第九章
模擬細胞化工廠
人類的許多發明創造來自生物的啟迪。生物，是我們人類的老師。
學習過生物學的人都知道，不論是動物、植物的細胞，還是單細胞的微生物，都是一個特殊的工廠。細胞中能合成生命活動必需的物質，比起化工廠來，細胞的本領要大得多。它不僅能合成簡單的甘油和醋酸，而且能合成極其複雜的蛋白質、核酸等。而它的經濟性和有效性，令我們的化學家也驚歎不已。可以這樣說，自從有了化學合成，至今沒有一項可以與細胞相比。在那麼小的細胞中可以合成數千種蛋白質，而且合成一條有150個氨基酸的肽鏈僅僅需要15分鍾。這在任何一個現代化的化工廠裏都是做不到的。
細胞的有機合成，給了化學家以極大的啟示，向細胞學習，有成效地借用這些天然物質的結構，或生物化學的原理和整個生物合成路線，來生產人們需要的物質。例如奎寧(抗瘧疾藥)、利血平(抗高血壓藥)等都是從植物體內提取的，是植物細胞合成了這些藥物。而化學家研究了這些合成過程，重新設計在工廠裏生產人工奎寧和利血平。在某些條件下，人工合成的產物，如維生素A、C、B、H等都比天然產物更理想。人工模仿物其結構似嗎啡分子骨架的純合成製劑普羅美多，比嗎啡有更高的止痛作用。這就是生物細胞的生物合成作用給我們的幫助。
神秘的發酵工程
舊瓶新醋話發酵
“發酵工程”是個新詞，但用發酵方法來釀酒、製醬、做醋、做奶酪，卻是幾千年前人類就掌握了的生物技術。直到今天人們還在繼續做這些事。但傳統方法的發酵過程非常繁瑣，費時費力。比如用小麥、大豆等原料做醬油需要半年到一年的時間，而且還要準備好大大小小、許許多多的容器。現代“發酵工程”的做法可就大不一樣了。以日本的一家製醬油的公司為例，他們的做法是，將一種耐乳酸細菌和一種酵母菌一起固定在海藻酸鈣凝膠上，再裝入製造醬油的發酵罐。將各種營養物和水從罐頂慢慢地注入，產品醬油就不停地從罐底流出來，形成一個連續生產的過程。從原料到成品的周期不到3天。這裏提到的發酵罐是現代發酵工程的重要標誌。目前世界上最大的發酵罐高度超過100米，容量可達4000立方米。
發酵工程的主角是微生物。
微生物是一種通稱，它包括了所有形狀微小、結構簡單的低等生物。一提到微生物，有些人就會皺起眉頭，感到憎惡。因為他們想到的是微生物帶來了人類的疾病，帶來了植物的病害和食物的變質。其實，這種感情是不太公正的。對人類而言，大多數微生物有益無害的，會造成損害的微生物隻是少數。就總體來說，微生物是功大於過的，而且是功遠遠大於過。近年來迅速崛起的發酵工程，正是這些微生物在忙忙碌碌，工作不息，甚至不惜粉身碎骨，才使得五光十色的產品能一一麵世。從“樂百氏奶”等乳酸菌飲料，到比黃金還貴的幹擾毒等藥品，都是微生物對人類的無私奉獻。
微生物在發酵過程裏充當著生產者的角色，這與它的特性是分不開的。它們具有孫悟空式的生存本領、豬八戒式的好胃口，還組成了天下第一的“超生遊擊隊”。孫悟空是怎麼折騰也不會死的英雄。微生物的生存本領也好生了得。它們對周圍環境的溫度、壓強、酸堿度、幹濕條件都有極強的適應力，在10千米深的海底，人會被壓成一張紙，而有些細菌仍逍遙自在地生活。在零下250℃的超低溫下，有些微生物仍不死去，隻是處於“冬眠”狀態而已。如果條件適宜，微生物會不斷繁衍生長，從沒有見過它們自行死亡。而這幫不死的小家夥還極為貪吃，甚至饑不擇食。好吃的食品自不必說，連石油、塑料、金屬氧化物、工業垃圾和DDT、砒霜等毒藥，都會成為某些微生物競相吞吃的美味。吃得多，長得快，繁殖速度自然十分驚人。如果一個大腸杆菌能順利無阻地繁殖，兩天後其重量等於地球重量的4倍！正是微生物的這些特點使它們成為發酵工程中的主將和功臣。發酵罐是微生物在發酵過程中生長、繁殖和形成產品的外部環境裝置。它取代了傳統的發酵容器——形形色色的培養瓶、醬缸和酒窖。與傳統的容器相比，發酵罐最明顯的優勢在於：它能進行嚴格的滅菌，能使空氣按需要流通，從而提供良好的發酵環境；它能實施攪拌、震蕩以促進微生物生長；它能對溫度、壓力、空氣流量實行自動控製；它能通過各種生物傳感器測定發酵罐內菌體濃度、營養成分、產品濃度等，並用電腦隨時調節發酵進程。所以，發酵罐能實現大規模連續生產，最大限度地利用原料和設備，獲得高產量和高效率。這樣，人們就可以充分利用發酵方法來生產所需的食品或其他產品。可以簡單地說，發酵工程就是通過研究改造發酵作用的菌種，並應用現代技術手段控製發酵過程來大規模工業化地生產發酵產品。