微生物工程综述

微生物工程的广泛运用 毛志鹏 1503100020 摘 要 现今 微生物工程技术越来越多的运用到我们的生产生活中 极大的提高了人们的生产生活水平 微生物以无处不在的方式存在于我们生存的环境之中 并且其自身具有表面积大 体积小 繁殖力极强 等特点 可用于水环境治理 大气环境治理等方面 另外也可以用于食品的开发利用等方面 关键词 微生物工程 水环境治理 大气环境治理 食品 一 微生物对水环境的治理 微生物以无处不在的方式存在于我们生存的环境之中 并且其自 身具有表面积大 体积小 繁殖力极强等特点 能够快速适应周遭环 境 并在短时间内完整物质交换 可以说 污水同时具备微生物的生 长条件与繁殖条件 所以微生物可以在污水中获取 到自身所需的养分 并降解及利用污水中的有害物质 从而净化污水 1 由此可见 微生物 能够在污水的净化及治理方面得到非常广泛的应用 造福于人类 本 文便论 述了微生物的性质 以及对于不同污水物质的分解作用 希望 借本文内容 能够促使 微生物污水处理技术的应用前景更为广阔 生活污水中所含有氮的物质主要是以尿素或者氨离子的形式存在 的 2 除此之外 在所有含有氮的物质中 有 10 左右的是更为复杂的 有机化合物 其中包含有氨基酸 以及蛋白质 本文便就尿素的分解进 行了简单的分析 尿素的分解过程其实很简单 先由尿素酶将尿素全 部水解成碳酸铵 然而后者较不稳定 所以较易分解为二氧化碳 氨 以及水 引起尿素水解的细菌被称之为尿素细菌 尿素细菌则可以划 分为杆状菌 和球状菌两大类 通常而言 尿素细菌都是好氧型的 但对于氧的需求量较小 并且 在存在多种菌种或无氧条件下也可以持续生长 3 微生物由于其自身的代谢特点 几乎能够降解或者 转化环境中所存在的各种各样 的天然物质 针对有机物质来说 更 是具有非常良好的效果 4 当前 微生物处理技 术在污水处理工作中 的应用极为广泛 无论是工业生产污水的处理还是城市污水的处 理 都能够见到该种技术的 身影 并且 污水同时具备微生物的生 长条件与繁殖 条件 所以微生物可以在污水中获取到自身所需的养 分 并降解及利用污水中的有害 物质 从而净化污水 由此可见 微生物污水处理技术在我国拥有着非常广阔的发展 前景 5 二 微生物对大气环境的治理 废气的微生物处理是利用微生物的生物化学作用 使 污染分解 转化为无害或少 害的物质 目前 微生物处理大 气污染主要用来净化有机污染物 同传统的大气污染 治理 技术相比 微生物法具有处理效果好 投资及运用费用低 易于管理等优点 逐渐应用于大气污染治理中 1 微生物净化 NOx 废气 NOx 是无机气体 其构成中不含碳元素 因此 适宜的 脱氮菌在有外加碳源的情 况下 利用 NOx 作为氮源 将 NOx 还原成最基本的无害的 N2 而脱氮菌本身获得生长 繁殖的 过程 6 其中 NO2 先溶于水中形成 NO3 及 NO2 再被生物还原 为 N2 而 NO 则 是被吸附在微生物表面后直接被生物还原为 N2 2 微生物净化 SO2 废气 烟气中的 SO2 一方面以物理吸附 化学反应的形式转变 为 H2SO4 另一方面在微 生物的作用下促使上述反应加快 吸收液中的微生物使 Fe2 和 Fe3 相互转化 使反 应迅速发 生 Fe3 是较强的氧化剂 其浓度越高 脱硫的度就越快 同时反应生成 的 Fe2 又可作为营养源被微生物利用生成 Fe3 再次加快 SO2 的吸收 7 3 微生物净化臭气 废气首先经过预处理 包括去除颗粒物和调温调湿 然 后经过气体分布器进入生 物过滤器 8 生物过滤器中填充有 生物活性的介质 一般为天然有机材料 9 如堆肥 有 时候也混用活性炭和聚苯乙烯颗粒 填料均含有一定的水 分 填料表面生长着各 种微生物 当废气进入滤床时 废气中的污染物从气相主体扩散到介质外层的水膜而 被介质吸 收 同时氧气也由气相进入水膜 最终介质表面所附的微生 物消耗氧气而 把污染物分解 转化为二氧化碳 水和无机盐 类 微生物所需的营养物质则由介质自 身供给或外加 10 三 微生物在食品加工中的应用 微生物工程包括微生物细胞的培养 遗传形状的改 变以及微生物细胞的直接利用等 根据微生物生长速度 比较快 生物条件简单以及代谢过程特殊等特征 在恰当 的环境下 利用现代化工程技术手段 由微生物的某些特 定性能生产出人们所需要的产品就是微生物 工程 也被称 之为发酵工程 目前 以微生物菌体为原料生产人们需要 的食品成为了我 国社会各界关注的焦点 1 在蛋白食品中的应用 人类身体的内部结构不具备直接吸收和利用纤维素 的能力 根据分解纤维素和木质素 的微生物所具有的酶 作用 能够把纤维素和木质素合理地分解成为糖 再对大 量的农副 产品秸秆木屑等进行加工 就能够生产出人们 需要的微生物活性蛋白 11 例如 运用相 关的手段对甘蔗渣 进行热解和对纤维小杆菌进行液体发酵 在两天以后就可 以获取蔗渣 重量 50 的菌体蛋白 把木霉 青霉以及曲霉 接种在秸秆类物质上 在进行合理地固体 培养就能够形成 大量的菌丝体 目前已经被人们广泛地应用于草料混合 纤维蛋白饲料的 生产中 为人们带来了更多的动物性蛋 白来源 单细胞微生物形成的细胞蛋白被称之为单 细胞 蛋白 SCP 具有和动植物蛋白共存的特点 但是和动植 物蛋白相互进行比较 单 细胞蛋白又具有显著的优点 具体表现为微生物的生长速度比动植物的生长速度快很多 因此 可以投入到一些大规模的企业进行生产 生产的条 件也十分简单 不需要投入大量 的人力 也不需要占用太 多的土地 而且整个生产过程不会受到气候变化所影响 12 2 在保健饮料中的应用 许多食用菌都包含了氨基酸 维生素以及多种药用成 分 所以满足人们对保健食品的 需求 而且它自身所具备 的多糖体 有机锗对人们的身体有许多好处 具体表现为 降低 胆固醇 预防肝炎以及动脉硬化等 把菌丝体所形成 的培养液用于生产保健饮料能够体现 出更好的效果 比 如 通过水培法所生产的金菇露 不仅拥有独特的风味 还 拥有比较 高的营养价值 在这里值得一提的是 近些年来 在相关人士不断努力地探索和研究下 挖 掘出了以聚氨脂 泡沫作为载体 麦鼓浸出汁作为培养液 再合理地运用固 液两相法 就 能够在短短 7 天时间内获取大量锗吸收率达 到 49 左右的金针菇菌丝体的方法 这也为 生物法富集 锗 晒防癌以及抗癌元素保健药物食品开辟了一条合理 的途径 从相关调查 中得知 目前人们利用担子菌生产的 保健饮料有猴头菇 银耳 木耳等 这些保健饮料都 具备自 身独特的风味且香味十分浓厚 逐渐受到了人们的认可和 支持 而且用农副产品 形成的培养液合理地运用液体发 酵手段来培养担子菌 从而得来的担子菌保健饮料不会 受到气候的制约 还具有生产成本低和生产周期短等优 点 另一方面 在我国对微生物蛋 白饮料的研发投入了大量的人力和物力的形势下 逐渐取得了较为不错的成果 13 微生 物蛋白和动物蛋白存 在许多相似的部分 不管是从数量上 还是从质量上讲 微 生物蛋 白都是一种十分重要的蛋白资源 因此 不仅仅是 我国在研究 世界上许多国家都在这方 面进行了广泛的研 究 并且已经研发出了许多微生物蛋白饮料 比如 合理地 运用高温 酸法 碱法 酶法以及溶剂法 生产而来的酵母 细菌 霉菌高蛋白饮料 和酸奶 酸酪 的风味相似 但是所 具有的营养价值比牛奶的营养价值还要高 这类保健饮 料比较适用 于幼儿或者病人饮用 3 在代谢产物食品中的应用 我国在微生物代谢产物生产人们需求的酿造食品这 方面也取得了较为不错的成果 比 如 酒类 酱油 食醋等 深受人们的喜爱 微生物存在着许多种代谢产物 具体有 糖 氨基酸 脂肪酸等 人们把一些价格较低的农副产品或 者是野生植物淀粉作为原料 再对 微生物菌体的酶进行酶 解 就能够获取一些营养价值较高的保健食品 比如 用红 薯 水果 菊芋等原料进行酿酒 得来的酒不仅质量很好 而且还具有独特的风味 用糠糟 高粱糠 淀粉渣等原料生 产的食醋 质量也是上乘 此外 在社会不断发展的形势 下 一些全新的发酵食品被人们研发出来 并且在经过政府有关部门的认可以后 投入了实际 生产中 比如 我国各 个地区生产的啤酒具有独特的风味 不仅在国内十分畅 销 还受 到东南亚当地居民的喜爱 随着生物工程技术快 速的发展 金灵锗和富含赖氨酸的各种糕 点被人们研发出 来 这些保健食品特别适合于老人和儿童食用 具有非常 好的保健开胃 效果 三 结语 总而言之 大自然中蕴含了十分丰富的天然微生物资源 把这些微生物资源通过相关手 段生产成为人们需求的工具 不管是对环境的治理 还是生产上的利用都具有十 分重要的 作用和意义 因此 政府应该加强微生物工程开发 参考文献 1 聂发辉 李田 粘土矿物在污水处理中的应用及展望 J 华东交 通大学学报 2006 08 2 赵娜 樊畅 吕瑞滨 聚合氯化铝在污水处理中的应用 J 中国 资源综合利用 2011 09 3 刘明宇 一体氧化沟在污水处理中的应用 J 南方建筑 2006 07 4 张翠英 低温微生物在污水处理中的应用与展望 J 科技信息 科 学教研 2007 09 5 李冬黎 特种电源技术及其在污水处理中的应用 D 浙江大学 2003 12 6 毕列锋 李旭东 微生物法净化含 NOx 废气 J 环境工程 1998 16 3 37 39 7 魏在山 孙佩石 黄岩华 生化法净化工业有机废气的研究 J 环 境科学动态 2001 1 21 23 8 耿绍宇 李红霞 臭气污染的有效控制 J 山西建筑 2004 30 1 126 127 9 Webster T S Devinny J S Torres E M Microbial Ecosystems in Compost and Granular Activated Carbon Biofilters Biotechnology and Bioen gineering 1997 53 3 296 303 10 马文漪 杨柳燕 环境微生物工程 M 南京大学出版社 1998 11 聚焦新资源食品及新技术在食品工业中的应用第三届食品科技 北京论坛 J 食品 工业科技 2011 10 24 26 12 孙宝国 曹雁平 李健 等 食品科学研究前沿动态 J 食品科学技 术学报 2014 2 1 11 13 伍国明 温海祥 曾荣 等 食品微生物学优质课程建设的探索与实 践 J 微生物 学通报 2013