神奇微生物：从发酵食品到青霉素

风风1号

两三千年前，人类就有了发酵食品

人类应用微生物的历史非常久远。远古时代，当人们采集的水果和粮食有了剩余的时候，便要储存，它们在储存过程中有的会发生变质，腐烂，变成美味的发酵食品，甚至产生了“酒”这种奇妙的东西。于是，人们开始有意无意地“制造”这种现象，这就是人类利用微生物的开始。

古代酿酒作坊粮食发酵

经过长期实践，人们慢慢学会了制作发酵食品和酿酒：他们用陶罐、竹筒或皮口袋装上水果或粮食，用来酿酒或制造酸奶，这是人类最原始的工业微生物应用工艺。在公元前2400年间，埃及第五王朝的墓葬壁画上就有烤面包和酿啤酒的大幅浮雕。而从考古发掘的用于盛酒、煮酒和冲酒的青铜器，以及从这些容器中提取的残留有机物判断，我国酿酒的历史可能有9000年之久。

我国酿醋和酱油酿造技术始于约3000年前，在汉代则开始有了葡萄酒，距今已有2000多年。发酵使粮食水果等的成分发生较大改变，使食品的营养成分更容易吸收，风味也更丰富，因此人类已经不能离开发酵食品了。我国民间所说的开门七件事：柴、米、油、盐、酱、醋、茶，其中酱、醋就是微生物的贡献。

美味的酸奶就是发酵食品揭晓发酵食品的“秘密”微生物学之父——巴斯德

为什么食物会发酵？直到19世纪后期，以巴斯德为代表的科学家们才发现：发酵是由微生物生命活动引起的化学变化，而且不同微生物会引起不同的发酵作用，产生不同的发酵产物。从此，人们知道了酒精原来是由酵母菌发酵糖类产生的。其中，德国人许旺（Schwann）等首先查明了酒精发酵是酵母菌引起，随后荷兰人汉森（EmilChristinHansen）成功地获得了单细胞纯种培养的酵母菌。1879年，巴斯德发现通气有利于酵母的生长，首次使用通气法生产酵母。1881年，焦金森（Jargensen）利用汉森的方法选择优良的酵母菌株用于啤酒发酵，同年阿瓦瑞（Avery）利用乳酸菌生产乳酸。1894年日本的高峰利用米曲霉制造了高峰淀粉酶。

1897年，一位后来获得了诺贝尔奖的德国科学家布赫纳在研究酒精发酵时发现，酒精发酵是酵母菌细胞内发生的一系列化学变化，其中必然有称做“酶”的催化剂在参与作用。从此，生命科学的一个新兴分支——生物化学诞生了，人们开始考虑用微生物来生产化学物质，并深入研究微生物细胞内的各种化学变化、微生物的新陈代谢途径，酶学研究从此兴旺起来。

微生物发酵被用于工业生产

社会需要就是科学技术发展的动力。第一次世界大战期间，大国生产军火需要就成了发酵工程的催产婆。德国生物化学家能伯尔格发现，如果在进行酒精发酵的容器中添加亚硫酸氢钠，酒精发酵时的副产物——甘油就会大量增加。甘油是生产火药的必需原料，由于英国海军封锁使德国难于进口生产甘油的原料，于是能伯尔格的发现就被德国用于工业化生产。这时德国的敌人英国也急需生产火药的另一种原料—丙酮，一位在俄国出生的犹太化学家魏兹曼，利用20世纪巴斯德发现的丙酮、丁醇梭核菌生产了丙酮，并在1915年取得了专利。甘油和丙酮、丁醇的大规模生产则成为工业微生物学正式问世的标志。

从此，微生物的发酵作用不再仅仅被利用来制造食品，而是开始成为现代化大生产中的一个产业部门。

被视为绝密的青霉素生产技术

工业微生物学的第二次飞跃，发生在第二次世界大战后期。当时，由英国微生物学家佛莱明发现的产生青霉素的青霉菌，已被佛罗瑞和钱恩两位科学家制成了青霉素。这种第一次被人类制成的抗生素不仅对多种细菌感染有很强的治疗效果，还对防止战后感染有神奇效果，因此这项技术被美国定为绝密，重要性等同于原子弹试验的“曼哈顿计划”。由于青霉素的巨大应用价值，研究工作得到了鼎力支持，在不到3年的时间里，用于生产的微生物菌种和生产设备都得到了空前的改良。

随着青霉素发酵生产技术的成熟，青霉素已经能够大规模生产，不仅为世界带来了年产值达数百亿美元的抗生素产业，使人类的平均寿命延长了整整10周岁，而且为人类利用微生物进行大规模生产提供了成功典范。

佛罗瑞