前微生物產業(yè)的年產值已高達2000多億美元以上。第2頁,共120頁，2024年2月25日，星期天

總體上看微生物的應用可以歸納如下幾個方面：①微生物菌體的應用：如單細胞蛋白、生物殺蟲劑（Bt、白僵菌）食用菌、活性酵母等；②代謝產物的應用：如氨基酸、抗生素、有機酸、維生素、醇類、核酸、酶制劑等。③微生物特性的應用：如甾體的轉化、濕法冶金、細菌肥料、石油勘探等。④微生物基因的利用：如蘇云金桿菌毒蛋白基因、產堿桿菌聚-羥基丁酸鹽基因等。第3頁,共120頁，2024年2月25日，星期天第一節(jié)微生物接種劑一、微生物接種劑概述1，定義：通常將直接應用微生物活體作為接種材料的一類制劑稱為微生物接種劑。在微生物接種劑中，把為植物提供有效養(yǎng)料和促進生長的一類微生物接種劑稱為生物肥料；把防治植物病蟲害和消除雜草的一類為生物接種劑稱為微生物農藥。（廣義的微生物農藥還包括微生物的代謝產物如農用抗生素等。）第4頁,共120頁，2024年2月25日，星期天2，微生物接種劑的主要的特點：（1）單位面積上用量微少。例如，最常用的草炭吸附接種劑，一般用量7.5~15公斤/公頃，每克含5億個活細菌的菌劑，1公斤含菌總數為5000億個細胞，以一個細胞0.1立方微米計算，它的總體積僅為0.5立方厘米，重量約0.5克。第5頁,共120頁，2024年2月25日，星期天（2）不是直接作為植物的養(yǎng)料或藥劑，而是靠他們在土壤中或植物表面大量繁殖、進行旺盛的代謝而起作用。

（3）易受環(huán)境影響，穩(wěn)定性差（效果、制劑等）。第6頁,共120頁，2024年2月25日，星期天3，微生物接種劑的吸附劑固體或液體培養(yǎng)物可以直接施用，但是為了便于保存和使用，一般都將培養(yǎng)物放入吸附劑中保存、使用。常見吸附劑主要有下列幾類：第7頁,共120頁，2024年2月25日，星期天（1）草炭、土壤及添加劑。草炭被認為是最好的材料。

（2）植物材料：如谷殼粉、糖渣、玉米穗軸粉、腐熟堆肥等。

（3）惰性無機和有機材料：如蛭石、珍珠石、粉末磷灰石、硫酸鈣、聚丙酰胺膠粒等。第8頁,共120頁，2024年2月25日，星期天二、微生物肥料微生物肥料是根據微生物在自然界物質循環(huán)中分解和合成作用，所產生的具有促進植物生長和減少植物危害的作用，精心選育菌種，生產而成的生物肥料。第9頁,共120頁，2024年2月25日，星期天

目前工業(yè)生產的一些微生物肥料主要有固氮菌肥料、根瘤菌肥料、磷細菌肥料、鉀細菌肥料、“5406”抗生菌肥、菌根菌肥料、植物促生根際菌肥等。還有的將固氮、解磷、轉化礦物、抗病害的微生物混合配養(yǎng)制成復合微生物肥料。目前微生物肥料還是一種輔助性肥料，不能完全代替有機肥料和無機肥料。第10頁,共120頁，2024年2月25日，星期天1，根瘤菌劑

由于豆科植物種類不同和土壤類型的差異，接種效果有很大差異，多數情況下有一定的增產作用。第11頁,共120頁，2024年2月25日，星期天（1）應用方法種子拌種：固氮增產效果較差，但用量少、操作簡便土壤混菌：固氮增產效果較好，但用量大、操作不便（2）應用時間播種前：拌種或做成丸衣化種子（使用方便、成本高）。播種時：拌種或土壤混菌。播種后：追施1~2次。

第12頁,共120頁，2024年2月25日，星期天2，固氮菌肥料

用于生產的主要是固氮菌屬和固氮螺菌屬的某些種和菌株。第13頁,共120頁，2024年2月25日，星期天（1）固氮菌劑固氮菌劑只有在生長繁殖過程中固定分子態(tài)氮，而且僅滿足自身需要。要待它們死亡之后，細胞自溶或被分解時才能釋放出化合態(tài)氮供植物和其他微生物利用。對疏菜類作物的效果較好，特別是同時使用有機肥的情況下增產效果更顯著。固氮菌劑的應用最好結合秸稈還田、堆肥制作、苗床準備等來進行。第14頁,共120頁，2024年2月25日，星期天（2）聯(lián)合固氮菌制劑固氮螺菌除具有固氮作用外，還能夠促進植物吸收NO3-，NH4+，PO43-，K+，Fe2+等無機養(yǎng)料和水分。存在的問題：細菌在根圈定植和繁殖不理想。第15頁,共120頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)微生物農藥微生物農藥：是指利用微生物本身或其代謝產物防治病、蟲、雜草的制劑。第16頁,共120頁，2024年2月25日，星期天一、防治害蟲的微生物農藥

1，細菌殺蟲劑已發(fā)現的昆蟲致病菌由蘇云金芽孢桿菌（Bacillusthuringiensis

），金龜子芽孢桿菌（B.popilise），緩死芽孢桿菌（B.lentimorbus），球形芽孢桿菌(B.sphaericus)，天幕蟲梭菌(Clostridiummalacosome)，銅綠假單胞菌(Pseudomonasaeruginosa)和金龜子立克次氏體(Rickettsiellapopiliae)等。其中幾種芽胞桿菌已制成商品菌劑在生產中應用。其中研究最深入，應用最廣的是蘇云金桿菌。第17頁,共120頁，2024年2月25日，星期天（1）蘇云金芽孢桿菌殺蟲劑蘇云金芽孢桿菌殺蟲劑，簡稱Bt殺蟲劑，對磷翅目、雙翅目、膜翅目、鞘翅目、直翅目中的200多種昆蟲都有毒殺作用，而且各亞種、各菌株所毒殺的昆蟲對象不完全相同。有的對某種昆蟲的殺滅的專一性很強，毒力很高。Bt殺蟲機理主要靠其芽孢和毒素。蘇云金桿菌在菌體的一端形成芽孢，另一端形成近菱形的蛋白質晶體即伴孢晶體。第18頁,共120頁，2024年2月25日，星期天

這些晶體本身并不殺蟲，它只是毒素的前體。當昆蟲吞食伴孢晶體后，在腸道中的堿性條件下，伴孢晶體被分解，產生毒素的前體（也稱原毒素），在腸道中特異性的堿性蛋白酶作用下，水解出有活性的不同相對分子量的毒性多肽（被稱為蘇云金芽孢桿菌δ的內毒素）。δ內毒素特異性的結合在腸道上皮細胞的糖蛋白受體上，導致K+、Na+—泵失去作用，細胞代謝停止，昆蟲死亡。第19頁,共120頁，2024年2月25日，星期天

蘇云金芽孢桿菌的芽孢被昆蟲吞食后，在腸道中萌發(fā)成營養(yǎng)體大量繁殖，并穿透腸壁進入血液繁殖，是昆蟲得敗血癥死亡。蘇云金桿菌中有些變種除產生伴孢晶體毒素外，還分泌一種蘇云金素(又稱β-外毒素)，它是一種非特異性的小分子腺嘌呤核苷酸衍生物，其熱穩(wěn)定性好，可溶于水，是RNA聚合酶的競爭性抑制劑，干擾與昆蟲發(fā)育有關的激素的合成，導致幼蟲發(fā)育畸形或不能正?；肌５?0頁,共120頁，2024年2月25日，星期天Bt殺蟲劑的不足之處：Bt殺蟲劑的不足之處：①防效受環(huán)境影響大；②各種Bt菌株僅對其敏感的昆蟲有效，殺蟲譜窄；③昆蟲對Bt逐漸產生了可遺傳的抗性；④必須通過吞食作用才能進入昆蟲體內殺死昆蟲，而且只能在昆蟲發(fā)育的某一階段才能有好的使用效果。

Bt的大量可采用深層好氧發(fā)酵法，也可采用固體發(fā)酵法。第21頁,共120頁，2024年2月25日，星期天

將蘇云金桿菌的毒素基因轉入其它微生物或植物，不僅可以解決Bt需要吞食等不足問題，而且也是農藥和防治害蟲戰(zhàn)略的重大變革。轉基因植物中起抗蟲作用的絕大多數都是蘇云金芽孢桿菌的毒素基因。

應注意，蠶對毒素極為敏感，在養(yǎng)蠶的地區(qū)不能使用蘇云金芽孢桿菌制劑。第22頁,共120頁，2024年2月25日，星期天（2）金龜子芽孢桿菌金龜子芽孢桿菌是金龜子幼蟲（蠐螬）的專性病原，蠐螬吞食其芽孢后，芽孢萌發(fā)侵入血腔并大量繁殖，使幼蟲的血淋巴呈乳狀，死亡幼蟲呈乳白色，故又稱乳狀病。該種殺蟲劑能夠使50多種蠐螬致病，而且藥效可持續(xù)9年以上，是一種成功地用于防治金龜子蟲害的長效微生物農藥。第23頁,共120頁，2024年2月25日，星期天2，殺蟲抗生素----阿維菌素（AvermectinAv）阿維菌素（AvermectinAv）是從除蟲鏈霉菌（Streptomycesavermitilis）菌體中提取的大環(huán)內脂類抗生素。殺蟲機理：在阿維菌素（AvermectinAv）作用下，蟲體內γ--氨基丁酸增多，導致靶標生物的神經系統(tǒng)發(fā)生抑制，進而麻痹死亡。第24頁,共120頁，2024年2月25日，星期天優(yōu)點：廣譜的殺蟲殺螨活性。擊倒速度快，持效期較長。消滅抗藥性害蟲效果明顯。對人畜安全，不污染環(huán)境。使用成本低。第25頁,共120頁，2024年2月25日，星期天3，真菌殺蟲劑現在已知有500多種真菌能寄生于昆蟲和螨類，導致寄主發(fā)病死亡。殺蟲真菌分屬于卵菌、結合菌、子囊菌、擔子菌和半知菌。典型代表是白僵菌（Beauveriabassiana）（球孢白僵菌），屬半知菌的絲孢霉目，絲孢霉科。第26頁,共120頁，2024年2月25日，星期天白僵菌：白僵菌（Beauveriabassiana）（球孢白僵菌），屬半知菌的絲孢霉目，絲孢霉科。分生孢子著生于小梗頂端，球形；分生孢子梗多次分叉、集聚成團，呈花瓶狀；菌落平坦呈絨毛狀，后期呈粉狀，表面白色至淡黃色。第27頁,共120頁，2024年2月25日，星期天

白僵菌是一種廣譜性的寄生菌，能侵染磷翅目、雙翅目、膜翅目、鞘翅目、同翅目等的昆蟲和螨類。防治松毛蟲、玉米螟、大豆食心蟲等農林害蟲效果顯著。第28頁,共120頁，2024年2月25日，星期天機制：白僵菌接觸蟲體感染，適宜條件下分生孢子萌發(fā)，分泌幾丁質酶，溶解昆蟲表皮，侵入蟲體增殖，并分泌毒素（白僵菌素）和草酸鈣結晶，破壞寄主的組織，是代謝機能紊亂，最后因蟲體上長出白色的棉絮狀菌絲和分生孢子梗及孢子堆，整個蟲體水分被菌體吸收變成白色僵尸。。第29頁,共120頁，2024年2月25日，星期天4，病毒殺蟲劑

昆蟲病毒種類多，分布廣，專性強。常見的昆蟲病毒有核多角體病毒（NPV）、質多角體病毒（CPV）、顆粒體病毒（GV）和無包含體病毒。核多角體病毒（NPV）是一致發(fā)現的種類最多的昆蟲病毒，在寄主細胞的核內寄生和增殖，感染后寄主一般需4~20天才死亡。第30頁,共120頁，2024年2月25日，星期天

我國有一定生產規(guī)模而且應用效果較好的病毒殺蟲劑有：中國棉鈴蟲NPV，斜紋夜俄NPV，油桐尺蠖NPV，松毛蟲NPV，菜粉蝶NPV等等。第31頁,共120頁，2024年2月25日，星期天病毒殺蟲劑發(fā)展限制因素：①需通過寄主昆蟲才能增殖，培養(yǎng)困難。②專性強、殺蟲譜太窄。③使昆蟲致死的時間太長（殺蟲慢）。④易受環(huán)境、溫度、陽光、氣候的影響。利用DNA重組技術改造和構建用于殺蟲的病毒——基因工程病毒殺蟲劑。第32頁,共120頁，2024年2月25日，星期天二、防治病害的微生物農藥1，抗生菌和抗生素產生抗生素的菌種稱為抗生菌。包括放線菌、真菌、和細菌。其中最重要的是放線菌，在已知的放線菌種類中幾乎半數以上都有拮抗性?？股鼐哂羞x擇性，各種抗生素的抗菌范圍稱為抗菌譜，敏感微生物種類很少的抗生素稱為窄譜抗生素，敏感微生物種類很多的抗生素稱為廣譜抗生素。

第33頁,共120頁，2024年2月25日，星期天抗生素抗菌機制：①阻礙菌體細胞壁的合成②影響菌體細胞膜的通透性③抑制核酸的合成④抑制菌體蛋白質的合成。第34頁,共120頁，2024年2月25日，星期天第35頁,共120頁，2024年2月25日，星期天第36頁,共120頁，2024年2月25日，星期天2，應用抗生素防治植物病害抗生素一般都在很低的濃度下對病菌產生作用，各種抗生素對不同微生物產生抑制作用的有效濃度各不相同。通常以抑制微生物生長的最低濃度作為抗生素的抗菌強度，簡稱有效濃度。有效濃度越低，抗菌作用越強。第37頁,共120頁，2024年2月25日，星期天

有效濃度大于100mg/L，作用強度較低的抗生素。

有效濃度小于100mg/L，作用強度高的抗生素。

我國已應用的農用抗生素主要有鏈霉素、農霉素100、滅瘟素、春雷霉素、慶豐霉素、井岡霉素、多抗霉素、放線菌酮等。第38頁,共120頁，2024年2月25日，星期天抗生素的應用方法：①浸種，防種傳病害。②噴灑，防葉部病害。③涂敷或涂刷，防果木樹干病害，如用放線菌酮涂刷樹干防白松孢銹病。第39頁,共120頁，2024年2月25日，星期天3，抗生菌的直接利用對植物病害，特別是根部病害的防治可直接應用抗生菌。例如：伏革菌（Corticium.sp）玉米粉培養(yǎng)物混合在土壤中防治由終極腐霉（Pythiumultimkm）引起的甜菜根腐病。哈棲木霉（Trichodermaharzianum）的培養(yǎng)物混入土壤中防治由立枯絲核菌（Rhizoctoniasolani）引起的番茄菌核病等等。第40頁,共120頁，2024年2月25日，星期天三、微生物農藥防治雜草例如：①用5×10-6放線菌酮殺除浮萍。②12.5×10-6茴香菌素抑制稗草。③魯保一號（黑盤孢目盤長孢屬Gloeosporium）防治農田菟絲子效果可達70~90%。④澳大利亞用粉苞苣柄銹菌防治燈心草粉苞苣。第41頁,共120頁，2024年2月25日，星期天四、昆蟲病毒

由于病毒治蟲的優(yōu)點可以對害蟲有長期控制作用，同時病毒專一性很強，對人、畜無害。如美國的棉鈴蟲病毒，日本的赤松毛蟲病毒，已成為正式農藥。我國曾開展斜紋夜蛾核型多用體病毒、桑毛蟲核型多角體病毒、棉鈴蟲核型多角體病毒治蟲，并取得了良好效果。

病毒不能在人工培養(yǎng)基上生長

只能用養(yǎng)蟲法增殖病毒，做成制劑。使用方法有噴霧、噴粉、直接施于土壤和釋放帶病毒昆蟲到害蟲中去等。

第42頁,共120頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)微生物制藥微生物在制藥領域起著重要的作用，如目前被廣泛用于治療疾病的抗生素就是微生物的代謝產物，其他如維生素、氨基酸、酶制劑、酶抑制劑、菌體制劑等都是微生物的代謝產物或利用微生物菌體本身?？梢哉f微生物在制藥工業(yè)上具有舉足輕重的作用。我們以抗生素為例，簡介微生物制藥的相關知識。

第43頁,共120頁，2024年2月25日，星期天一、抗生素1929年英國細菌學家弗萊明發(fā)現青霉素至今，已從自然界發(fā)現和分離了5000多種抗生素，并以其中一些主要抗生素為原料，進一步進行化學結構改造，制備了約30000多種半合成抗生素。目前，世界各國實際生產和應用于醫(yī)療事業(yè)的抗生素大約有120多種，連同各種半合成衍生物及鹽類共約350多種，其中以青霉素類、頭孢霉素類、四環(huán)素類及氨基糖苷類和大環(huán)內脂類為最多。

第44頁,共120頁，2024年2月25日，星期天定義：抗生素是指生物在其生命活動中產生的（或用化學、生物或生物化學方法所衍生的），在低微濃度下能選擇地抑制它種生物機能的化學物質。

第45頁,共120頁，2024年2月25日，星期天2，抗生素的分類（1）根據抗生素的生物來源分類：①放線菌產生的抗生素：主要有氨基糖苷類（鏈霉素、卡那霉素等），四環(huán)素類（四環(huán)素、金霉素等），大環(huán)內脂類（紅霉素、螺旋霉素等），多烯類（制霉素等），放線菌素類（放線菌素D等）。主要微生物種類是鏈霉菌屬，諾卡氏菌屬，小單孢菌屬。

第46頁,共120頁，2024年2月25日，星期天

②真菌產生的抗生素：如青霉素，頭孢霉素等。主要微生物種類是青霉屬和頭孢霉屬。

③細菌產生的抗生素：如多粘菌素，短桿菌素等。主要微生物種類是多粘桿菌和枯草芽孢桿菌、短芽孢桿菌。

④植物及動物產生的抗生素：如地衣酸、蒜素、魚素等

第47頁,共120頁，2024年2月25日，星期天（2）根據抗生素的作用（對象）分類：①抗G-細菌的抗生素：如青霉素、紅霉素。②抗G+細菌的抗生素：如鏈霉素、多粘菌素。③抗真菌的抗生素：如灰黃霉素、制霉素。④抗病毒的抗生素：如四環(huán)素類對立克次氏體和較大病毒有一定作用⑤抗癌的抗生素：如絲列霉素、阿霉素對癌有一定的作用

第48頁,共120頁，2024年2月25日，星期天（3）根據抗生素的作用機制分類：①抑制細胞壁合成的抗生素：如青霉素、頭孢霉素（先鋒）桿菌肽②影響細胞膜功能的抗生素：如兩性霉素B、制霉素、短桿菌素③抑制蛋白質合成的抗生素：如四環(huán)素、鏈霉素、卡那霉素、紅霉素、氯霉素④抑制核酸合成的抗生素：絲裂霉素C、灰黃霉素、利福霉素、放線菌素D

第49頁,共120頁，2024年2月25日，星期天（4）根據抗生素的化學結構分類：①β—內酰胺類：（含有一個四元內酰胺環(huán)）如青霉素、頭孢霉素②氨基糖苷類：（即含有氨基糖苷，有含有氨基環(huán)醇的結構）如鏈霉素、卡那霉素③大環(huán)內脂類：（含有一個大環(huán)內脂作為配糖體，以苷鍵和1~3個分子的糖相連）如紅霉素、麥迪霉素④四環(huán)素類：（以四并苯為母核）如四環(huán)素、金霉素⑤多肽類：如多粘菌素、桿菌肽等

第50頁,共120頁，2024年2月25日，星期天二、抗生素的生產過程及特點

抗生素大多數是由微生物細胞分泌的次級代謝產物，是產生菌在一定條件下，利用各種養(yǎng)料，通過自身產生的酶的作用合成的，所以要制備抗生素首先要獲得大量的微生物細胞，然后再由這些微生物細胞分泌抗生素，此過程稱為發(fā)酵。除氯霉素、磷霉素等少數結構簡單的抗生素外，絕大多數的抗生素采用發(fā)酵法進行生物合成。

第51頁,共120頁，2024年2月25日，星期天

抗生素的發(fā)酵過程一般在通氣下進行，所用的培養(yǎng)基和設備都必須經過滅菌，與培養(yǎng)基接觸的罐體、管件都應該嚴格不泄漏，以保證培養(yǎng)過程中保持純種狀態(tài)，避免污染雜菌。在培養(yǎng)過程中要求通入大量的滅菌空氣，因此需要考慮輸入空氣的除菌問題?，F代抗生素工業(yè)生產過程主要包括發(fā)酵和提取兩部分，前者屬于微生物發(fā)酵工業(yè)范疇，后者屬于化學工業(yè)范疇，

第52頁,共120頁，2024年2月25日，星期天一般具體過程如下：

菌種——孢子制備——種子制備——發(fā)酵——發(fā)酵液預處理——提取和精制-——成品檢驗——成品包裝

第53頁,共120頁，2024年2月25日，星期天第54頁,共120頁，2024年2月25日，星期天1，菌種：應性狀優(yōu)良

2，孢子制備

生產用的孢子必須經過純種和生產能力的檢驗，符合規(guī)定的才能用來制備種子。制備孢子是一般是將保藏的處于休眠狀態(tài)的孢子，通過嚴格的滅菌操作，將其接種的滅菌的固體培養(yǎng)基上，擴大培養(yǎng)。第55頁,共120頁，2024年2月25日，星期天3，種子制備

目的是使孢子發(fā)芽、繁殖，獲得足夠數量的菌絲，以便接種到發(fā)酵罐中。種子培養(yǎng)一般在種子罐中進行，逐級擴大培養(yǎng)。一般擴大培養(yǎng)的級數是二級，一級種子罐的接種量是0.1~2%，二級種子罐的接種量一般為5~20%（相對于罐的容積）。在培養(yǎng)過程中要通入無菌空氣和攪拌，控制罐溫和罐壓，并定時取樣作無菌試驗、觀察菌絲形態(tài)和進行生化分析等，確保種子質量。達到規(guī)定標準方可接種。

第56頁,共120頁，2024年2月25日，星期天4，發(fā)酵

目的是使微生物分泌大量的抗生素。發(fā)酵過程的特點是深層發(fā)酵、需氧和純種培養(yǎng)。發(fā)酵開始前，有關設備和培養(yǎng)基必須滅菌，然后接種種子，一般接種量為5~20%。發(fā)酵周期一般為4~5天，需不斷地通氣和攪拌，加入消泡劑。維持一定的PH、罐溫、罐壓，并隔一定的時間取樣進行生化分析和無菌試驗，觀察代謝變化、抗生素產生情況和有無雜菌污染等。

第57頁,共120頁，2024年2月25日，星期天影響發(fā)酵的主要因素①發(fā)酵培養(yǎng)基及補料工藝。②前體與抑制劑，其影響抗生素的合成方向和增加產量。③PH，發(fā)酵過程中PH不斷變化，為使PH恒定，可在培養(yǎng)基配方中加入生理酸性、生理堿性或緩沖物質，也可不斷滴加酸、堿。第58頁,共120頁，2024年2月25日，星期天④溫度，發(fā)酵產熱使溫度升高，必須通過夾層或蛇形管導入冷水或冰鹽水降溫，控制罐溫。

⑤通氣攪拌，必須大量通入無菌空氣，機械攪拌和擋板作用是增加空氣與發(fā)酵液的接觸面積和時間，減少菌絲結團現象和避免產生渦流。（增加溶解氧量）。

⑥消沫，多使用聚醚類的聚氧乙烯丙烯（俗稱泡敵），避免逃液和染菌。

⑦消毒滅菌。

⑧正確掌握放罐時間。第59頁,共120頁，2024年2月25日，星期天5，提取和精制通常在提取前先進行過濾，將菌絲和濾液分開。如果抗生素分泌在液體內，則需將濾液進行預處理，以除去雜質和蛋白質，有利于以后的提取。如果抗生素存在于菌體中，則通常需先用有機溶液萃取。提取方法主要有：

第60頁,共120頁，2024年2月25日，星期天（1）溶媒萃取法：此方法又可分為液--液萃取和固--液萃取等。前者適用過濾后的清液進行萃取。利用在不同PH下，抗生素在水相及有機溶劑相內的分配系數不同而提取，如酸性抗生素（如青霉素）在酸性情況下溶于有機溶劑，而在堿性條件下不溶于水，堿性抗生素（如紅霉素）在堿性條件下，溶于有機溶劑，酸性情況下溶于水。這樣，從水相轉有機溶劑相，再從有機溶劑相轉水相，反復提取，體積逐漸縮小，達到提取濃縮抗生素的目的。而所謂固液萃取是用過濾所得的菌絲濾餅進行萃取（如灰黃霉素）。菌絲濾餅經處理后，用丙酮浸取，減壓濃縮。

第61頁,共120頁，2024年2月25日，星期天（2）離子交換法：利用離子交換樹脂和抗生素之間的親和力，將抗生素從發(fā)酵液選擇性地吸附于樹脂上，然后在適宜的條件下，以少量洗脫液洗脫下來。堿性抗生素選擇陽離子交換樹脂，酸性抗生選擇陰離子交換樹脂，氨基糖苷類抗生素常用此法提取。

第62頁,共120頁，2024年2月25日，星期天（3）吸附法：是將抗生素先吸附在吸附劑上，再以洗脫劑洗脫，常用吸附劑有活性炭、氧化鋁和大網格聚合物吸附劑等。適用于不能利用離子交換樹脂的弱電解質或非離子型抗生素的提取，如頭孢菌素、林可霉素等。第63頁,共120頁，2024年2月25日，星期天（4）沉淀法：利用等電點或能與酸、堿、金屬鹽類形成不溶或溶解度極小的復鹽的辦法，沉淀出抗生素。如四環(huán)素的提取。

第64頁,共120頁，2024年2月25日，星期天7，成品包裝抗生素產品一般分裝為大包裝的原料藥，供制劑廠進行小包裝或制劑加工。

第65頁,共120頁，2024年2月25日，星期天二、微生物多糖微生物多糖可由許多細菌和真菌產生。根據多糖在微生物細胞中的位置，可分為胞內多糖、胞壁多糖和胞外多糖。其中胞外多糖由于產生量大，且易與菌體分離，而得到廣泛關注。微生物多糖有著獨特的藥物療效和獨特的理化特性，使其成為新藥物的重要來源，并被作為穩(wěn)定劑、膠凝劑、增稠劑、成膜劑、乳化劑、懸浮劑和潤滑劑等廣泛應用于石油、化工、食品和制藥等各個行業(yè)。第66頁,共120頁，2024年2月25日，星期天真菌主要的功能性成分即是真菌多糖和齊全的各種氨基酸。真菌多糖對于人體具有免疫調節(jié)和激活巨噬細胞的功能，從而可以提高人體抵御各種感染和抗腫瘤等方面的能力。如試驗表明香菇多糖能增加小鼠腹腔巨噬細胞的絕對數量。從靈芝、銀耳、黑木耳、猴頭菌、黑柄炭角菌、冬蟲夏草等真菌中分離提取的多糖都能顯著增強腹腔巨噬細胞的吞噬功能。真菌多糖能夠激活淋巴細胞，加強免疫功能，可作為免疫增強劑。香菇多糖(lentinan)就是一個典型的T細胞激活劑,它在體內和體外均能促進特異性細胞毒T淋巴細胞(CTL)的產生，并提高CTL的殺傷活性.第67頁,共120頁，2024年2月25日，星期天三、微生物免疫制劑針對人類和動植物疾病的致病菌，制作免疫制劑來預防疾病是幾千年來我國人們常用的方法。免疫防治是通過免疫方法使動物具有針對某種傳染病的特異性抵抗力。機體獲得特異性免疫力有多種途徑，主要分為天然獲得性免疫和人工獲得性免疫兩大類型。人工獲得性免疫又可分為人工自動免疫和人工被動免疫兩種。第68頁,共120頁，2024年2月25日，星期天四、微生物生產的酶抑制劑一切生物生命活動過程實質上都是由酶催化的生物化學反應過程。因此一旦某種酶的基因表達或其催化活性發(fā)生變化，機體無疑會顯示出某種病變癥狀。利用微生物生產各種酶抑制劑來調整酶的表達量或酶的活性，有的已在臨床上得到應用。第69頁,共120頁，2024年2月25日，星期天(1)、與蛋白質代謝相關的酶抑制劑。包括內肽酶抑制劑，如由玫瑰鏈霉菌(Streptomycesroseus)產生的以纖維蛋白酶微靶酶的亮肽素(leupeptin)、由蠟狀芽孢桿菌（Bacilluscereus）產生的以硫醇蛋白酶微靶酶的硫醇蛋白酶抑素(thiolstatin)和外肽酶抑制劑，如由放線菌MF-931-A2生產的以氨肽酶B微靶酶的a-aminoacylarginines等。

(2)、與糖代謝相關的酶抑制劑。如由灰孢鏈霉菌（S.griseosporeus）生產的以a-淀粉酶微靶酶的haimI,II。

(3)、與脂質代謝相關的酶抑制劑。如由檸檬酸青霉(Penicillumcitrinum)生產的以HMG-CoA還原酶微靶酶的compactin等。

(4)、其他酶抑制劑。如由棍孢鏈霉菌(S.staurosporeus)生產的以蛋白激酶C為靶酶的棍孢素(staurosporine)，等。第70頁,共120頁，2024年2月25日，星期天五、微生物毒素的藥物應用

許多細菌和真菌可以產生毒素。細菌毒素有葡萄球菌毒素、鏈球菌外毒素、肺炎鏈球菌毒素、肉毒毒素、霍亂弧菌毒素、志賀氏菌毒素、大腸桿菌毒素、白喉桿菌毒素、炭疽桿菌毒素、梭菌毒素、藍細菌毒素等等。真菌毒素有黃曲霉毒素、棕曲霉毒素、麥角、雜色曲霉素、煙曲霉震顫素、玉米赤霉烯酮、交鏈孢毒素、毒蘑菇毒素等等

根據微生物毒素的化學成分，可分為蛋白質類毒素、多肽類毒素、糖蛋白類毒素和生物堿類毒素。

根據毒素的作用機理，有溶細解毒素、抑制蛋白質合成毒素、神經毒素、作用于離子通道的毒素、作用于突觸的毒素、凝血和抗凝血的毒素，等。第71頁,共120頁，2024年2月25日，星期天

根據導致的疾病可分，引起光敏和過敏反應的毒素、引起精神和神經系統(tǒng)病變的毒素、引起胃腸道和肝臟病變的毒素、致畸致癌的毒素和引起呼吸系統(tǒng)病變的毒素。

人類和動物一旦誤食這些微生物毒素，輕則引起各種疾病，重則引起致畸致癌甚至死亡，有的可在極短時間內致人死亡，難以搶救。第72頁,共120頁，2024年2月25日，星期天微生物毒素同樣是人類的重要醫(yī)藥寶庫，尤其是尋找新藥的資源庫。這些毒素：（1）可直接用作藥物，如肉毒毒素可用于治療重癥肌無力和功能性失明的眼瞼及內斜視。利用白喉毒素的A鏈與多種癌癥細胞抗體連接研制出導向抗癌藥物。（2）以微生物毒素為模板，改造和設計抗病抗癌和治療新藥.（3）作為外毒素菌苗使用，大多數外毒素是蛋白質，注射進人體和動物體后能產生相應的抗體，這些抗體可與毒素有效的結合，干擾毒素與其靶細胞的結合，抑制其轉運，如肉毒毒素、白喉類毒素、炭疽毒素、金黃色葡萄球菌毒素、破傷風毒素，等。第73頁,共120頁，2024年2月25日，星期天（4）作為超抗原（SAg）使用，許多微生物毒素本身就是超抗原，是多克隆有絲分裂原，激活淋巴細胞增殖的能力遠比植物凝集素高10~100倍，具有刺激頻率高等特點，可用于治療自身免疫性疾病。（5）從毒蘑菇毒素中尋找抗癌新藥。毒蘑菇毒素已顯示出抗癌和延緩癌變進程的良好前景。第74頁,共120頁，2024年2月25日，星期天第四節(jié)微生物菌體的應用一、單細胞蛋白的生產與應用單細胞蛋白（singlecellprotein,SCP）的生產即是利用某些含有豐富營養(yǎng)源的廢水廢液或其他低氮或無氮原料培養(yǎng)某些細菌或酵母菌（有時為絲狀霉菌）生產獲得蛋白質的方式。微生物菌體細胞含有極為豐富而全面的營養(yǎng)成分，高量的蛋白質和較多種類的氨基酸，維生素等。另外微生物菌體生產可以工業(yè)化生產而不受環(huán)境條件影響，且微生物生長遠較動、植物生長快得多，微生物合成同等數量的蛋白質比植物快500倍，比動物快2000倍。又可以利用廉價原料進行工廠化規(guī)?；a。第75頁,共120頁，2024年2月25日，星期天可用于單細胞蛋白生產的原料可分為碳水化合物類，碳氫化合物類，石油產品類，無機氣類，有機工業(yè)廢水類，城市廢棄物類，農畜牧業(yè)廢棄物類，海產廢棄物類、泥炭類等等，來源十分廣泛，尤其是利用城市、工農業(yè)生產有機廢水廢棄物如檸檬酸生產廢水、味精廢水、酒精廢水、豆制品廢水、淀粉廠生產廢水、精密廢水等進行單細胞蛋白生產，不僅可獲得有價值的蛋白質，且可以清除有機污染物，變廢物為資源，保護環(huán)境。國內都已有成功的規(guī)?；a。

第76頁,共120頁，2024年2月25日，星期天

各類生產單細胞蛋白的原料及涉及的微生物

類別原料主要微生物碳水化合物淀粉、糖、纖維素水解物等酵母菌（Saccharomyces）碳氫類化合物石油餾分物

石蠟

天然氣、甲烷、乙烷、丙烷假絲酵母（Candida）

圓酵母（Torulopsis）

假絲酵母

甲烷假單胞菌（Pseudomonasmethanica）石油產品物甲醇、乙醇、乙酸假絲酵母

釀酒酵母

畢赤氏酵母(Pichia)

曲霉屬（Aspergillus）無機氣體CO2，CO，H2，其他水球藻（Chlorella）

螺旋藻（Spirullina）

顫藻（Diatoma）

氫單胞菌（Hydrogenomonas）有機工業(yè)廢水淀粉廢水，糖蜜廢水、酒精廢水、豆制品廢水、味精廢水等以上各類微生物農畜有機廢棄物各種牲畜糞尿，果汁加工廢液，各種秸桿、木屑、蔗渣等等發(fā)酵水解液以上各類微生物第77頁,共120頁，2024年2月25日，星期天二、微生態(tài)調節(jié)劑的生產微生態(tài)調節(jié)劑（microecologicalmodulator）就是以微生態(tài)學理論為基礎、用于調整微生態(tài)平衡，防止微生態(tài)失調，以達到提高動物、植物和人的健康水平或增進健康佳態(tài)的有益微生物及其代謝產物的微生物制品。

微生態(tài)調節(jié)劑包括益生菌（Probiotics）、益生元（prebiotics）和合生元（synbiotics）三類。第78頁,共120頁，2024年2月25日，星期天益生菌是指能通過改善微生態(tài)平衡，發(fā)揮有益作用而幫助寄主提高健康水平或改善健康狀態(tài)的微生物及其代謝產物。目前對于人類應用較多的有雙歧桿菌（Bifidobacterium）、乳桿菌(Lactobacterium)、腸球菌（Enterococcus）、大腸桿菌（Escherichiacoli）、枯草芽孢桿菌（Bacillussubtilis）、蠟樣芽孢桿菌（B.cereus）、地衣芽孢桿菌(B.licheniformis)和酵母菌等。益生元是指能夠促進益生菌生長繁殖的物質，如雙歧因子（bifidusfactor），各種只能為有益菌利用，卻不能為大部分腸細菌分解和利用的寡聚糖以及某些中草藥等等，能夠扶植正常菌群生長，調整菌群失調，提高有益菌的定殖能力。合生元是指益生菌和益生元同時并存的制劑。

第79頁,共120頁，2024年2月25日，星期天微生態(tài)調節(jié)劑制品近年來得到了很大的發(fā)展，很多已成為商品。其生產過程如同其他發(fā)酵物一樣。固體劑型是在液體發(fā)酵后干燥、再加人填充料灌裝成膠囊。質量是保證微生態(tài)調節(jié)劑有效的關鍵。活菌體制劑應使含菌量在（107~108）個/ml或g。微生態(tài)調節(jié)劑的作用主要是：①調整失調的微生態(tài)系統(tǒng)，使之保持平衡。②對非自然的微生物產生拮抗，抑制有害微生物。③利用其代謝產物改善環(huán)境，有利于保持生態(tài)平衡。④促進動植物生長。⑤預防和治療某些動植物和人類的疾病，有利于健康。人類利用微生態(tài)調節(jié)劑預防和治療或輔助治療許多疾病已有眾多報導，如對胃腸道疾病、肝臟疾病、高血脂癥、某些醫(yī)源性疾病、嬰幼兒保健、癌癥、某些婦科疾病等等都有較好的預防和治療或輔助治療作用。第80頁,共120頁，2024年2月25日，星期天三、食用菌及其生產食品中應用微生物菌體最廣泛和直接的是食用菌。食用菌是可以食用的一類大型真菌（主要是擔子菌），一般直接作為人類食品，現也有通過各種精細加工，制成更精美的飲料、滋補保健品和醫(yī)療藥品。

食用菌的干物質中，平均粗蛋白含量為25%，脂肪8%，碳水化合物60%（其中糖52%，纖維素8%），灰分7%。

第81頁,共120頁，2024年2月25日，星期天其蛋白質和氨基酸含量較一般水果和蔬菜高，在鮮蘑菇中蛋白質含量為3.5%，而白蘿卜僅0.6%，大白菜1.1%。食用菌中氨基酸種類較全，有17~18種之多，即含有人體所必需的8種必需氨基酸。許多種類的氨基酸含量可以與牛乳、肉和魚粉相當。食用菌中的脂類主要是脂肪、磷脂、蠟和固醇等脂溶性化合物，這些脂類可與蛋白質結合成脂蛋白質。食用菌脂類似于植物脂肪，含有較高的不飽和脂肪酸如油酸、亞油酸，其中亞油酸可占中性脂肪部分脂肪食量的70%，占極性類脂部分脂肪酸量的90%。食用菌的灰分中含有人體必需的多種礦物元素，尤以鉀和磷的含量最高，鉀可高達灰分的58%，磷達20%，鈉2%左右，再是鈣和鐵。而且許多食用菌含有豐富的維生素。如雙孢蘑菇中含有VB12、VB2、VC、VK、泛酸、煙酸、葉酸等。第82頁,共120頁，2024年2月25日，星期天各種藥用或食療作用的真菌，其功效分類包括：解表類、利尿滲濕類、消導類、止血活血類、祛痛類、止咳化痰類、健胃類、清熱類、通便類、安神類、補益類、驅蟲類、祛風濕類、平肝息風類、降血壓類、調節(jié)機體代謝類，抗腫瘤類，外用消炎等17類。如白木耳有提神生津、滋補強身的功用，是珍貴的滋補品。黑木耳具有潤肺和消化纖維素的功用。香菇含有的香菇素能降低血液膽固醇。猴頭菌制片對胃及十二指腸潰瘍具有良好療效，并可緩解消化系統(tǒng)癌癥。靈芝菌具有治療神經衰弱和延緩衰老的作用。第83頁,共120頁，2024年2月25日，星期天第五節(jié)微生物工業(yè)發(fā)酵產品1、發(fā)酵生產食醋食醋是人們日常生活所必需的調味品，也是最古老的利用微生物生產的食品之一。食醋生產是利用醋酸菌在充分供氧的條件下將乙醇氧化為醋酸。反應式為：

能用于食醋生產的醋酸菌有紋膜醋酸菌（Acetobacteraceti）、許氏醋酸菌(A.schutzenbachii)、惡臭醋酸菌(A.rancens)和巴氏醋酸菌(A.pasteurianus)等。不同原料還需加入不同的微生物。以淀粉為原料時加入霉菌和酵母菌，糖類為原料時加入酵母菌。獲得風味迥異的食醋品種。我國名優(yōu)食醋有鎮(zhèn)江香醋、山西陳醋、江浙玫瑰醋、四川麩醋等。

第84頁,共120頁，2024年2月25日，星期天2．酒類酒類的發(fā)酵生產主要是利用酵母菌在厭氧條件下將葡萄糖發(fā)酵為酒精的過程。不同的酒類釀造所選用的酵母菌不同。所選用的原料、水質、甚至環(huán)境都會影響酒類的品質和風味。純凈的礦泉水往往較河水和自來水好。有人發(fā)現，貴州茅臺酒之所以具有其獨特的芬芳風味，與其釀酒廠環(huán)境中存在的微生物區(qū)系有關。

第85頁,共120頁，2024年2月25日，星期天第86頁,共120頁，2024年2月25日，星期天3、發(fā)酵生產乳制品利用乳酸細菌進行發(fā)酵，使成為具有獨特風味的食品很多。如酸制奶油、干酪、酸牛乳、嗜酸菌乳（活性乳）、馬奶酒、面包格瓦斯以及酸泡菜、乳黃瓜等等。這些乳制品不僅具有良好而獨特的風味，而且由于易于吸收而提高了其營養(yǎng)價值。有些乳制品還有抑制腸胃內異常發(fā)酵和其他腸道病原菌的生長，因而具有療效作用，受到人們的喜愛。發(fā)酵乳制品的主要乳酸菌有干酪乳桿菌（Lactobacilluscasei）、保加利亞乳桿菌（L.bulgaricus）、嗜酸乳桿菌(L.acidophilus)、植物乳桿菌（L.plantraum）、瑞士乳桿菌（L.heltyieus）、乳酸乳桿菌（L.lactis）、乳鏈球菌(Streptococcuslactis)、乳脂鏈球菌（S.cremoris）、嗜熱鏈球菌（S.thermophilus）、噬檸檬酸鏈球菌（S.citrovorus）、副檸檬酸鏈球菌(S.paracitrovorus）等許多種。嗜檸檬酸鏈球菌還可以把檸檬酸代謝為具有香味的丁二酮等，使乳制品具有芳香味。不同的乳制品往往需要由不同的乳酸菌發(fā)酵，以保證不同的口味和質量。而且常由兩種或兩種以上的菌種配合發(fā)酵，既可使風味獨特多樣，又可防止噬菌體的危害。第87頁,共120頁，2024年2月25日，星期天4、發(fā)酵生產醬油醬油是包括霉菌、酵母菌和細菌等多種微生物參與原料物質轉化的混合作用的結果。對發(fā)酵速度、成品色澤、味道鮮美程度影響最大的是米曲霉（Aspergillusoryzae）和醬油曲霉(A.sojae），而影響其風味的是酵母菌和乳酸菌。米曲霉含有豐富的蛋白酶、淀粉酶、谷氨酸胺酶和果膠酶、半纖維素酶、酯酶等。涉及醬油發(fā)酵的酵母菌有7個屬的23個種，其中影響最大的是魯氏酵母（Saccharomycesrouxii），易變圓酵母（Torulopsisversatilis）等。而乳酸菌則以醬油四聯(lián)球菌（Tetrcoccussoyae)、嗜鹽片球菌（Pediococcushalophilus）和醬油片球菌（P.soyae）等與醬油風味的形成關系最為密切。因為它們利用糖形成乳酸，再與乙醇反應形成特異香味的乳酸乙酯。也已發(fā)現某些芽孢桿菌是影響醬油風味的主要微生物。第88頁,共120頁，2024年2月25日，星期天在醬油生產過程中必須防止霉菌，尤其是那些能產生黃曲霉毒素和其他毒素的曲霉、青霉、鐮刀霉（Fusarium）的污染，還有其他致病細菌和耐鹽性產膜酵母如鹽生接合酵母（Zygosaccharomycesalsus），粉狀畢赤氏酵母（Pichiafarinosa）等的污染。

第89頁,共120頁，2024年2月25日，星期天5、腐乳的發(fā)酵生產腐乳是大豆制品經多種微生物及其產生的酶，將蛋白質分解為胨、多肽和氨基酸類物質以及一些有機酸，有機醇和酯類而制成的具有特殊色香味的豆制品。涉及的微生物主要是毛霉(Mucor）中的腐乳毛霉（M.sufu）、魯氏毛霉（M.rouxianus)、五通橋毛霉（M.wutungkial）、總狀毛霉（M.recemosus）、華根霉（Rhizopuschinensis）等，另外也有利用微球菌（Micrococcus）或枯草芽孢桿菌(Bacillussubtilis)釀造的。第90頁,共120頁，2024年2月25日，星期天6、氨基酸和維生素C等的發(fā)酵生產氨基酸不僅是人體所必需，而且是眾多食品工業(yè)不可缺少的鮮味劑、甜味劑和添加劑，使食品提高了營養(yǎng)價值和蛋白質利用率，增加風味。如象谷氨酸鈉即是人們日常生活中菜肴的調味刺，賴氨酸作為大米或飼料的添加劑，有利于蛋白質的合理和高效利用。第91頁,共120頁，2024年2月25日，星期天用于發(fā)酵生產谷氨酸的微生物有谷氨酸棒桿菌（Corynebacteriumglutaraicum）、黃色短桿菌（Brevibacteriumflavum）等。它們都是球形、短桿至棒狀；無鞭毛，不運動，不形成芽孢，G+，需O2需生物素的細菌。合成途徑是在形成丙酮酸后，進一步生成乙酰-COA，進入三羧酸循環(huán)，生成α-酮戊二酸。在有NH4+存在時由谷氨酸脫氨酶催化生成L-谷氨酸。第92頁,共120頁，2024年2月25日，星期天維生素C的合成發(fā)酵系由兩步完成。首先由弱氧化醋桿菌（A.subaxydans）、黑色醋桿菌（A.melanogenum）、膠醋桿菌（A.xylinum）等將山梨醇轉化成山梨糖，然后山梨糖由雙黃假單胞菌氧化為α-酮基-L-古龍酸，古龍酸再在堿性溶液中轉化為烯醇化合物，加入酸后即轉化成為L-抗壞血酸。

第93頁,共120頁，2024年2月25日，星期天7、有機酸的發(fā)酵

食品工業(yè)和其他工業(yè)中都需要大量的有機酸。許多厭氧細菌和兼性厭氧細菌可發(fā)酵生產乙酸、乳酸丙酸、丁酸、甲酸以及丙酮等，而霉菌也能生產多種有機酸，如檸檬酸就是由黑曲霉(Aspergillusniger)或溫特曲霉（Asp.wentii）所發(fā)酵生產。

下表是一些霉菌產生的有機酸第94頁,共120頁，2024年2月25日，星期天有機酸產生菌發(fā)酵基質D-阿拉伯抗壞血酸點青霉葡萄糖異檸檬酸產紫青霉葡萄糖康酸衣康酸曲霉、土曲霉葡萄糖酒石酸土曲霉，衣康酸曲霉蔗糖檸檬酸黑曲霉，泡盛曲霉

微紫青霉葡萄糖

(C10～C18)烷烴葡萄糖酸黑曲霉葡萄糖曲酸黑曲霉葡萄糖吡啶二羧酸桔青霉

青霉葡萄糖(C12～C18)烷烴L-乳酸米根霉葡萄糖丙酮酸魯氏毛霉

東北毛霉蔗糖

糖反丁烯二酸黑根霉淀粉蘋果酸黃曲霉葡萄糖第95頁,共120頁，2024年2月25日，星期天第六節(jié)

清潔能源的微生物生產甲烷、乙醇和氫氣等不僅是可再生的燃料，而且在燃燒過程中不產生嚴重危害環(huán)境的污染問題，尤其是氫氣，燃燒后僅形成水，具有清潔、高效、可再生等突出特點。另一方面，這些燃料可由微生物利用有機廢棄物生產，從而在獲得清潔燃料的同時，處理了有機廢物廢水，保護和改善了環(huán)境。利用生物技術將可利用的廉價有機物甚至有機廢物轉化為清潔燃料替代“石油”等礦物燃料，將是世界性的實施環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的長期戰(zhàn)略。第96頁,共120頁，2024年2月25日，星期天一、甲烷的微生物學產生——沼氣發(fā)酵

沼氣：在自然界各種無氧環(huán)境中，如沼澤、池塘、海洋和水田的底部，?？梢姷接袣馀菝俺鏊?。若將這些氣體收集起來，可以點燃，稱之為沼氣。

沼氣的主要成分甲烷（約60~70%）和二氧化碳（約30~35%）

沼氣發(fā)酵：是指在厭氧條件下將有機化合物轉化為沼氣的微生物學過程。第97頁,共120頁，2024年2月25日，星期天第一階段：水解發(fā)酵性細菌將復雜有機物水解成相應的單體，并對水解產物進行發(fā)酵；

第二階段：產氫產乙酸細菌利用第一階段的發(fā)酵產物，形成乙酸和氫氣；

第三階段：產甲烷細菌把前幾個階段中產生的乙酸裂解成甲烷和二氧化碳、或利用氫將二氧化碳還原成甲烷和水；

第四階段：某些同型產乙酸細菌可將氫和二氧化碳還原成乙酸。沼氣發(fā)酵的微生物作用第98頁,共120頁，2024年2月25日，星期天沼氣發(fā)酵過程第99頁,共120頁，2024年2月25日，星期天產甲烷菌的特征和分類1989年出版的Bergy’sManualofSystematicBacteriology,Vol.3)將產甲烷分成3目6科13屬，近40余種。

形態(tài)：桿狀、球狀、螺旋狀等。第100頁,共120頁，2024年2月25日，星期天部分產甲烷細菌的形態(tài)第101頁,共120頁，2024年2月25日，星期天產甲烷菌的生長條件絕大多數產甲烷細菌利用氫和二氧化碳為基質，少數產甲烷菌以一氧化碳為生長基質，少數產甲烷細菌利用甲酸為生長和產甲烷的基質，更少的產甲烷細菌可利用甲醇、乙酸和甲胺類物質生長和產甲烷。

氮源：銨鹽最適生長溫度：30℃嗜熱產甲烷菌：65~70℃第102頁,共120頁，2024年2月25日，星期天嗜熱自養(yǎng)產甲烷菌固定二氧化碳的過程第103頁,共120頁，2024年2月25日，星期天甲烷形成的生化機制1.由氫和二氧化碳形成甲烷

4H2+CO2——CH4+2H2O2.由乙酸形成甲烷（1）CH3C3OOH——CH4+CO2

（2）CH3COOH+2H2O——2CO2+4H2

3.由甲酸或甲醇形成甲烷

（1）4HCOOH——CH4+3CO2+2H2O（2）4CH3OH——3CH4+CO2+2H2O

第104頁,共120頁，2024年2月25日，星期天沼氣發(fā)酵的應用生產沼氣，提供能源

處理廢物，保護環(huán)境第105頁,共120頁，2024年2月25日，星期天沼氣發(fā)酵裝置1第106頁,共120頁，2024年2月25日，星期天沼氣發(fā)酵裝置2第107頁,共120頁，2024年2月25日，星期天沼氣發(fā)酵技術要點嚴格維持厭氧條件

原料：各種有機廢棄物pH值：6.8~7.2溫度：中溫發(fā)酵32~38℃；

高溫發(fā)酵50~55℃

攪拌第108頁,共120頁，2024年2月25日，星期天二、乙醇的發(fā)酵生產

1、有機物糖化及其微生物

由于能將葡萄糖轉化為乙醇的酵母菌不能利用淀粉、纖維素等大分子有機物，因此必須有其它微生物將這些大分子有機物降解為葡萄糖提供給酵母菌。這一將淀粉、纖維素等大分子有機物轉化為葡萄糖的過程稱為糖化作用。

糖化過程可利用酸水解或酶解或某些微生物將大分子有機物水解為葡萄糖。能將這些大分子有機物轉化為葡萄糖的微生物稱為糖化菌。根霉(Rhizopus)、毛霉(Mucor)、曲霉(Aspergillus)的許多種都具有很高的糖化能力。在生產中主要用的糖化菌是曲霉和根霉。曲霉有黑曲霉(A.niger)、白曲霉和米曲霉(A.oryzae)等。根霉是淀粉發(fā)酵法的主要糖化菌，其中以東京根霉（又稱河內根霉）、黑根霉(R.nigricans)等應用最廣。第109頁,共120頁，2024年2月25日，星期天2、乙醇發(fā)酵及其微生物

酵母菌在厭氧條件下利用大分子有機物糖化后的葡萄糖時，先形成丙酮酸，丙酮酸脫羧形成乙醛，乙醛再在乙醇脫氫酶作用下形成酒精。

乙醇發(fā)酵能力最強的酵母菌是子囊菌綱酵母菌屬的啤酒酵母(Saccharomycescerevisiae)

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乙醇產率1mol葡萄糖可產生2mol乙醇，即180g葡萄糖可產生92g乙醇，轉化率為51.5%。但由于約有2%的碳水化合物用于酵母菌細胞增殖，約2%的碳水化合物用于形成甘油，0.5%的碳水化合物用于形成以琥珀酸為主的有機酸和0.2%的碳水化合物用于形成雜醇油，因此實際上只有47%的葡萄糖轉化為乙醇。第110頁,共120頁，2024年2月25日，星期天乙醇發(fā)酵微生物

細菌中能進行乙醇發(fā)酵的種不多，僅有發(fā)酵單胞菌（Zymomonas）、胃八疊球菌（Sarcinaventriculi）和解淀粉歐文氏菌(Erwiniaamylovora)等少數種。它們在形成乙醇時的途徑于酵母菌不同。

運動發(fā)酵單胞菌（Z.mobilis）可以通過ED途徑發(fā)酵葡萄糖產生酒精。第111頁,共120頁，2024年2月25日，星期天3、利用纖維質有機廢棄物直接發(fā)酵產生乙醇

厭氧性的熱纖梭菌（Clostridiumthemocellum）、嗜熱氫硫梭菌、