溶劑發(fā)酵微生物

溶劑發(fā)酵微生物是利用碳水化合物發(fā)酵生產(chǎn)各種工業(yè)溶劑和化工原料的微生物。乙醇、丙酮－丁醇、丁醇－異丙醇、丙酮－乙醇、2，3－丁二醇和甘油發(fā)酵是微生物進(jìn)行溶劑發(fā)酵的幾種形式。

乙醇發(fā)酵（酒精發(fā)酵）

以淀粉和糖蜜做原料的乙醇發(fā)酵菌種是釀酒酵母，它能發(fā)酵葡萄糖、麥芽糖、蔗糖生產(chǎn)乙醇。釀酒酵母生長發(fā)酵的適宜溫度約為30℃，pH為4.2～4.5。中國乙醇發(fā)酵工業(yè)主要以甘薯為原料，用含高淀粉酶活性曲霉制成的固體曲或液體曲糖化，以優(yōu)良釀酒酵母發(fā)酵，乙醇產(chǎn)率為淀粉的92%以上。

用可動(dòng)酵單胞菌進(jìn)行乙醇發(fā)酵比用酵母優(yōu)越，表現(xiàn)為高糖利用率、高乙醇生產(chǎn)率、耐高濃度糖和乙醇、低能量消耗、乙醇產(chǎn)率接近理論數(shù)字等。酵母菌和酵單胞菌也能發(fā)酵果糖產(chǎn)生乙醇。乳制品工業(yè)的副產(chǎn)品乳清含乳糖5%，現(xiàn)在工業(yè)上已利用乳胞壁克氏酵母或熱帶假絲酵母發(fā)酵乳糖產(chǎn)生乙醇。纖維素是廉價(jià)的碳水化合物。有些盛產(chǎn)木材的國家，早已在工業(yè)中采用將纖維素經(jīng)酸水解成單糖后發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的方法。一類發(fā)酵是用纖維素酶和酵母菌或好熱纖維梭菌混合發(fā)酵用堿處理過的纖維素，使酶水解生成的糖立即被發(fā)酵成乙醇；另一類發(fā)酵是不經(jīng)酶水解糖化，用好熱纖維梭菌和解糖梭菌在55℃混合發(fā)酵不經(jīng)堿處理的纖維素，好熱纖維梭菌產(chǎn)生乙醇、乙酸和木糖，解糖梭菌將生成的木糖再發(fā)酵成乙醇。白色瘤胃球菌也曾用于纖維素的直接發(fā)酵。直接發(fā)酵法成本較高，現(xiàn)在工業(yè)上還沒有使用。

丙酮－丁醇發(fā)酵

在工業(yè)生產(chǎn)中，丙酮－丁醇發(fā)酵常用的菌種有：以淀粉發(fā)酵為主的丙酮－丁醇梭菌，細(xì)胞中具有淀粉酶，不需要預(yù)先糖化就可以直接發(fā)酵；另一種是用于糖蜜、纖維素水解液或亞硫酸紙漿廢液等糖質(zhì)原料發(fā)酵的糖丙酮－丁醇梭菌，為嚴(yán)格的厭氧細(xì)菌，特別是在芽孢出芽階段。梭菌傳代培養(yǎng)多次以后，菌種的發(fā)酵能力往往減弱，所以常用加熱菌種芽孢懸液（100℃，1～2分鐘）的辦法，保持和提高菌種的發(fā)酵力。

淀粉質(zhì)原料含有梭菌生長必需的全部營養(yǎng)物質(zhì)，糖蜜原料中缺乏氮源，可用動(dòng)物或植物蛋白或無機(jī)氮加以補(bǔ)充。碳水化合物的濃度對梭菌的生長無明顯影響，但丁醇濃度達(dá)到1.5%時(shí)，對發(fā)酵產(chǎn)生毒害，如果把丁醇濃度不斷稀釋并控制在1.5%以下，發(fā)酵即可正常進(jìn)行。固定化細(xì)胞生產(chǎn)丁醇已取得良好結(jié)果，將梭菌細(xì)胞固定在藻酸鈉膠體顆粒上，進(jìn)行生物化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)物以丁醇為主，丁醇產(chǎn)率至少可保持1周不變。

丁醇－異丙醇發(fā)酵

酪酸梭菌是主要的丁醇－異丙醇發(fā)酵細(xì)菌。發(fā)酵條件與丙酮－丁醇相近。發(fā)酵產(chǎn)物還有少量乙酸和丁酸。異丙醇化工合成的成本遠(yuǎn)比發(fā)酵便宜，因此這一發(fā)酵未用于工業(yè)生產(chǎn)。

丙酮－乙醇發(fā)酵

軟腐芽孢桿菌是進(jìn)行這一發(fā)酵的細(xì)菌，它能利用各種碳水化合物發(fā)酵。發(fā)酵中要加碳酸鈣保持pH中性。溫度40～43℃。發(fā)酵過程需5—6天。原料轉(zhuǎn)化率較高，丙酮和乙醇產(chǎn)量的比例為1∶3～4。這一發(fā)酵在工業(yè)上已不應(yīng)用。

2，3－丁二醇發(fā)酵

許多細(xì)菌和酵母菌能發(fā)酵生產(chǎn)2，3－丁二醇，產(chǎn)量較高的有能利用蔗糖、葡萄糖的產(chǎn)氣桿菌和能利用淀粉、蔗糖、葡萄糖的多粘芽孢桿菌。前者生產(chǎn)的2，3－丁二醇中，90%是光學(xué)消旋異構(gòu)型，10%為右旋型；后者產(chǎn)生的幾乎全是左旋型。發(fā)酵產(chǎn)物還有有機(jī)酸、乙醇、二氧化碳。

甘油發(fā)酵

在酵母菌進(jìn)行的乙醇發(fā)酵中添加亞硫酸鈉，亞硫酸鈉與代謝中間產(chǎn)物乙醛結(jié)合，干擾代謝途徑，使甘油成為主要產(chǎn)物。這是第一次世界大戰(zhàn)中為生產(chǎn)炸藥取得甘油原料的一種方法，戰(zhàn)后不再使用。以后有人培育耐高滲透壓酵母菌，如魯氏酵母、蜂蜜酵母等，發(fā)酵高濃度糖，而不需要添加亞硫酸鈉。中國用230～250克／升的淀粉水解糖可得100克／升以上的甘油。甘油發(fā)酵不是工業(yè)甘油的主要生產(chǎn)方法。