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1、生物工程和其在发酵工业上应用 【摘要】本文对生物工程以及在工业发酵、化肥等方面应用进行分析，以供参考。【关键词】生物；发酵；工业；应用中图分类号：Q81文献标识码：A一、前言发酵技术是生物工程的重要技术，在工业、养殖等方面广泛使用。本文将对其应用进行重点分析。二、生物工程学发展的历史背景8生物工程学是最近几年发展起来的新型学科,它的前身是发酵工业,但它的范围和深远意义却远远超过了发酵工业,生物工程学的历史背景是分子生物学、分子遗传学、微生物学、生物化学及计算机等基础学科,以及由它们派生出的基因工程
2、、组织培养、细胞培养、固定化酶、固定化细胞、生物传感器、微生物培养过程中的自动化控制,以及发酵产物的分离提纯新技术。从而使人们有可能利用微生物、动物或植物细胞的培养来得到人类在医药、食品、化工、能源、农业以及环保方面所希望得到的产品,或要求达到的目的。从它所产生的历史背景和所包括的内容(基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程),不难看出生物工程是多种基础学科和多种先进技术结合产生的一门崭新的跨学科、跨行业的新兴学科。它远远超过传统发酵工业范围。近年来国内外政府部门、工商业界、科学教育界都涌跃投资,热情
3、研究,并建立了许多生物工程公司。据统计近年来的国际上已建立了300多个生物工程公司,其中80%在美国,其余分布在法国、英国、日本等发达的资本主义国家。各国都在结合自己的特点发展生物科学:美国是全面发展,英国侧重研究单克隆拉体、单细胞蛋白、发酵技术;日本则结合传统的发酵产品,研究精细药品,法国则进行疫苗、动物蛋白以及食品工业有关的项目的研究,荷兰与澳大利亚则侧重于畜牧业与乳品工业等的研究。这些国家还建立了国际生物工程学研究中心。三、生物工程在发酵工业中的应用8发酵工业是以微生物作基础的,微生物菌种性能
4、的优劣不仅影响产品产量的高低、质量的好坏、成本的高低、经济效益的有无,而且还影响新产品的开发、新原料的利用。老的育种方法是通过从自然界中微生物的分离、常规诱变育种或合理的育种,曾获得高产菌株,增加了经济效益。他们的效果是:①对原来存在的形成产物的结构基因没有改变；②对调节基因引起突变,解除了反馈调节,变诱导型为组成型；③阻断支路代谢(如赖氨酸生产菌种的选育,就是阻断通往高丝氨酸支路),提高前体的供应解除协同反馈；④改变细胞的渗透性,有利于产物的积累,从而使发酵工作取得了很大的效益。但由于以往对结构基
5、因的拷贝数不能增加,原来不存在的结构基因更不能产生。因此用老的育种方法不能使菌种的生产性能有大的突破,更不能组建新的菌种。直到七十年代基因工程的诞生才为发酵工业开创了一个新的时代,因为人们能利用基因工程技术按照自己的意图,培育生产上最优良的菌种。1、氨基酸发酵氨基酸是组成蛋白质的基础成分,特别八种必须氨基酸在人和动物体内不能合成,必须由食物供给,因此用发酵法生产必需氨基酸有其重要的经济意义,特别是赖氨酸对食品工业、饲料工业及儿童食品都有重要的经济意义。因为谷类蛋白质中赖氨酸含量不能满足儿童发育的需要
6、,如果不进行人工添加,就会因赖氨酸不平衡而造成营养缺乏。日本人曾在小学生和中学生膳食中进行过添加赖氨酸试验,结果发现在食用添加赖氨酸的,其身材相对高大,握力也增大。由于赖氨酸的重要性,无锡轻工业学院曾对赖氨酸生产菌种的选育作了大量研究工作,他们用物理、化学因素处理黄色短杆菌Asl.495,结果获得了能积累赖氨酸的苏氨酸缺陷型菌株,再用AEC和SD处理,获得高产赖氨酸的FRR961菌株,在适宜条件下,赖氨酸积累量达45克/升,葡萄糖的转化率达到35%以上,发酵液中赖氨酸的总提取率达到70%,该菌株是国
7、内生产赖氨酸的优良菌株之一。8但赖氨酸的高产菌株都有生长缓慢的缺点,日本科学家们为了弥补这一缺陷,另选一株生长速度迅速的菌种与之进行细胞融合,结果获得一株产酸率高、生长快的菌株,其赖氨酸生产速率比原菌株提高了三倍。同时他们应用基因重组技术进一步构建赖氨酸高产的原理,他们因而获得了一项专利。法国巴黎大学对赖氨酸生物合成的头六个基因进行了分离和鉴定,以后他们与法国康涅徨大学的生物工程部的科学家们合作,从重组DNA技术入手,通过基因扩增的方式,提高参与生物合成赖氨酸的某种酶的活性,使赖氨酸的产量提高了五倍
8、。2、酶的发酵生产酶是十种活性蛋白质,不同的酶是由不同的结构基因编码的,因此要提高酶的产量,就要扩增目的基因的拷贝数和解除调节基因的控制,日本科学家于1983年用基因工程技术组建a一淀粉酶的高产菌株。因为a一淀粉酶是枯草芽抱杆菌的主要胞外酶之一,酶的产量受多种调节基因控制。通过DNA转化,使这些调节基因的几个基因引入到一个细胞中,由于这些调节基因被引入到同一细胞中,能起到协同作用,所以引起a一淀粉酶的高产。一株至少含有6个调节基因的高产胞外a一淀粉酶的菌株下2N26,
