生物工程概论试题.doc

出卷人欧少云审核人陈法才日期2012.12.14XX职业技术学院20122013学年度第一学期生物工程概论 期末考试试题 食品药品系 院（系.部） 11 级 3 年制 生物制药技术 专业 1 班 学号 姓名 分数 题号一二总得分得分一、简述生物工程的概念及其基本内容，并试述各工程技术在生物技术中的地位。(30分)二、写一篇综述论文(70分)：要求：1、围绕生物工程技术的五大工程技术及其应用,选择自己感兴趣的一个方面进行综述。2、字数:3000字左右。3、与同学类同率超过30%，视为抄袭，作补考处理。答:一、生物工程的概念：指运用生物化学、分子生物学、微生物学、遗传学等原理与生化工程相结合来改造或重新设计细胞的遗传特性，培育出新的品种；以工业规模利用现有生物体系、生物化学过程来制造工业产品。基本内容：基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、蛋白质工程。各工程技术在生物技术中的地位:基因工程：运用基因工程技术，不但可以培养优质、高产、抗性好的农作物及畜、禽新品种，还可以培养出具有特殊用途的动、植物。在工业、农业、医学、国防、能源、环保等领域中成果累累，对人类生活产生了重要的影响。细胞工程：细胞工程作为科学研究的一种手段，已经渗入到生物工程的各个方面，成为必不可少的配套技术。在农林、园艺和医学等领域中，细胞工程正在为人类做出巨大的贡献。酶工程：酶作为一种生物催化剂，已广泛地应用于轻工业的各个生产领域。近几十年来，随着酶工程不断的技术性突破，在工业、农业、医药卫生、能源开发及环境工程等方面的应用越来越广泛。发酵工程：在医药工业上的应用：基于发酵工程技术，开发了种类繁多的药品，在医药工业上的应用：基于发酵工程技术，开发了种类繁多的药品，在环境科学领域的应用：污水处理中微生物的强化。蛋白质工程：提高蛋白质的稳定性、融合蛋白质、蛋白质活性的改变、在医药、工业、农业、环保等方面应用前景广泛二、综述论文微生物絮凝剂在污水处理中的应用【摘要】 絮凝剂又称沉降剂，是一类可使液体中不易沉淀的固体悬浮颗粒（粒径10-310-7cm）凝聚、沉淀的物质。微生物絮凝剂（MBF）是指微生物自身产生的具有絮凝活性的次生代谢产物。絮凝性微生物能使离散微粒（包括菌体细胞自身）之间互相粘附，并能使胶体脱稳，形成絮状沉淀而从反应体系中分离出去。由微生物产生的絮凝剂是一种无毒的生物高分子化合物。微生物细胞的絮凝性由所产生的生化物质决定，包括机能性蛋白质或机能性多糖类物质，这就决定了微生物絮凝剂具有生物可分解性的独特性质，而且对环境和人类具有无毒无害的安全性。【关键词】 微生物、絮凝剂、污水处理、应用一、微生物絮凝剂的发展具有分泌絮凝剂能力的微生物称为絮凝剂产生菌，最早发现的絮凝剂产生菌是Butterfield于1935年从活性污泥中筛选得到的。20世纪70年代，日本学者在研究酞酸酯生物降解过程中发现了具有絮凝作用的微生物培养液，从此人们开始了对MBF的研究。1976年，Nakamura从霉菌、细菌、放线菌、酵母菌等菌种中筛选出19种具有絮凝活性的微生物，其中以酱油曲霉AJ700产生的絮凝剂效果最好。1985年Takagi 研究了拟青霉菌属微生物产生的絮凝剂PF101，它对大肠杆菌、血红细胞、活性污泥、纤维素粉、活性炭、硅藻土等都有良好的絮凝效果。我国对MBF的研究起步较晚，但近年来发展很快。邓德丰从废水中分离得到C-62细菌菌株产生的MBF。胡筱敏从土壤中得到1株高效硅酸盐芽孢杆菌，目前，虽然美国、日本、英国等国有多种MBF产品面市，但MBF的开发还主要停留在实验室研究阶段，未见大规模的工业应用。微生物絮凝剂主要包括：利用微生物细胞壁提取物的絮凝剂、利用微生物细胞代谢产物的絮凝剂、直接利用微生物细胞的絮凝剂、克隆技术所获得的絮凝剂。由于MBF的化学成分主要是多聚糖和蛋白质，因而提取方法与一般的多聚糖和蛋白质的提取方法无多大区别。首先用离心和过滤的方法除去菌体，离心条件一般为中高速(500010000r/min)。然后根据发酵液以及絮凝性质不同，采用不同的药剂进行沉淀、萃取。如用乙醇沉淀，硫酸铵盐析，丙酮、盐酸胍等沉淀，以及分馏等。对于一些结构复杂，成份多的絮凝剂，要用多种方法(如用酸碱、有机溶剂等)反复沉淀、溶解、萃取配合起来得到粗品。然后将粗品溶于水，通过离子交换树脂、凝胶色谱等纯化分离可得到纯品。影响微生物絮凝剂产生的因素包括培养基成分(碳源、氮源、无机离子、水、生长因子及其他物质)、培养条件(培养基ph值、培养温度、通气量、培养时间、搅拌速度等)以及絮凝剂产生菌的种类。二、 微生物絮凝剂的生产菌大多数微生物絮凝剂是细菌、酵母菌和真菌的代谢产物。这些生产菌大多是从油类污染的湖泊、土壤或海洋中筛选得到的。如Banat等3从油泥污染的土壤中分离得到两株生物微生物絮凝剂的菌株：芽孢杆菌AB-2和Y12-B。表1列出了一些主要的微生物絮凝剂的种类及其生产菌2,4。表1微生物絮凝剂的种类及其生产菌微生物絮凝剂生产菌海藻糖脂石蜡节杆菌(Arthrobacter paraffineus)棒状杆菌(Corynebacteriumspp.)红平红球菌(Rhodococus erythropolis)鼠李糖脂铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)槐糖脂解脂假丝酵母(Candida lipolytica)球拟酵母(Torulopsis bombicola)葡萄糖、果糖、蔗糖脂棒状杆菌(Corynebacteriumspp.)红平红球菌(R. erythropolis)纤维二糖脂玉蜀黍黑粉菌(Ustilago maydis)脂多糖乙酸钙不动杆菌(Acinetobacter calcoaceticusRAG1)假单胞菌(Pseudomonasspp.)脂肽枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)荧光假单胞菌(Pseudomonas fluorescens)鸟氨酸，赖氨酸，缩氨酸氧化硫硫杆菌(Thiobacillus thiooxidans)盐屋链霉菌(Streptomyces sioyaensia)葡萄糖杆菌(Gluconobacter cerinus)磷脂氧化硫硫杆菌(T. thiooxidans)脂肪酸野兔棒状杆菌(Corynebacterium lepus)石蜡节杆菌(Arthrobacter paraffineus)三、微生物絮凝剂的提取发酵产物的提取(也称下游处理)费用大约占总生产费用的60%，这是微生物絮凝剂产品商业化的一个主要障碍。微生物絮凝剂的最佳提取方法随发酵操作及其物理化学性质的不同而不同。其中溶剂萃取是最常用的提取方法，如Kuyukina等7利用甲基-叔丁基醚萃取红球菌生产的微生物絮凝剂，可以获得较高产率10 mg/L。超滤是用于提取微生物絮凝剂的一种新方法。Lin等8用分子量截止值为30000 Da的超滤膜从发酵液中提取枯草芽孢杆菌产生的脂肽类生物微生物絮凝剂莎梵婷，收率达95%。Mattei等设计了一套连续提取生物微生物絮凝剂的装置，应用切面流过滤法能连续提取产物，产率高达3 g/L1。能与连续发酵生产配套的产物提取方法有泡沫分离、离子交换树脂法等。Davis等9用泡沫分离法连续提取枯草芽孢杆菌产生的莎梵婷,收率达71.4%。鼠李糖脂的提取过程是先离心过滤除去细胞，再通过吸附色谱将鼠李糖脂浓缩在安珀莱特XAD-2树脂上，后用离子交换色谱法提纯，最后将液体蒸发和冷冻干燥可得纯度为90%的成品，收率达60%2。四、微生物絮凝剂的应用与有机或无机合成高分子絮凝剂相比，微生物絮凝剂具有絮凝范围广、活性高、安全无害、不污染环境等特点，而且作用条件粗放，大多不受离子强度、pH值及温度的影响，因此可以广泛应用于废水和污水处理。用生物法处理废水时，重金属离子对活性污泥中的微生物菌群常会产生抑制或毒害作用，因此，在用生物法处理含重金属离子的废水时须进行预处理。当前，常用氢氧化物沉淀法除去废水中的重金属离子，但其沉淀效率受氢氧化物溶解度的限制，应用效果不甚理想；浮选法用于废水预处理时又常因所用浮选捕收剂在其后续处理过程中难降解(如化学合成微生物絮凝剂十二烷基磺酸钠)，易产生二次污染而受限制，因此，有必要开发易生物降解、对环境无毒害的替代品，而生物微生物絮凝剂恰好具有这一优势。但是，国内外对这一方面的应用研究很少，直到最近才有报道。Zouboulis等研究了生物表面活性絮凝剂作为捕收剂除去广泛存在于工业废水中的两种有毒金属离子：Cr4和Zn2+。结果表明,莎梵婷和地衣芽孢杆菌素在pH为4时均能很好地从废水中分离吸附了Cr4的FeO(OH)或Cr4与FeCl36H2O形成的螯合物，极大地提高了Cr4(50mg/L)的去除率，几乎可达100%；在pH为6时，莎梵婷对螯合物中的Zn2+(50mg/L)去除率高达96%，而在相同条件下，地衣芽孢杆菌素的处理效果不明显，去除率为50%左右。（1）畜禽废水的处理畜禽废水是BOD较高，较难处理的一类有机废水。采用合成有机絮凝剂虽然有较好的效果，但存在二次污染。而猪粪尿废水采用NOC1加Ca2+处理10 min后，废水的上清液变成几乎透明的液体，废水中的TOC由处理前的8 200 mg/L变为2 980 mg/L，去除率达63.7%，OD660由处理前的15.7变为0.86，浊度去除达94.5%。（2）废水脱色现今的活性污泥法技术除去废水中的BOD并非难事，但对于脱色几乎还没有特效的方法，特别是对于那些可溶性色素很难处理，而采用微生物絮凝剂NOC1，对墨水、糖蜜废水、造纸黑液、颜料废水等进行的试验表明，处理后上清液变为无色透明。胡筱敏等用MBFA9处理硫化染料废水及淀粉黄浆废水，无论是悬浮物还是COD的去除率均高于传统的化学絮凝剂PAM。（3）工业废水、污水的处理含有高悬浮物的建筑材料加工废水也是较难处理的一类废水。如陶瓷厂废水主要包括胚体废水和釉药废水2种，前者主要含较多的粘土颗粒，后者除含粘土颗粒外，还有相当数量的釉药。当添加NOC1后5min，胚体废水的浊度从原来的1.4降低到0.043 ，釉药废水的浊度从 17.2降到0.35，去除率分别为96.6%和97.9%，可得到几乎透明的上清液。在鞣革工业废水中加入C62菌株产生的絮凝剂，浊度去除率可达96。柴晓利等筛选到的Azomonas sp.的发酵液对皮革废水的脱色效果也非常明显。邓述波等人利用含有糖醛酸、中性糖和氨基糖的多糖絮凝剂处理河水，相比于海藻酸钠、明胶絮凝剂而言，絮团大、沉降快、上清液浊度低，而且处理后COD值最小。（4）其它方面的应用已有研究表明,微生物絮凝剂可以包括细菌、真菌、放线菌以及藻类在内的大多数微生物产生的具有絮凝作用的物质。因此,微生物絮凝剂不仅可以应用于废水处理,还可以成为发酵工业和食品工业中安全有效的絮凝剂,为取代传统工艺中离心和过滤分离细胞的方法提供了可能。五、微生物絮凝剂的前景微生物絮凝剂高效、安全、不污染环境,在医药、食品加工、发酵处理、污水处理等领域有很大的应用潜力, 但目前微生物絮凝剂的应用还大多处于菌种的筛选阶段，且存在