书城科普读物丰富的微观世界——微生物
20505700000009

第9章 微生物让生活更美好(1)

自古以来,人类在日常生活和生产实践中,就已经觉察到微生物的生命活动及其所发生的作用。虽然有很多疾病是由细菌引起的,如伤寒杆菌、结核杆菌、破伤风杆菌、肺炎双球菌等致病菌对人类有害,但大多数细菌还是和人类和平共处,甚至有许多细菌对人类不仅无害,而且有益,能给人类带来很大好处。例如:人们利用谷氨酸棒杆菌制造食用味精,用乳酸菌生产酸乳,用苏云金杆菌生产杀虫剂,利用产甲烷菌生产沼气,以及借助细菌来冶炼金属、净化污水、制作使庄稼增产的细菌肥料等。

微生物对人类生活有哪些影响

微生物产品在人类的日常生活中随处可见,酒、酸奶、酱油、醋、味精等食品,以及抗生素药、激素、疫苗等药品都是利用微生物发酵制成的。

微生物与人体

微生物与人类关系密切,不过这些形形色色的微生物对我们人类的生活和健康究竟会产生怎样的影响呢?大量事实证明,这些微生物既能造福于人类,也能给人类带来毁灭性的灾难。

人体的消化道里就“住着”大肠杆菌,它是来帮助我们消化的。而我们平时吃的美味爽口的菇类,就属于真菌类。其实有很多微生物的代谢产物也可以提供给人类作为治疗药物,如青霉素、红霉素等都是它们的产物。

可见,在生物进化的过程中,微生物与人体保持着一种生态平衡。有些微生物已经与人体形成一种相互依赖、互惠互利的生态平衡状态。这称作正常菌群,它对宿主有益无害。人一生下来就与周围富含微生物的自然环境密切接触,因而人体的体表皮肤与口腔、上呼吸道、肠道、泌尿生殖道等黏膜以及腔道寄居着不同种类和数量的微生物。它们有营养作用、免疫作用、生物拮抗作用、抗衰老作用以及其他的作用。

微生物给我们生活带来这么多好处,而且随着科学技术的日益发展,微生物的应用也越来越广泛,在生物制药、能源、环保、食品、工业等方面,微生物都扮演着重要的角色。

各司其职的微生物

地球上每时每刻都有数不尽的有机体死亡,其中只有不到10%的落叶及1%以下的尸体被动物吃掉,剩余部分就成为真菌或细菌的食物。如果没有这些真菌和细菌,特别是人们常说的腐生细菌,那么这些不能消化的物质就会不断堆积,长此以往,地球就会被动植物的尸体垃圾占据。到了那个时候,人类和其他生物又到哪里去生存呢?

在工业上,利用微生物提高采油技术,可以大大降低原油的黏度,增加原油的流动性,从而大大提高原油的采收率。一些国家还将光合菌、乳酸菌、酵母菌等功能各异的80多种微生物组成一种活菌制剂,这种活菌制剂在一个统一体中互相促进,共同构成了一个复杂而稳定的具有多元功能的微生态系统,可抑制有害微生物。尤其是病原菌和腐败细菌的活动,为动植物生长提供了有力的保障。

微生物给人类生活带来了巨大的利益,大量事实证明,这些利益正发挥着重大作用,而且具有广阔的前景。随着社会的发展,微生物对人类的贡献将会越来越大。我们要做的就是合理地利用这些微生物,让它们各司其职,发挥更大的作用,与人类共同维护生态平衡。

微生物油脂——食用油脂新资源

微生物油脂又被称为单细胞油脂,这是由酵母、霉菌、细菌和藻类等微生物在一定条件下利用碳水化合物、碳氢化合物和普通油脂为碳源、氮源,辅以无机盐生产的油脂。而在适宜条件下,当某些微生物产生并储存的油脂在其生物体内达到总量的20%以上,就可以称之为产油微生物。

什么是微生物油脂

微生物油脂是继植物油脂、动物油脂之后人类开发出的又一种食用油脂新资源。能够生产油脂的微生物有酵母、霉菌、细菌和藻类等,其中真核的酵母、霉菌和藻类能合成与植物油组成相似的甘油三酯,而原核的细菌则合成特殊的脂类。不过,人们的研究主要集中在藻类、细菌和真菌上,因为细菌的油脂产量太低。

微生物油脂研究始于第一次世界大战期间,德国为了解决当时的油源匮乏而利用产脂内孢霉生产油脂。此后,美国也开始着手微生物油脂的生产,但没有实现工业化。第二次世界大战前夕,德国科学家筛选到了适于深层培养的菌株,开始在德国工业化生产微生物食用油脂。在二战之后的几十年里,由于科学技术的不断进步,科学家们对产油脂的微生物菌株进行反复的改造和筛选,终于获得了一大批油脂含量高、生产周期短、不受季节影响、产油脂率高、遗传性状稳定、成本较低、易于工业化生产的微生物油脂。

动植物油脂缺陷浮出

在贫穷饥饿时期,人们以粗食充饥,由于得不到足够的营养素,机体对病原微生物的抵抗力下降,以致许多传染病大范围流行,如常见的结核病。随着人类物质文明的发达,人类每天的食谱也在逐步发生改变,疾病也随之开始发生了改变。大量食用动植物油脂,使人体对病原微生物的抵抗力大大增强,如结核病等传染病的发病率逐步下降,但随之而来的是由于食物品种单调造成的人体营养不良,或者是因为膳食结构不平衡以及营养过剩,造成了所谓的“富贵病”,如心、脑血管疾病等。这一切的最主要原因还是由于我们膳食中的饱和脂肪酸不足。而科学家指出,微生物油脂中含有丰富的PUFAs,也就是多烯脂肪酸——人体必备脂肪酸。它可以弥补因食用动植物油脂造成的不饱和脂肪酸缺乏问题。

为什么微生物油脂比动物油脂更好

大多数微生物油脂都富含PUFAs,这是动植物油脂无法比拟的。因此,微生物油脂的研究、开发和应用日益受到重视的原因不仅仅是它作为动植物油脂的一个补充,更重要的是它富含不饱和脂肪酸,且后者在促进人类健康方面起着越来越重要的作用。

大量的研究结果表明,一旦人体缺乏PUFAs,将产生某些疾病,也可以说人体的某些疾病会伴随着PUFAs的含量多少而改变。如在治疗新生儿湿疹中,给患处涂抹小麻油或红花油(含亚油酸),就能很快抑制住湿疹病情;当婴幼儿严重缺乏DHA和AA时,可造成永久性智力低下和视力障碍;6~12岁儿童出现皮肤瘙痒、眼角干燥、上课注意力不集中,与其血浆内DHA含量低下有明显的正相关。精神分裂症患者体内PUFAs含量较正常人低许多;高血压、高脂血症、高胆固醇血症患者体内PUFAs含量较正常人低。食用适量富含PUFAs的微生物油脂,可明显降低高脂、高胆固醇血症患者血浆内的脂质和胆固醇水平,同时提高血浆内载脂蛋白和高密度脂蛋白水平。

那么,与动植物油脂的生产相比,微生物油脂还具有哪些优点呢?

首先,微生物的适应性强,繁殖速度快,生产周期短。

其次,微生物生长所需的原料丰富多样,特别是可以利用农副产品、食品工业及造纸生产中产生的废弃物,同时还起到了保护环境的作用。

第三,微生物生产油脂可节约劳动力,同时不受场地、气候、季节的影响,一年四季可连续生产。

第四,利用不同的菌株和培养基产品的构成变化较大的特点,尤其适合于开发一些功能性油脂。如富亚油酸、亚麻酸、EPA、DHA、角鲨烯、二元羧酸等油脂以及代可可脂。

产油微生物除可代替动植物油脂生产食用油脂,特别是保健类功能性油脂外,还可以作为生产生物柴油的油源。生物柴油由各种动植物油脂经酯化或转酯化工艺而得,而大部分微生物油的脂肪酸组成和一般植物油相近,因此微生物油脂可替代植物油脂生产生物柴油。

制醋高手——醋酸梭菌

醋是家家必备的一种调味品。烧鱼时放一点醋,可以除去腥味;有些菜加醋后,风味更加好,还能增进食欲,促进消化。

醋酸梭菌引发的争论

1856年,在法国立耳城的制酒作坊里,发生了淡酒在空气中自然变酸这一怪现象,由此引发了一场历史性的大争论。当时,有的科学家认为,这是由于酒吸收了空气中的氧气而引起的化学变化。而法国微生物学家、化学家巴斯德,令人信服地证明了酒变化成醋是由于制醋巧手——醋酸梭菌的缘故。

原来,制醋分为几个过程。首先是由曲霉将大米、小米或高粱等淀粉类原料变成葡萄糖;下一步就要靠醋酸梭菌来完成了。醋酸梭菌是一种好气性细菌,它们可以从空气中落到低浓度的酒桶里,在空气流通和保持一定温度的条件下,迅速生长繁殖,进行好气呼吸,使酒精氧化。这样,它们就能一边“喝酒”,一边把酒精变成了味香色美的酸醋了。

醋酸梭菌的功劳

醋酸梭菌对酒精的氧化只能使其生成有机酸。人们利用这个特点,用来生产醋酸,并广泛用于丙酸、丁酸和葡萄糖酸的生产。醋酸梭菌还能将山梨中含有的山梨醇转化成山梨糖,这是自然界少有的,却是合成维生素C的主要原料。另外,醋酸梭菌还可以用于生产淀粉酶和果胶酶。

好氧性的醋酸梭菌是制醋工业的基础。制醋原料或酒精接种醋酸细菌后,即可发酵生成醋酸发酵液,可供食用,醋酸发酵液还可以经提纯制成一种重要的化工原料——冰醋酸。厌氧性的醋酸发酵是我国用于酿造糖醋的主要途径。

我们认识了制醋高手,再来看看另一些爱“吃”蜡的食客。这些食客寄宿在石油化工公司的炼油厂中,它们就是被称为“石油酵母”的解脂假丝酵母和热带假丝酵母。石油酵母炼油厂为什么要供养这批食客呢?原来,石油产品的质量与其中蜡的含量有很大关系。如果飞机使用含蜡量高的汽油,那么高空的低温会使蜡凝固起来,堵塞机内各条输油管,使飞机发生事故。因此,石油产品需要经过脱蜡处理。

甲烷菌——水底气源

在泥泞的沼泽或水草茂密的池塘里,生活着无数专爱“吹”气泡的小生命,名叫甲烷菌。甲烷菌是地球上最古老的生命体。在地球诞生初期,死寂而缺氧的环境造就了首批性情随和的“生灵”,它们具有生命实体——细胞,但不需要氧气便能呼吸,仅靠现成简单的碳酸盐、甲酸盐等物质维持生计,并开始自然繁殖。这就是生物的鼻祖——甲烷菌。时至今日,地球几经沧桑,甲烷菌却仍保持着厌氧本色。

甲烷菌的生长过程

甲烷细菌都是专性严格厌氧菌,对氧非常敏感,遇氧后会立即受到抑制,不能生长繁殖,甚至还会死亡。