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微生物的繁殖速度简直令人咋舌。大多数微生物是以“分”来计算繁殖
周期的。也就是说，每隔数十分钟，一个微生物就会变成两个；再过一个周
期，两个就会变成 4 个。只要条件合适，微生物的数量就会不停地成倍成倍
地增长。大肠杆菌的繁殖周期大约是 12～17 分钟，就算是 20 分钟吧，一个
大肠杆菌一天就能繁殖 72 代。有人算过，如果这 72 代都活下来，数目就是
4722366482869645213696 个。按每 10 亿个大肠杆菌重 1 毫克计算，这些大
肠杆菌大约重 4722 吨。照这样推算下去，要不了两天，繁殖出来的大肠杆菌
重量就会超过地球。
这样一说可能你会担心，明天早上醒来时地球上已经积了厚厚一层细
菌，人类要没有立足之地了。请放心吧，这种事是不会发生的，因为许多条
件在约束着微生物的繁殖。在现实生活中，微生物数量不会无限制地增长，
而总是保持在相对稳定的水平上。但是，那种惊人的繁殖能力，微生物是确
实具备的。如果人们在其个局部环境里能充分满足微生物所需的条件，这种
繁殖能力就会得到充分的发挥。
微生物的特性还可以举出一些，但是，最突出的，与发酵工程关系最密
切的，就数这三条了。
人工蛋白质
德国慕尼黑的一家餐馆里，近年来有一道名菜声誉鹊起那道菜叫做“神
奇牛排”，滋味美妙无比。
慕名而来的食客们，品尝了“神奇牛排”后，在赞赏这一美味的同时，
往往会发出这样的疑问：“这是牛排吗？怎么有点像猪排，又有点像鸡脯？
难道是神奇的烹调术使它的味道走了样？”
餐馆的侍者们往往笑而不答，最多是含糊其词地说一句：“嗬，那是超
越自然的力量。”
侍者们知道，如果说明真相，也许会使某些食客心头发腻——那“牛排”
实际上是人造的，是一大团微生物（酵母菌或细菌）干制品，或者说是一大
团微生物尸体。
如果再作进一步说明，可能会引起食客反胃，甚至感到恐惧——制造这
些人造牛排的原材料是对人体有毒性的甲醇、甲烷等化学品，或者是纤维之
类的工厂废弃物。
这些人造牛排的学名叫单细胞蛋白。单细胞蛋白也是发酵工程对人类的
杰出贡献之一。
以发酵工程来生产单细胞蛋白是不太复杂的事，关键是选育出性能优良
的酵母菌或细菌。这些微生物食性不一，或者嗜食甲醇，或者嗜食甲烷，或
者嗜食纤维素，等等。它们的共同点是都能把这些“食物”彻底消化吸收，
再合成蛋白质贮存在体内。由于营养充分，环境舒适，这些微生物迅速繁殖，
一天里要繁殖十几代甚至几十代。每一代新生的微生物又会拼命吞噬“食
物”，合成蛋白质，并繁殖下一代……当然，这些过程都是在发酵罐里完成
的。人们通过电脑严密地控制着罐内的发酵过程，不断加入水和营养物（甲
醇、甲烷、纤维素……），不时取出高浓度的发酵液，用快速干燥法制取成
品——单细胞蛋白。
在发酵罐内，每一个微生物就是一座蛋白质合成工厂，每一个微生物体
重的 50％～70％是蛋白质。
一些数字可以说明发酵工程生产单细胞蛋白的效率有多高。
一头 100 千克的母牛一天只能生产 400 克蛋白质，而生产单细胞蛋白的
发酵罐里，100 千克的微生物一天能生产 1 吨蛋白质。
1 座 6O0 升的小型发酵罐，一天可生产 24 千克单细胞蛋白。
每 100 克单细胞蛋白成品里含有蛋白质 50～70 克，而同样重量的瘦猪肉
和鸡蛋的蛋白质含量分别是 20 克和 14 克。
用发酵工程生产的单细胞蛋白不仅绝对无毒，而且滋味可口。由于原料
来源广泛，成本低廉，有可能大规模地生产。
蛋白质是构成人体组织的主要材料，每个人在一生中要吃下约 1．6 吨蛋
白质。然而，蛋白质是地球上最为缺乏的食品，按全世界人口的实际需要来
计算，每年缺少蛋白质的数量达 3000～4000 万吨。可见，发酵工程生产单细
胞蛋白的意义远远超出慕尼黑餐馆里供应的“神奇牛排”，它对全人类，对
全世界有着不可估量的作用。
60 年代，英国率行实现了单细胞蛋白的工业化生产。此后，日本、美国、
法国、前苏联、德国相继建立了生产单细胞蛋白的工厂。步入 90 年代，全世
界单细胞蛋白的产量已经超过 2000 万吨，质量也有了重大突破，从主要用作
饲料发展到走上人们的餐桌。那“神奇牛排”便是一例。
发生在欧洲的一项进展是颇为有趣的。那里的科学家发现了一种新的生
产单细胞蛋白的细胞——一种极为能干的氢细菌。这种氢细菌只吃氢气和空
气就能合成蛋白质，并排出纯净的水。不过，要获得廉价的氢气，只有用电
来分解水才行。于是，科学家们就计划在阳光充沛的荒漠上建造新颖的太阳
能电站，用太阳能来生产电，然后制取氢气，通过发酵工程生产单细胞蛋白。
这样，“荒漠变良田”的美好愿望就有可能用一种崭新的方式来实现了。
氨基酸
人们常说，鸡肉、牛羊肉、瘦猪肉有营养，动物蛋白比植物蛋白营养价
值高。以动物蛋白为主食的人精神健旺，耐力持久。你知道是什么原因吗？
原来，蛋白质是构成人体组织的基本材料，而组成蛋白质的基本单位是
氨基酸。人体内的蛋白质种类繁多，千变万化，但归根结蒂都是由 20 多种氨
基酸以特定的排列方式组合成的。这 20 多种氨基酸中有 8 种是人体自身不能
合成，必须从食物中摄取的，称为“必需氨基酸”。而动物蛋白之所以营养
价值高，就是因为这 8 种必需氨基酸的含量比较高。
我们来看看 8 种必需氨基酸中最重要的一种——赖氨酸。
在大米、玉米、小麦中添加少量赖氨酸，就能极大地提高营养价值，接
近动物蛋白的水平。联合国粮农组织和世界卫生组织确认，用添加赖氨酸来
强化植物蛋白的营养，是解决不发达国家人口膨胀、营养缺乏的最经济、最
有效的手段。
令人高兴的是，发酵工程已经能大量生产赖氨酸了。最早用发酵法生产
赖氨酸是在 60 年代初。那时的原料是葡萄糖水，生产效率也很低下。随着发
酵工程的飞速发展，科学家们不仅通过筛选找到了一种又一种高产的菌种，
还通过物理、化学方法的诱导和基因工程的协助，造就了一种又一种性能优
异的菌株，使得赖氨酸的产率大大提高，而且原料也改用价格低廉的化学工
业品，如生产尼龙的一种副产品等。
假如，国际市场上 1 千克赖氨酸的价格仅合人民币 5 元左右。而在 1 吨
粮食里添加 2～4 千克赖酸，就相当于增产了 100 千克鸡蛋，或是 50 千克猪
肉。换句话说，10 元钱的赖氨酸，就等于是 50 千克猪肉。算算这笔帐，你
能不赞叹发酵工程的神通广大吗？
今天的发酵工程已经能生产所有的 20 多种基酸，以致这一部分的发酵工
程被称为“氨基酸工业”。这 20 多种氨基酸，有的被用作食品添加剂、调味
品，有的是药品，有的则充任饲料添加剂，间接地为人类服务。
氨基酸工业的产品，早已进入了家家户户。你家里不是常使用味精吗，
味精的学名叫谷氨酸钠，它的主要成分就是一种氨基酸——谷氨酸。在本世
纪三四十年代，味精是用小麦、大豆等粮食作原料，用盐酸水解法来生产的。
每 30 吨小麦只能生产 1 吨味精。60 年代开始用发酵法生产，原料改为淀粉、
葡萄糖。后来又逐步改为使用醋酸，既节约了粮食，又降低了成本。80 年代
末全世界味精的产量已达到 40 万吨，仅日本就要生产七八万吨。
全世界的氨基酸产量每年都稳定增长，幅度在 10％左右。
除了有些氨基酸用作药品外，还有许多药品生产是发酵工程的“势力范
围”，而且这一“势力范围”在逐年扩大。例如抗菌素，这个人们很熟悉的
药品大家族，几乎无一不是发酵工程的产品。其他如比黄金还贵的干扰素，
治糖尿病的特效药胰岛素等，也都一样。
消除“能源危机”
自我们的祖先钻木取火、实现人类文明发展史的一大飞跃以来，社会的
发展、人民的生活从此与能源息息相关。从风车到蒸汽机的发明，从电力到
核能的运用，能源推动着社会生产力的发展，推动着人类历史前进。能源直
接关系到国民经济的增长。因此人们把它当作经济发展的命脉和经济沉浮的
砝码。特别是近代，人们对煤、石油、天然气等矿物能源大量的开采利用，
更是使工业、交通一日千里，人们的物质文明日新月异。不过，这些矿物能
源毕竟是有限的，开采一点就会少一点。它们都是不可再生的能源，人们不
可能再等待那遥遥无期的另一次造山运动“造就”它们。
能源危机的警钟已经敲响！然而，“山穷水尽疑无路，柳暗花明又一村”，
充满智慧的人类又把目光投向太阳能、风能、地热能、海洋波力能、核能和
生物能等新能源的开发利用。在这些新能源中，生物能源却以它无法比拟的
优势脱颖而出，受到人类的充分重视。
生物能源主要包括植物、动物和微生物所直接或间接提供的各种能源和
动力，但主要是植物利用太阳能所制造的各种有机物质中所固定的化学能。
这种能源是再生能源，它可以循环往复以至无穷，因而是一种富有生命力的
能源。它将成为未来能源世界的宠儿。为什么生物能源能够再生？原来绿色
植物有一种独特的本领，它能够将太阳能转化成化学能储藏在它自己制造的
有机物中。动物以植物为食，植物中的能量随之转移到动物体内，动物以植
物有机物中产生的能量维持生命。当动物死后，被微生物分解，微生物从中
获得能量，同时将有机物分解成二氧化碳、水、甲烷和氨等，可再被植物利
用。这样，能量在动物、植物、微生物中循环不止，它不断被消耗又不断再
生。因此，你不用担心它会用完，除非这个大循环中有一环中断。
“万物生长靠太阳”。根据计算，每一秒钟由太阳照射到地球上的能量，
相当于燃烧 500 万吨煤所放出的热量，一年高达 8×1023卡，相当于 170 万
亿吨煤的热量。现在全世界一年消耗的能量还不到它的万分之一。但是，到
达地球表面的太阳能仅有千分之一至千分之二被植物所吸收，其余的又散发
到宇宙中去了。每年通过光合作用固定在储存能源中碳的数量，是全世界总
的能源消耗量的 10 倍，其中只有 0．5％被人们所利用。能否将浪费掉的太阳
能捕捉回来？能否将植物中的能量全部利用？回答是：能！生物工程正是通
过培养捕捉太阳能的大师——绿色植物，来折射出太阳的光辉。
运用生物工程开发生物能源除可缓解能源紧张，创造经济效益外，还可
创造生态效益和社会效益。它不但可以从废弃的植物中获得沼气，酒精，还
可通过热解而产生炭和油，等等。因而在所有新能源中，生物能源格外引人
注目。
“石油可以栽种”，“植物能产石油”，乍听这话你会认为这是无稽之
谈，但事实却胜于雄辩。1961 年，美国化学家