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四、化工原料
在化学工业上许多十分重要的化工原料都是通过微生物发酵生产的， 微生物是人类取之不尽、用之不竭的化工原料仓库。目前通过微生物发酵生产的重要化工原料有数十种之多， 如乙醇、丙醇、丙酮、丁醇、柠檬酸、苹果酸等。在以下的篇幅中， 我们将简略地介绍几种重要化工原料的生产。
在化工生产中， 为了使化学反应的速度加快和反应完全， 把参加反应的原料先溶解水中再进行化学反应是简便而有效的方法。因为在水中各种化学物质之间有充分的互相碰撞的机会。可是在实际生产中， 有许多原料是不溶于水的， 因此在用这些原料进行化工生产时我们碰到了难题。科学家们经过艰苦的探索终于找到了答案， 他们发现丙酮、丁醇等物质可以溶解很多不溶于水的物质， 因此我们把丙酮、丁醇等物质叫作有机溶剂。有机溶剂是化学工业上不可缺少的最重要原料之一， 以前多用化学方法生产。近几十年来， 科学工作者发现， 许多微生物都可以生产出丙酮、丁醇、丁二醇等有机溶剂， 因此， 用微生物发酵法生产有机溶剂已逐步取代化学合成法， 因为它更简便和经济。
我们用来发酵生产有机溶剂的微生物是一种叫梭状芽孢杆菌的细菌。它是一种厌氧菌， 氧气的存在对菌体有毒害作用， 发酵要在无氧条件下进行， 所以叫厌氧发酵。梭状芽孢杆菌是多面手， 它既能生产丙酮， 又能生产丁醇和异丙醇等， 因此我们可以通过控制培养条件的方法来决定它们最终生产出什么产品， 十分有意思的是， 梭状芽孢杆菌是比较听话的， 只要我们控制得当， 它们就能生产出我们需要的产品。
丙酮是应用最广的有机溶剂， 它的沸点只有56 ℃， 因此在不需要它时只要稍微加一点热就可使它挥发掉。它可以和水任意混合， 使用起来十分方便。丁醇是另一种重要的有机溶剂， 但它不能和水相溶， 它能很好地溶解树脂， 还可以把泡沫破碎， 用作发酵和化学工业的消泡剂。还有一种重要的有机溶剂叫丁二醇， 它也是由细菌发酵生产的， 但它的发酵是有氧发酵， 因为生产丁二醇的细菌是好氧菌， 如芽孢杆菌和肠杆菌等。
柠檬酸是一种十分重要的化学原料。由于它具有很好的酸味， 在食品工业中被广泛用于制造各种清凉饮料、果酱和果糖等。在制药工业中， 它被用作糖浆和片剂药的调味剂、油膏中的缓冲剂， 它的一种盐叫柠檬酸铁铵有补血的功能， 由柠檬酸制成的柠檬素是制造异烟肼的重要药， 异烟肼是治疗肺结核的特效药。以前主要是从柑桔中提取柠檬酸， 但因来源有限而远远满足不了需要。20 世纪初期， 科学研究发现， 许多霉菌可以产生柠檬酸。现在， 工业生产上使用的柠檬酸绝大部分都是由微生物生产的。
目前在工业生产上用来制造柠檬酸的微生物主要是一种叫黑曲霉的霉菌， 它以产生黑色孢子而得名。目前大多数工厂是采用发酵罐通气培养的方法， 属好氧发酵。我国科研人员经过多年的研究， 提出了一种具有一定开创性的新方法。这种方法以我国十分丰富的甘薯作为原料进行深层液体发酵， 不仅使产量提高很大而且节约了大量的粮食。
在工业生产上也可以采用固体发酵的方法生产柠檬酸。方法是： 将甘薯等各种原料高压蒸煮后制成含有一定水分的固体培养基， 冷却到30 ℃左右时接种黑曲霉菌种， 然后在木盘或竹帘上铺成约2 厘米厚的薄层， 在28 ～30 ℃下培养几天。这种方法不需要复杂的设备、技术也简单， 具有一定的优越性， 缺点是培养基敞开于空气之中容易造成污染。
乳酸也是一种十分重要的化工原料， 它的用途十分广泛。在食品工业中， 由于乳酸具有的独特风味及有利于贮藏的性质， 被广泛应用于柠檬汁、香精油、果汁和糖浆的制造中， 还可以用于果实和鱼类的保鲜中。在酿酒工业中被用作酸化剂， 以酸化果酒和酵母醪液。在制作面包时被用于制作发酵粉。在纺织工业中， 乳酸是染色和印花中的重要辅助原料， 在树脂工业中它也是一种重要的辅助材料。
在工业上用来生产乳酸的微生物主要是一些细菌， 如我们前面提到过的保加利亚乳杆菌、嗜热乳杆菌等。许多霉菌特别是根霉菌也具有形成乳酸的能力， 但霉菌在工业上的应用并不多， 因为用霉菌来制造乳酸在成本上比用细菌要高。利用细菌发酵生产乳酸时， 整个发酵过程要在无氧的条件下进行， 因为这些细菌属厌氧菌。
十分有趣的是， 虽然细菌可以利用许多原料形成乳酸， 但在实际生产中却不是什么原料都能使用的。这是因为： 当细菌利用某些原料进行发酵时虽然也能产生乳酸， 但我们就无法从发酵液中提取乳酸。例如， 当用马铃薯淀粉进行发酵时， 虽然有80 % 的淀粉变成了乳酸， 但它的提取十分困难， 至今难于在生产上应用。因此， 在使用淀粉原料发酵生产乳酸时， 必须先用淀粉酶处理使淀粉水解为糖， 所用的淀粉酶可以是酶制剂也可以是含淀粉酶的麦芽。
还有一种极其重要的化工原料――甘油也是用微生物发酵生产的。甘油的用途十分广泛。特别是在国防工业上它是制造炸药的重要原料， 大家熟悉的硝酸甘油是一种用途极大的炸药， 它是以甘油为主要原料制造的。在卷烟工业中甘油也有重要用途， 它被作为润滑剂来调节烟丝的水份。在医药上甘油是一种良好的药品， 例如冬天当我们的皮肤因干燥而开裂时只要涂上一层甘油， 几天后就好了。
在工业上我们主要是利用酵母菌发酵来生产甘油的。用微生物发酵生产甘油， 基本上和我们前面讲的酒精发酵相似， 只是在最后几步才分道扬镳。我们知道， 在用酵母菌发酵生产酒精时， 酵母菌把原料中的葡萄糖分解成了酒精。因此， 为了使发酵产生的是甘油而不是酒精， 科学家们进行了很长时间的研究， 最后发现在发酵培养基中加入亚硫酸钠或碳酸钠就能达到这一目的。值得注意的是， 在甘油发酵时亚硫酸钠或碳酸钠具有“开头”的功能， 加入的量过少， 生成的产物是酒精， 加入的量过多又会使发酵中止。只有加入的量恰到好处时， 才能使发酵产物大部分是甘油。
在化工生产中， 为了使化学反应的速度加快和反应完全， 把参加反应的原料先溶解水中再进行化学反应是简便而有效的方法。因为在水中各种化学物质之间有充分的互相碰撞的机会。可是在实际生产中， 有许多原料是不溶于水的， 因此在用这些原料进行化工生产时我们碰到了难题。科学家们经过艰苦的探索终于找到了答案， 他们发现丙酮、丁醇等物质可以溶解很多不溶于水的物质， 因此我们把丙酮、丁醇等物质叫作有机溶剂。有机溶剂是化学工业上不可缺少的最重要原料之一， 以前多用化学方法生产。近几十年来， 科学工作者发现， 许多微生物都可以生产出丙酮、丁醇、丁二醇等有机溶剂， 因此， 用微生物发酵法生产有机溶剂已逐步取代化学合成法， 因为它更简便和经济。
我们用来发酵生产有机溶剂的微生物是一种叫梭状芽孢杆菌的细菌。它是一种厌氧菌， 氧气的存在对菌体有毒害作用， 发酵要在无氧条件下进行， 所以叫厌氧发酵。梭状芽孢杆菌是多面手， 它既能生产丙酮， 又能生产丁醇和异丙醇等， 因此我们可以通过控制培养条件的方法来决定它们最终生产出什么产品， 十分有意思的是， 梭状芽孢杆菌是比较听话的， 只要我们控制得当， 它们就能生产出我们需要的产品。
丙酮是应用最广的有机溶剂， 它的沸点只有56 ℃， 因此在不需要它时只要稍微加一点热就可使它挥发掉。它可以和水任意混合， 使用起来十分方便。丁醇是另一种重要的有机溶剂， 但它不能和水相溶， 它能很好地溶解树脂， 还可以把泡沫破碎， 用作发酵和化学工业的消泡剂。还有一种重要的有机溶剂叫丁二醇， 它也是由细菌发酵生产的， 但它的发酵是有氧发酵， 因为生产丁二醇的细菌是好氧菌， 如芽孢杆菌和肠杆菌等。
柠檬酸是一种十分重要的化学原料。由于它具有很好的酸味， 在食品工业中被广泛用于制造各种清凉饮料、果酱和果糖等。在制药工业中， 它被用作糖浆和片剂药的调味剂、油膏中的缓冲剂， 它的一种盐叫柠檬酸铁铵有补血的功能， 由柠檬酸制成的柠檬素是制造异烟肼的重要药， 异烟肼是治疗肺结核的特效药。以前主要是从柑桔中提取柠檬酸， 但因来源有限而远远满足不了需要。20 世纪初期， 科学研究发现， 许多霉菌可以产生柠檬酸。现在， 工业生产上使用的柠檬酸绝大部分都是由微生物生产的。
目前在工业生产上用来制造柠檬酸的微生物主要是一种叫黑曲霉的霉菌， 它以产生黑色孢子而得名。目前大多数工厂是采用发酵罐通气培养的方法， 属好氧发酵。我国科研人员经过多年的研究， 提出了一种具有一定开创性的新方法。这种方法以我国十分丰富的甘薯作为原料进行深层液体发酵， 不仅使产量提高很大而且节约了大量的粮食。
在工业生产上也可以采用固体发酵的方法生产柠檬酸。方法是： 将甘薯等各种原料高压蒸煮后制成含有一定水分的固体培养基， 冷却到30 ℃左右时接种黑曲霉菌种， 然后在木盘或竹帘上铺成约2 厘米厚的薄层， 在28 ～30 ℃下培养几天。这种方法不需要复杂的设备、技术也简单， 具有一定的优越性， 缺点是培养基敞开于空气之中容易造成污染。
乳酸也是一种十分重要的化工原料， 它的用途十分广泛。在食品工业中， 由于乳酸具有的独特风味及有利于贮藏的性质， 被广泛应用于柠檬汁、香精油、果汁和糖浆的制造中， 还可以用于果实和鱼类的保鲜中。在酿酒工业中被用作酸化剂， 以酸化果酒和酵母醪液。在制作面包时被用于制作发酵粉。在纺织工业中， 乳酸是染色和印花中的重要辅助原料， 在树脂工业中它也是一种重要的辅助材料。
在工业上用来生产乳酸的微生物主要是一些细菌， 如我们前面提到过的保加利亚乳杆菌、嗜热乳杆菌等。许多霉菌特别是根霉菌也具有形成乳酸的能力， 但霉菌在工业上的应用并不多， 因为用霉菌来制造乳酸在成本上比用细菌要高。利用细菌发酵生产乳酸时， 整个发酵过程要在无氧的条件下进行， 因为这些细菌属厌氧菌。
十分有趣的是， 虽然细菌可以利用许多原料形成乳酸， 但在实际生产中却不是什么原料都能使用的。这是因为： 当细菌利用某些原料进行发酵时虽然也能产生乳酸， 但我们就无法从发酵液中提取乳酸。例如， 当用马铃薯淀粉进行发酵时， 虽然有80 % 的淀粉变成了乳酸， 但它的提取十分困难， 至今难于在生产上应用。因此， 在使用淀粉原料发酵生产乳酸时， 必须先用淀粉酶处理使淀粉水解为糖， 所用的淀粉酶可以是酶制剂也可以是含淀粉酶的麦芽。
还有一种极其重要的化工原料――甘油也是用微生物发酵生产的。甘油的用途十分广泛。特别是在国防工业上它是制造炸药的重要原料， 大家熟悉的硝酸甘油是一种用途极大的炸药， 它是以甘油为主要原料制造的。在卷烟工业中甘油也有重要用途， 它被作为润滑剂来调节烟丝的水份。在医药上甘油是一种良好的药品， 例如冬天当我们的皮肤因干燥而开裂时只要涂上一层甘油， 几天后就好了。
在工业上我们主要是利用酵母菌发酵来生产甘油的。用微生物发酵生产甘油， 基本上和我们前面讲的酒精发酵相似， 只是在最后几步才分道扬镳。我们知道， 在用酵母菌发酵生产酒精时， 酵母菌把原料中的葡萄糖分解成了酒精。因此， 为了使发酵产生的是甘油而不是酒精， 科学家们进行了很长时间的研究， 最后发现在发酵培养基中加入亚硫酸钠或碳酸钠就能达到这一目的。值得注意的是， 在甘油发酵时亚硫酸钠或碳酸钠具有“开头”的功能， 加入的量过少， 生成的产物是酒精， 加入的量过多又会使发酵中止。只有加入的量恰到好处时， 才能使发酵产物大部分是甘油。
