當前位置：
紀實傳記
> 天之驕子——帝王風采（上）
> 四、化工原料
四、化工原料
在化學工業上許多十分重要的化工原料都是通過微生物發酵生產的， 微生物是人類取之不盡、用之不竭的化工原料倉庫。目前通過微生物發酵生產的重要化工原料有數十種之多， 如乙醇、丙醇、丙酮、丁醇、檸檬酸、蘋果酸等。在以下的篇幅中， 我們將簡略地介紹幾種重要化工原料的生產。
在化工生產中， 為了使化學反應的速度加快和反應完全， 把參加反應的原料先溶解水中再進行化學反應是簡便而有效的方法。因為在水中各種化學物質之間有充分的互相碰撞的機會。可是在實際生產中， 有許多原料是不溶於水的， 因此在用這些原料進行化工生產時我們碰到了難題。科學家們經過艱苦的探索終於找到了答案， 他們發現丙酮、丁醇等物質可以溶解很多不溶於水的物質， 因此我們把丙酮、丁醇等物質叫作有機溶劑。有機溶劑是化學工業上不可缺少的最重要原料之一， 以前多用化學方法生產。近幾十年來， 科學工作者發現， 許多微生物都可以生產出丙酮、丁醇、丁二醇等有機溶劑， 因此， 用微生物發酵法生產有機溶劑已逐步取代化學合成法， 因為它更簡便和經濟。
我們用來發酵生產有機溶劑的微生物是一種叫梭狀芽孢杆菌的細菌。它是一種厭氧菌， 氧氣的存在對菌體有毒害作用， 發酵要在無氧條件下進行， 所以叫厭氧發酵。梭狀芽孢杆菌是多麵手， 它既能生產丙酮， 又能生產丁醇和異丙醇等， 因此我們可以通過控製培養條件的方法來決定它們最終生產出什麽產品， 十分有意思的是， 梭狀芽孢杆菌是比較聽話的， 隻要我們控製得當， 它們就能生產出我們需要的產品。
丙酮是應用最廣的有機溶劑， 它的沸點隻有56 ℃， 因此在不需要它時隻要稍微加一點熱就可使它揮發掉。它可以和水任意混合， 使用起來十分方便。丁醇是另一種重要的有機溶劑， 但它不能和水相溶， 它能很好地溶解樹脂， 還可以把泡沫破碎， 用作發酵和化學工業的消泡劑。還有一種重要的有機溶劑叫丁二醇， 它也是由細菌發酵生產的， 但它的發酵是有氧發酵， 因為生產丁二醇的細菌是好氧菌， 如芽孢杆菌和腸杆菌等。
檸檬酸是一種十分重要的化學原料。由於它具有很好的酸味， 在食品工業中被廣泛用於製造各種清涼飲料、果醬和果糖等。在製藥工業中， 它被用作糖漿和片劑藥的調味劑、油膏中的緩衝劑， 它的一種鹽叫檸檬酸鐵銨有補血的功能， 由檸檬酸製成的檸檬素是製造異煙肼的重要藥， 異煙肼是治療肺結核的特效藥。以前主要是從柑桔中提取檸檬酸， 但因來源有限而遠遠滿足不了需要。20 世紀初期， 科學研究發現， 許多黴菌可以產生檸檬酸。現在， 工業生產上使用的檸檬酸絕大部分都是由微生物生產的。
目前在工業生產上用來製造檸檬酸的微生物主要是一種叫黑曲黴的黴菌， 它以產生黑色孢子而得名。目前大多數工廠是采用發酵罐通氣培養的方法， 屬好氧發酵。我國科研人員經過多年的研究， 提出了一種具有一定開創性的新方法。這種方法以我國十分豐富的甘薯作為原料進行深層液體發酵， 不僅使產量提高很大而且節約了大量的糧食。
在工業生產上也可以采用固體發酵的方法生產檸檬酸。方法是： 將甘薯等各種原料高壓蒸煮後製成含有一定水分的固體培養基， 冷卻到30 ℃左右時接種黑曲黴菌種， 然後在木盤或竹簾上鋪成約2 厘米厚的薄層， 在28 ～30 ℃下培養幾天。這種方法不需要複雜的設備、技術也簡單， 具有一定的優越性， 缺點是培養基敞開於空氣之中容易造成汙染。
乳酸也是一種十分重要的化工原料， 它的用途十分廣泛。在食品工業中， 由於乳酸具有的獨特風味及有利於貯藏的性質， 被廣泛應用於檸檬汁、香精油、果汁和糖漿的製造中， 還可以用於果實和魚類的保鮮中。在釀酒工業中被用作酸化劑， 以酸化果酒和酵母醪液。在製作麵包時被用於製作發酵粉。在紡織工業中， 乳酸是染色和印花中的重要輔助原料， 在樹脂工業中它也是一種重要的輔助材料。
在工業上用來生產乳酸的微生物主要是一些細菌， 如我們前麵提到過的保加利亞乳杆菌、嗜熱乳杆菌等。許多黴菌特別是根黴菌也具有形成乳酸的能力， 但黴菌在工業上的應用並不多， 因為用黴菌來製造乳酸在成本上比用細菌要高。利用細菌發酵生產乳酸時， 整個發酵過程要在無氧的條件下進行， 因為這些細菌屬厭氧菌。
十分有趣的是， 雖然細菌可以利用許多原料形成乳酸， 但在實際生產中卻不是什麽原料都能使用的。這是因為： 當細菌利用某些原料進行發酵時雖然也能產生乳酸， 但我們就無法從發酵液中提取乳酸。例如， 當用馬鈴薯澱粉進行發酵時， 雖然有80 % 的澱粉變成了乳酸， 但它的提取十分困難， 至今難於在生產上應用。因此， 在使用澱粉原料發酵生產乳酸時， 必須先用澱粉酶處理使澱粉水解為糖， 所用的澱粉酶可以是酶製劑也可以是含澱粉酶的麥芽。
還有一種極其重要的化工原料――甘油也是用微生物發酵生產的。甘油的用途十分廣泛。特別是在國防工業上它是製造炸藥的重要原料， 大家熟悉的硝酸甘油是一種用途極大的炸藥， 它是以甘油為主要原料製造的。在卷煙工業中甘油也有重要用途， 它被作為潤滑劑來調節煙絲的水份。在醫藥上甘油是一種良好的藥品， 例如冬天當我們的皮膚因幹燥而開裂時隻要塗上一層甘油， 幾天後就好了。
在工業上我們主要是利用酵母菌發酵來生產甘油的。用微生物發酵生產甘油， 基本上和我們前麵講的酒精發酵相似， 隻是在最後幾步才分道揚鑣。我們知道， 在用酵母菌發酵生產酒精時， 酵母菌把原料中的葡萄糖分解成了酒精。因此， 為了使發酵產生的是甘油而不是酒精， 科學家們進行了很長時間的研究， 最後發現在發酵培養基中加入亞硫酸鈉或碳酸鈉就能達到這一目的。值得注意的是， 在甘油發酵時亞硫酸鈉或碳酸鈉具有“開頭”的功能， 加入的量過少， 生成的產物是酒精， 加入的量過多又會使發酵中止。隻有加入的量恰到好處時， 才能使發酵產物大部分是甘油。
在化工生產中， 為了使化學反應的速度加快和反應完全， 把參加反應的原料先溶解水中再進行化學反應是簡便而有效的方法。因為在水中各種化學物質之間有充分的互相碰撞的機會。可是在實際生產中， 有許多原料是不溶於水的， 因此在用這些原料進行化工生產時我們碰到了難題。科學家們經過艱苦的探索終於找到了答案， 他們發現丙酮、丁醇等物質可以溶解很多不溶於水的物質， 因此我們把丙酮、丁醇等物質叫作有機溶劑。有機溶劑是化學工業上不可缺少的最重要原料之一， 以前多用化學方法生產。近幾十年來， 科學工作者發現， 許多微生物都可以生產出丙酮、丁醇、丁二醇等有機溶劑， 因此， 用微生物發酵法生產有機溶劑已逐步取代化學合成法， 因為它更簡便和經濟。
我們用來發酵生產有機溶劑的微生物是一種叫梭狀芽孢杆菌的細菌。它是一種厭氧菌， 氧氣的存在對菌體有毒害作用， 發酵要在無氧條件下進行， 所以叫厭氧發酵。梭狀芽孢杆菌是多麵手， 它既能生產丙酮， 又能生產丁醇和異丙醇等， 因此我們可以通過控製培養條件的方法來決定它們最終生產出什麽產品， 十分有意思的是， 梭狀芽孢杆菌是比較聽話的， 隻要我們控製得當， 它們就能生產出我們需要的產品。
丙酮是應用最廣的有機溶劑， 它的沸點隻有56 ℃， 因此在不需要它時隻要稍微加一點熱就可使它揮發掉。它可以和水任意混合， 使用起來十分方便。丁醇是另一種重要的有機溶劑， 但它不能和水相溶， 它能很好地溶解樹脂， 還可以把泡沫破碎， 用作發酵和化學工業的消泡劑。還有一種重要的有機溶劑叫丁二醇， 它也是由細菌發酵生產的， 但它的發酵是有氧發酵， 因為生產丁二醇的細菌是好氧菌， 如芽孢杆菌和腸杆菌等。
檸檬酸是一種十分重要的化學原料。由於它具有很好的酸味， 在食品工業中被廣泛用於製造各種清涼飲料、果醬和果糖等。在製藥工業中， 它被用作糖漿和片劑藥的調味劑、油膏中的緩衝劑， 它的一種鹽叫檸檬酸鐵銨有補血的功能， 由檸檬酸製成的檸檬素是製造異煙肼的重要藥， 異煙肼是治療肺結核的特效藥。以前主要是從柑桔中提取檸檬酸， 但因來源有限而遠遠滿足不了需要。20 世紀初期， 科學研究發現， 許多黴菌可以產生檸檬酸。現在， 工業生產上使用的檸檬酸絕大部分都是由微生物生產的。
目前在工業生產上用來製造檸檬酸的微生物主要是一種叫黑曲黴的黴菌， 它以產生黑色孢子而得名。目前大多數工廠是采用發酵罐通氣培養的方法， 屬好氧發酵。我國科研人員經過多年的研究， 提出了一種具有一定開創性的新方法。這種方法以我國十分豐富的甘薯作為原料進行深層液體發酵， 不僅使產量提高很大而且節約了大量的糧食。
在工業生產上也可以采用固體發酵的方法生產檸檬酸。方法是： 將甘薯等各種原料高壓蒸煮後製成含有一定水分的固體培養基， 冷卻到30 ℃左右時接種黑曲黴菌種， 然後在木盤或竹簾上鋪成約2 厘米厚的薄層， 在28 ～30 ℃下培養幾天。這種方法不需要複雜的設備、技術也簡單， 具有一定的優越性， 缺點是培養基敞開於空氣之中容易造成汙染。
乳酸也是一種十分重要的化工原料， 它的用途十分廣泛。在食品工業中， 由於乳酸具有的獨特風味及有利於貯藏的性質， 被廣泛應用於檸檬汁、香精油、果汁和糖漿的製造中， 還可以用於果實和魚類的保鮮中。在釀酒工業中被用作酸化劑， 以酸化果酒和酵母醪液。在製作麵包時被用於製作發酵粉。在紡織工業中， 乳酸是染色和印花中的重要輔助原料， 在樹脂工業中它也是一種重要的輔助材料。
在工業上用來生產乳酸的微生物主要是一些細菌， 如我們前麵提到過的保加利亞乳杆菌、嗜熱乳杆菌等。許多黴菌特別是根黴菌也具有形成乳酸的能力， 但黴菌在工業上的應用並不多， 因為用黴菌來製造乳酸在成本上比用細菌要高。利用細菌發酵生產乳酸時， 整個發酵過程要在無氧的條件下進行， 因為這些細菌屬厭氧菌。
十分有趣的是， 雖然細菌可以利用許多原料形成乳酸， 但在實際生產中卻不是什麽原料都能使用的。這是因為： 當細菌利用某些原料進行發酵時雖然也能產生乳酸， 但我們就無法從發酵液中提取乳酸。例如， 當用馬鈴薯澱粉進行發酵時， 雖然有80 % 的澱粉變成了乳酸， 但它的提取十分困難， 至今難於在生產上應用。因此， 在使用澱粉原料發酵生產乳酸時， 必須先用澱粉酶處理使澱粉水解為糖， 所用的澱粉酶可以是酶製劑也可以是含澱粉酶的麥芽。
還有一種極其重要的化工原料――甘油也是用微生物發酵生產的。甘油的用途十分廣泛。特別是在國防工業上它是製造炸藥的重要原料， 大家熟悉的硝酸甘油是一種用途極大的炸藥， 它是以甘油為主要原料製造的。在卷煙工業中甘油也有重要用途， 它被作為潤滑劑來調節煙絲的水份。在醫藥上甘油是一種良好的藥品， 例如冬天當我們的皮膚因幹燥而開裂時隻要塗上一層甘油， 幾天後就好了。
在工業上我們主要是利用酵母菌發酵來生產甘油的。用微生物發酵生產甘油， 基本上和我們前麵講的酒精發酵相似， 隻是在最後幾步才分道揚鑣。我們知道， 在用酵母菌發酵生產酒精時， 酵母菌把原料中的葡萄糖分解成了酒精。因此， 為了使發酵產生的是甘油而不是酒精， 科學家們進行了很長時間的研究， 最後發現在發酵培養基中加入亞硫酸鈉或碳酸鈉就能達到這一目的。值得注意的是， 在甘油發酵時亞硫酸鈉或碳酸鈉具有“開頭”的功能， 加入的量過少， 生成的產物是酒精， 加入的量過多又會使發酵中止。隻有加入的量恰到好處時， 才能使發酵產物大部分是甘油。
