發酵與新能源
隨著人口的增長,能源的日趨緊張,人們正急切地尋找新能源,通過微生物發酵產生的乙醇有可能成為新的能源。美國政府鼓勵使用石油和酒精混合物,對乙醇含量占有10%以上的所有燃料給予部分免稅。若用“汽油酒精”取代美國所消耗的全部石油,每年至少需要生產56億升乙醇,但每年用穀物生產的乙醇不超過76億升,美國已在中西部建立幾座利用穀類生產乙醇的工廠。1990年達到市場的飽和極限——3 000萬噸。日本打算用甘蔗生產燃料酒精,其長期目標是滿足日本石油需要量的1/3。日本還設想與東南亞國家合作,建立一些工廠,用木薯、薯蕷和其他農產品生產燃料酒精。據一些日本專家說,每年在東南亞生產1 000億升燃料酒精(等於日本石油進口量的1/3以上)不是夢想。
預計20世紀末至21世紀前10年期間,乙醇發酵將全部用木纖維,使其成本大大降低,給解決能源枯竭問題帶來新的希望。
發酵方法
利用微生物的發酵工程在食品和飲料工業占據著重要的位置。目前使用微生物生產檸檬酸可以滿足全世界的需要。在歐洲與美洲,乳製品及穀物的發酵是重要的食品發酵過程,在牛乳中可發生6種主要的發酵反應。現代牛乳發酵需要接種專用的微生物。穀物製品的發酵中最重要的是麵包和焙烤食品的生產。用於麵包製作的酵母,通常采用菌種在糖蜜中發酵而獲得。釀造工業在歐美主要生產啤酒與葡萄酒、蘋果酒等,在中國主要生產白酒、醬製品、醋等。中國在蔬菜醃製中也廣泛采用發酵方法。
發酵與人類文明
發酵工業的產品在日常生活中隨處可見,酒、酸奶、醬油、醋、味精,以及抗生素藥、激素、疫苗等,都是利用微生物發酵製成的產品。
人類在史前時期已經能夠利用各種不同的微生物了。公元前2 000多年,埃及人已釀造出了葡萄酒,中國古代勞動人民,早在4 000多年前就從實踐中發現了發酵現象。中國用穀物釀酒大概開始於新石器時代。山東龍山文化晚期已有陶尊等飲酒器具。古書記載:“儀狄作酒,禹飲而甘之”。春秋戰國時已開始釀醋,周朝時(公元前1 000年)醬油業就已很發達。
中國的白酒有一種曲酒,是用酒曲造酒,實際上是糖化和酒化統一的過程,這是一項重大的發明。曲是培養酵母和黴菌等微生物的穀物。曲的發明和製曲技術的不斷改進,是中國製酒工業上的一項偉大成就,曲在醫學和發酵食品方麵也有十分重要的作用。
發現核酸
核酸在1869年已被德國生物化學家賽爾發現,由於它的功能無人知曉而沉睡了70餘年。
1868年,瑞士青年化學家米歇爾在研究細胞核的組成成分時,從附近外科診所的廢物箱中撿來滿是膿液的繃帶,而後用硫酸鈉稀溶液衝洗繃帶,使細胞保持完好並與膿液中的其他成分分開,得到了很多白血球細胞。然後,他用酸溶解了包圍在白血球外麵的大部分物質而得到了細胞核,再用稀堿處理細胞核,又得到一種含磷量很高的物質,這種物質引起了他的興趣,因為這種物質從未有過報道,為此他把位於細胞核中由磷酸產生的酸性基因,一種大分子組成的物質稱為“核素”。
米歇爾的德國導師塞勒也從酵母菌中提取出了“核素”。他把酵母中提取出來的“核素”稱為“酵母核素”,而米歇爾發現的“核素”由於很容易從動物的胸腺中取得,所以稱為“胸腺核素”。
1879年,塞勒的另一名高足、德國生物化學家科塞爾開始係統研究“核素”的結構。他用水解“核素”的辦法,經過十多年的寒窗苦鬥,從“酵母核素”和“胸腺核素”中,除得到兩種嘌呤和兩種嘧啶物質外,還發現“核素”中存在碳水化合物。到20世紀初,科塞爾和他的學生們已把核酸的所有組成成分——戊糖、磷酸、嘌呤堿、嘧啶堿全部辨認出來了,為此,科塞爾獲得1910年諾貝爾醫學生理學獎。1898年,奧爾特曼首次建議用“核酸”這種名詞代替“核素”這個名詞。