§§§第1节酿酒与科学
“发酵工程”这个名词，问世至今不过一二十年光景。你初次接触这个名词时是怎么一个印象？宏伟壮观，还是深邃莫测？
如果有人告诉你，实质上，发酵工程时时刻刻在你身边运行着，发酵工程的产品早在千百年前就已飞入了每家每户，也许你会大吃一惊。
不知道你家有没有买来酒药做酒酿的经历。如果你的家长是此中高手，那么做成的酒酿一定又甜又香，可以让你大饱口福，吃个心满意足。
也许你家还会自己做酸牛奶，做臭冬瓜、霉千张，这些就是发酵工程。当然，这是最简单、最原始的发酵工程。
这类原始发酵工程，产品是丰富多彩的，而且早已进入千家万户。可以向你举出一大堆例子：啤酒、黄酒、白酒、豆瓣酱、甜面酱、腐乳、奶酪、醋、酱油……我们不妨来回顾一下人类的文明史。
我国4000多年前的龙山文化时期，就有了关于酿酒的文字记载；近3000年前写成的《周礼》上，提到酱的食用；6000年前的古巴伦人，已经会酿造类似于啤酒的饮料；奶酪的诞生，不论在外国还是在中国，都有了2000多年的历史。
可见，发酵工程确实源远流长，它是伴随着人类文明的脚印，一步一步发展起来的。
话虽如此，酿酒、制酱、做奶酪等等，毕竟是原始状态的发酵工程。在人类文明史上，那数千年的漫漫长途中，发酵工程的进步甚是缓慢。转折点出现在19世纪后叶，从那时起，发酵工程开始突飞猛进了。
对于这一转折的出现，有两个人是值得一提的。
一位是17世纪的列文虎克，荷兰人。
列文虎克是显微镜的发明者之一。经过艰苦的探索，他制作出了能放大2000倍的显微镜。1683年，他在显微镜下发现了细菌的存在。从此，微生物世界向人类敞开了大门。人们逐渐认识到，生命世界中，在动物界、植物界之外还有个“第三世界”——微生物界，包括细菌、酵母菌、霉菌、病毒……另一位是19世纪的巴斯德，法国人。
到19世纪中叶，欧洲的酿造业已有相当规模，但工艺、设备仍很陈旧。
酿酒过程中时常发生的变质问题成了酿造业的心腹之患。法国化学家、微生物家巴斯德对酒类变质问题进行了深入的研究。1857年，他提出了著名的“发酵理论”，即“一切发酵工程都是微生物作用的结果。”
根据巴斯德的研究，酿酒是发酵，是微生物在作贡献；酒变质也是发酵，是另一类微生物在作祟。人们可以用加热处理等方法杀死有害的微生物来防止酒变质，还可以把发酵的微生物分离出来，通过人工培养，随心所欲地诱发各种类型的发酵，获得所需的发酵产品。从此，酿造业有了科学的理论，产品也从酒类发展为酒精、丙酮、丁酸、柠檬等化学物，发酵工程出现了第一次飞跃。
列文虎克和巴斯德是发酵工程的功臣。
§§§第2节氨基酸
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，但归根结底都是由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20年世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—4千克赖氨酸，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。算算这笔账，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多种氨基酸，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。在上世纪三、四十年代，味精是用小麦、大豆等粮食做原料，用盐酸水解法来生产的。
每30吨小麦只能生产1吨味精。20世纪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。20世纪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。其他如此黄金还贵的干扰素，治糖尿病的特效药胰岛素等也都一样。
§§§第3节消除“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，推动着人类历史的前进。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，“山重水复疑无路，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，你不用担心它会被用完，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，美国化学家梅尔温·卡尔文博士曾因一本关于光合作用的著作而获诺贝尔奖金。上世纪70年代，他从橡胶中产生胶汁得到启示，决心研究、寻找石油植物。他从世界各地搜集了3000多种含碳氢化合物的植物标本，进行了2000多种植物的栽培和制取石油的试验，结果发现大戟科的许多植物所产生的一种乳状汁液中，竟含有高达30—40％的类似石油的碳氢化合物，稍加处理就可作为石油的代用品。他还发现某些沙漠植物的汁液，其化学成分几乎同原油一模一样。这些发现使人们激动不已，因为形成矿物石油需几百万年，而人工栽种植物石油只要一年至多年即可收获。现在，世界上许多国家已建立起“石油农场”、“石油林场”、“石油植物种植场”，植物石油也开始在能源市场占有一席之地了。
氢，也是人们盼望得到的一种能源，它热值高、无毒，被认为是最清洁的能源。但利用物理、化学方法产氢耗能大、成本高、难以推广。在绿叶中，空气中的二氧化碳在植物体内可与从水分子脱离出来的氢原子发生化合作用，形成碳水化合物。由于绿色植物合成有机物是在叶绿体中进行的，美国于1973年设计了一台以叶绿体产生燃料氢的装置，用1毫克叶绿体生产出了15微升的氢，但这台装置只工作了一刻钟。后来，前苏联和英国人又用1克叶绿体在1小时内生产了1<立方分米>氢气，6小时后叶绿体失效了，这是因为叶绿体的寿命不长。在植物中它可以不断自动更新，而在实验室就行不通了。
因此，科学家正在模仿叶绿体的机理，制造一个长寿的“人造树叶”。一旦它研究成功，就能利用工厂来制造氢气了。
在新能源中，生物能源（主要是生物质能）看得见、摸得着、靠得住，没有潜在危机。因此，无论是发达国家、发展中国家、不发达国家，都很重视它的开发利用，开发利用生物能源已成为当今国际潮流。许多国家纷纷制订计划并开始实施，如日本、瑞士的“绿色能源计划”、美国的“生物质能计划”、巴西的“生物质能国家计划”、菲律宾的“木电计划”，等等，我国也制订了新能源的开发及利用的总目标。生物工程将接受21世纪的重托，承载着几代科学家寻觅新能源的梦想之舟已经向绿色王国徐徐驶去。我们相信，只要地球上存在绿色生命，生物能源将永不枯竭！
