第十三章微生物學(xué)新技術(shù)在環(huán)境工程中的應(yīng)用

1、 微生物學(xué)新技術(shù)： 遺傳誘變育種 基因工程 酶工程 微生物制劑 生物表面活性劑第十三章 微生物學(xué)新技術(shù)在環(huán)境工程中的應(yīng)用酶（enzyme）： 高效、專一性強(qiáng)的生物催化劑。 缺點(diǎn)：穩(wěn)定性差（容易失活而降低催化能力）、不能重復(fù)使用、純化困難。13.1 固定化酶和固定化微生物在環(huán)境工程中的應(yīng)用一、酶制劑劑型 干燥粗酶制劑 稀液體酶制劑 濃液體酶制劑 干燥粉狀酶制劑 固定化酶13.1 固定化酶和固定化微生物在環(huán)境工程中的應(yīng)用 酶是生物界普遍存在的物質(zhì)，可以動物、植物和微生物作原料來提取酶制品。但作為酶制劑工業(yè)生產(chǎn)以微生物最為合適。二、酶的提取 預(yù)處理 胞外酶：存在培養(yǎng)液中，過濾或離心去除菌體，清液即為

2、粗酶液。 胞內(nèi)酶：破碎細(xì)胞壁和質(zhì)膜，制成無細(xì)胞提取液再提純。 干燥、機(jī)械、超聲、冷凍、溶菌酶等13.1 固定化酶和固定化微生物在環(huán)境工程中的應(yīng)用二、酶的提取 提取：在一定條件下，用適當(dāng)?shù)娜軇┨幚砗冈?、使酶充分溶解到溶劑中的過程。 要充分了解酶的結(jié)構(gòu)、等電點(diǎn)、pH、溫度的穩(wěn)定性、氧化還原劑對酶的影響等 常用提取方法 水溶液提取 表面活性劑提取 丁醇提取13.1 固定化酶和固定化微生物在環(huán)境工程中的應(yīng)用三、酶的純化 使酶與各種雜質(zhì)分離，達(dá)到所需的純度。 濃縮 去雜質(zhì) 純化 結(jié)晶13.1 固定化酶和固定化微生物在環(huán)境工程中的應(yīng)用四、固定化酶和固定化微生物的固定化方法 固定化酶(immobiliz

3、ed enzyme)又稱水不溶態(tài)酶，從篩選、培育獲得的優(yōu)良菌體中提取活性極強(qiáng)的酶，再用包埋法（或交聯(lián)法、載體結(jié)合法、逆束膠酶反應(yīng)系統(tǒng)）等方法將酶固定在載體上，制成不溶于水的，使酶變成不溶于水的固態(tài)酶。13.1 固定化酶和固定化微生物在環(huán)境工程中的應(yīng)用水溶性酶水不溶性酶固定化酶固定化技術(shù)水不溶性載體四、固定化酶和固定化微生物的固定化方法 固定化微生物以與固定化酶相同的固定方法將酶活力強(qiáng)的微生物體固定在載體上。 比固定化酶操作簡單成本低 固定化細(xì)胞比天然細(xì)胞穩(wěn)定性高 催化效率比離體酶高 能完成多步酶反應(yīng) 固定化微生物能保留某些酶促反應(yīng)所必需的輔助因子（如ATP、Mg2+、NAD等）13.1 固定化

4、酶和固定化微生物在環(huán)境工程中的應(yīng)用四、固定化酶和固定化微生物的固定化方法載體結(jié)合法 物理吸附、共價結(jié)合、離子結(jié)合、生物特異結(jié)合將酶固定在非水溶性載體上。 常用載體：葡聚糖、活性炭、膠原、瓊脂糖、玻璃珠、高嶺土、硅膠等。交聯(lián)法 將酶與兩個或兩個以上官能團(tuán)的試劑（雙功能或多功能試劑）反應(yīng)形成共價鍵的固定方法。 交聯(lián)劑：戊二醛、雙重氮聯(lián)苯胺等 交聯(lián)法有2種形式： 酶直接交聯(lián)法如：戊二醛和酶蛋白中的游離氨基發(fā)生Schiff反應(yīng)， 酶輔助因子交聯(lián) 形成席夫堿，從而使酶分子之間相互交聯(lián)形成固定化酶。13.1 固定化酶和固定化微生物在環(huán)境工程中的應(yīng)用四、固定化酶和固定化微生物的固定化方法 固定化方法包埋法(

5、將酶或含酶菌體包埋在各種多孔載體中，使酶固定化的方法) 格子型：酶包埋在聚合物的凝膠網(wǎng)格子中，使酶固定。 微膠囊型：半透性的高聚物薄膜包裹固定酶的技術(shù)。13.1 固定化酶和固定化微生物在環(huán)境工程中的應(yīng)用將酶或含酶菌體包埋在凝膠細(xì)微網(wǎng)格中，制成一定形狀的固定化酶將酶包埋在各種高分子聚合物制成的小球內(nèi)，制成固定化酶逆膠束酶反應(yīng)系統(tǒng) 表面活性劑的兩性分子在有機(jī)溶劑中自發(fā)形成聚集體，其親水端連接成逆膠束的極性核，水分子插入核中，疏水性的一端進(jìn)入主體有機(jī)溶劑中，酶分子溶于逆膠束中，組成逆膠束酶系統(tǒng)。bac、離子結(jié)合法（物理吸附、生物特異吸附）胞外多聚物（Extracellular polymers，EC

6、P） 微生物在一定的環(huán)境條件下，在其代謝過程中分泌的、包圍在微生物細(xì)胞壁外的多聚化合物。 莢膜、粘液層及其它表面物質(zhì)。 成分：脂、脂肽、多糖脂、中性類脂衍生物等。 用途：表面活性劑、絮凝劑或助凝劑、沉淀劑。 石油廢水、油脂廢水處理中可考慮應(yīng)用。13.2 微生物細(xì)胞外多聚物的開發(fā)與應(yīng)用1、生物表面活性劑和生物乳化劑的開發(fā)與應(yīng)用 生物表面活性劑(Biosurfactant)是指利用酶或微生物等通過生物催化和、生物合成等生物技術(shù)從微生物、植物和動物上得到的具有表面活性的天然表面活性劑。 親水基和疏水基結(jié)構(gòu)于一體的兩親化合物。親水基：有極性，多為糖、氨基酸、脂、肽等。疏水基：非極性，多為脂肪酸或烴類。

7、 廣義的生物表面活性劑可分為生物表面活性劑和生物乳化劑（Bioemulsifier）。13.2 微生物細(xì)胞外多聚物的開發(fā)與應(yīng)用1、生物表面活性劑和生物乳化劑的開發(fā)與應(yīng)用 生物表面活性劑都具有下列特性: 能降低界面張力; 具有較好的熱與化學(xué)穩(wěn)定性; 乳化作用。 分類 按表面活性劑化學(xué)結(jié)構(gòu)不同分六類。 研究和開發(fā) 微生物法 酶催化法13.2 微生物細(xì)胞外多聚物的開發(fā)與應(yīng)用2、微生物自身絮凝和沉淀作用 胞外多聚物性質(zhì)不同分為兩種類型 R型：疏水性，菌落粗糙型； S型：親水性，菌落光滑型; R型細(xì)菌可應(yīng)用于廢水處理 活性污泥是親水還是疏水，取決于兩者的比例及表面電荷。13.2 微生物細(xì)胞外多聚物的開發(fā)

8、與應(yīng)用3、微生物絮凝劑和沉淀劑的開發(fā)與應(yīng)用 絮凝劑是用來使溶液中的溶質(zhì)、膠體或者懸浮物顆粒產(chǎn)生絮狀沉淀的物質(zhì)，在固液分離和水處理過程中，用以提高微細(xì)固體物的沉降和過濾效果。 根據(jù)化學(xué)成分不同無機(jī)：鐵鹽系和鋁鹽系有機(jī)：有機(jī)高分子絮凝劑、天然高分子絮凝劑微生物：通過直接利用微生物細(xì)胞，或細(xì)胞提取物，或代謝產(chǎn)物，發(fā)酵，提取，精制而得到的有絮凝活性的物質(zhì)。13.2 微生物細(xì)胞外多聚物的開發(fā)與應(yīng)用3、微生物絮凝劑和沉淀劑的開發(fā)與應(yīng)用 微生物絮凝劑的優(yōu)勢微生物絮凝劑可以克服無機(jī)和有機(jī)高分子絮凝劑本身固有的成本高，絮凝效果有限，存在二次污染且對人體有害的缺陷。 產(chǎn)絮凝劑的微生物種類細(xì)菌、放線菌、霉菌及酵母菌

9、，乃至原生動物的一些種。13.2 微生物細(xì)胞外多聚物的開發(fā)與應(yīng)用13.2 微生物細(xì)胞外多聚物的開發(fā)與應(yīng)用Alcaligenes cupidus協(xié)腹產(chǎn)堿桿菌Nocardin rhodnii紅色諾卡氏菌Aspergillus sojae醬油曲霉Paecilomyces sp.擬青霉屬菌Aspergillus ochraceus棕曲霉Pseudomonas aeruginosa銅綠假單胞菌Aspergillus parasiticus寄生曲霉Pseudomonas fluorescens熒光假單胞菌Brevibacterium insectiohilium嗜蟲短桿菌Pseudomonad faeca

10、lic糞假單胞菌Brown rot fungi棕腐真菌Rhodococcus erythropolis紅平紅球菌Corynebacterium brevicale棒狀桿菌Schizosaccharomyces pombe粟酒裂殖酵母Geotrichum candidum白地霉Slaphytococcus aureus金黃色葡萄球菌Monacus anks赤紅曲霉Streptomyces grisens灰色鏈霉素Nocardin restricta椿象蟲諾卡氏菌Streptomyces vinacens酒紅色鏈霉素Nocardin calcarea石灰壤諾卡氏菌White root fungi白

11、腐真菌Alcaligenes cupidus協(xié)腹產(chǎn)堿桿菌Nocardin rhodnii紅色諾卡氏菌Aspergillus sojae醬油曲霉Paecilomyces sp.擬青霉屬菌Aspergillus ochraceus棕曲霉Pseudomonas aeruginosa銅綠假單胞菌Aspergillus parasiticus寄生曲霉Pseudomonas fluorescens熒光假單胞菌Brevibacterium insectiohilium嗜蟲短桿菌Pseudomonad faecalic糞假單胞菌Brown rot fungi棕腐真菌Rhodococcus erythropol

12、is紅平紅球菌Corynebacterium brevicale棒狀桿菌Schizosaccharomyces pombe粟酒裂殖酵母Geotrichum candidum白地霉Slaphytococcus aureus金黃色葡萄球菌Monacus anks赤紅曲霉Streptomyces grisens灰色鏈霉素Nocardin restricta椿象蟲諾卡氏菌Streptomyces vinacens酒紅色鏈霉素Nocardin calcarea石灰壤諾卡氏菌White root fungi白腐真菌Alcaligenes cupidus協(xié)腹產(chǎn)堿桿菌Nocardin rhodnii紅色諾卡氏

13、菌Aspergillus sojae醬油曲霉Paecilomyces sp.擬青霉屬菌Aspergillus ochraceus棕曲霉Pseudomonas aeruginosa銅綠假單胞菌Aspergillus parasiticus寄生曲霉Pseudomonas fluorescens熒光假單胞菌Brevibacterium insectiohilium嗜蟲短桿菌Pseudomonad faecalic糞假單胞菌Brown rot fungi棕腐真菌Rhodococcus erythropolis紅平紅球菌Corynebacterium brevicale棒狀桿菌Schizosaccharomyces pombe粟酒裂殖酵母Geotrichum candidum白地霉Slaphytococcus aureus金黃色葡萄球菌Monacus anks赤紅曲霉Streptomyces grisens灰色鏈霉素Nocardin restricta椿象蟲諾卡氏菌Streptomyces vinacens酒紅色鏈霉素Nocardin calcarea石灰壤諾卡氏菌