一類用于生物反應(yīng)過(guò)程的生物催化劑。目前，工業(yè)上用作活細(xì)胞催化劑的幾乎都是活體微生物細(xì)胞。這些微生物可統(tǒng)稱工業(yè)微生物，包括多種細(xì)菌、放線菌、酵母菌、霉菌等，由它們所催化的生物反應(yīng)過(guò)程稱發(fā)酵過(guò)程。與由酶催化劑進(jìn)行的簡(jiǎn)單酶反應(yīng)過(guò)程不同，活體微生物細(xì)胞含有多樣維持其生命活動(dòng)和特殊功能的酶系統(tǒng)，能適用于多種由若干串聯(lián)反應(yīng)所組成的復(fù)雜反應(yīng)過(guò)程，且無(wú)需另行考慮輔酶再生問(wèn)題。它的另一特點(diǎn)是只需在發(fā)酵開(kāi)始時(shí)，往發(fā)酵罐中接入少量菌種培養(yǎng)液或孢子懸浮液，就能在發(fā)酵前期，也即菌體生長(zhǎng)階段形成大量所需的生物催化劑，而不必將菌體所產(chǎn)生的酶提取后再用作生物催化劑。正因其簡(jiǎn)便易得，經(jīng)濟(jì)實(shí)用而被廣泛采用，但其缺點(diǎn)是反應(yīng)途徑較難控制，發(fā)酵終了時(shí)，副產(chǎn)物及菌體自溶物較多，給產(chǎn)品分離帶來(lái)困難。
來(lái)源 微生物由于其種類繁多，作用各異，在自然界分布極廣，在土壤、水域、腐敗物以及其他生物體內(nèi)廣泛存在。微生物個(gè)體雖小，但它是一個(gè)能在特殊條件下生活及具有某些特性的獨(dú)立的生命體，有完整的酶系統(tǒng)，代謝能力和繁殖能力都很強(qiáng)，對(duì)環(huán)境有很大的適應(yīng)性，對(duì)營(yíng)養(yǎng)要求一般不高，因此通過(guò)人工大量培養(yǎng)，遠(yuǎn)較從動(dòng)植物細(xì)胞易于獲得。微生物還有易于改變遺傳性能，包括改變其對(duì)環(huán)境適應(yīng)性，代謝途徑等性能的特點(diǎn)，且可利用重組DNA技術(shù)及細(xì)胞融合技術(shù)對(duì)生產(chǎn)菌種作更深入的改造，因此是一種理想的活細(xì)胞催化劑。
要從自然環(huán)境中將需要的微生物分離出來(lái)，并使之能成為生產(chǎn)菌種，是十分艱苦復(fù)雜的工作。首先要從土壤、腐敗物等各種微生物群集的采樣中進(jìn)行純種分離，獲得各種單一的微生物菌落（即單一微生物在固體培養(yǎng)基表面上形成的集落）。然后，用事先設(shè)計(jì)好的篩選方法，把所需要的具有特殊性能的微生物篩選出來(lái)。初步獲得的菌種還需要經(jīng)過(guò)一系列的性能測(cè)定和分類鑒別工作。為了提高其生產(chǎn)能力和進(jìn)行性能改造，還需要進(jìn)行遺傳學(xué)方面的工作，使之成為有生產(chǎn)價(jià)值的菌種。
主要工業(yè)微生物 主要工業(yè)微生物及其形態(tài)和特性為：
細(xì)菌 種類繁多，形態(tài)各異，分布廣，約占微生物總數(shù)之半?；拘螒B(tài)呈球狀、桿狀或螺旋狀(圖1)。球菌直徑約0.5～1.0μm；桿菌直徑約0.4～2.0μm；長(zhǎng)度約0.8～6μm。具有細(xì)胞壁和膜、擬核和核糖體等結(jié)構(gòu)，但無(wú)細(xì)胞核膜，屬原核細(xì)胞。有的細(xì)菌還有鞭毛及莢膜，以二分裂繁殖為主。芽孢桿菌及梭桿菌等在不良環(huán)境下會(huì)產(chǎn)生芽孢，芽孢在適宜環(huán)境下又能形成菌體。
放線菌 介于細(xì)菌和真菌之間的單細(xì)胞原核生物，故分類上屬于細(xì)菌。菌體形態(tài)大多為絲狀（圖2)，菌絲無(wú)隔膜，粗約1μm。放線菌中的鏈霉菌的繁殖是通過(guò)菌絲頂端形成分生孢子實(shí)現(xiàn)的。
酵母菌 真菌中的一類，菌體多呈球、卵或臘腸狀，一般直徑為1～5μm，長(zhǎng)為5～30μm，也有少數(shù)酵母菌是長(zhǎng)有假菌絲的（圖3）。酵母具有典型的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，具有細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)、染色體、細(xì)胞器等，屬真核細(xì)胞。通常以出芽繁殖為主，也可以進(jìn)行裂殖，有時(shí)還可進(jìn)行有性繁殖，產(chǎn)生子囊孢子。
霉菌 真菌中各種絲狀菌的總稱（圖4），均屬真核細(xì)胞。菌體由分枝或不分枝的菌絲交織而成，有的為無(wú)隔膜的多核單細(xì)胞體，而更多的為有隔膜的單核或多核的多細(xì)胞體。菌絲一般直徑為3～10μm，繁殖方法很多，除了菌絲片段可生長(zhǎng)為新菌體外，無(wú)性繁殖時(shí)一般形成孢囊孢子或分生孢子，有性繁殖則發(fā)生在特殊條件下，通過(guò)有性孢子的形成而實(shí)現(xiàn)。
產(chǎn)品和所用微生物 同一產(chǎn)品可用不同微生物進(jìn)行生產(chǎn)；有時(shí)一種微生物在不同條件下能產(chǎn)生不同的產(chǎn)物。為此，根據(jù)不同情況合理選擇菌種（見(jiàn)表）是十分重要的。
發(fā)展趨勢(shì) 活細(xì)胞也可以進(jìn)行固定化后用作生物催化劑，稱為固定化細(xì)胞。它仍能保持活細(xì)胞的性質(zhì)，但又如固定化酶那樣，可以在一定時(shí)間內(nèi)反復(fù)使用和實(shí)現(xiàn)連續(xù)化操作。活細(xì)胞固定化的方法與酶固定化類似，但以包埋法為主，也有用物理吸附法的。有的微生物本身能結(jié)團(tuán)或凝集，則可不必另行固定化。目前，用固定化細(xì)胞生產(chǎn)6-氨基青霉烷酸和酒精的過(guò)程已經(jīng)工業(yè)化，用于生產(chǎn)啤酒等產(chǎn)品的過(guò)程也趨于成熟。這是一種有發(fā)展前途的生物催化劑，各國(guó)對(duì)此的研究相當(dāng)活躍。要解決的技術(shù)問(wèn)題主要是它的活力維持、固定化顆粒的機(jī)械強(qiáng)度、傳遞性能和防止污染等問(wèn)題。
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