第十三章-微生物学新技术在环境工程中的应用

微生物学新技术：遗传诱变育种基因工程酶工程微生物制剂生物表面活性剂,第十三章微生物学新技术在环境工程中的应用,酶（enzyme）：高效、专一性强的生物催化剂。缺点：容易失活而降低催化能力。在水溶液中不稳定水溶性酶只一次性起作用对热、强酸、强碱、高离子浓度及部分有机溶剂均不稳定,13.1固定化酶和固定化微生物在环境工程中的应用,一、酶制剂剂型干燥粗酶制剂稀液体酶制剂浓液体酶制剂干燥粉状酶制剂固定化酶,13.1固定化酶和固定化微生物在环境工程中的应用,酶是生物界普遍存在的物质，可以动物、植物和微生物作原料来提取酶制品。但作为酶制剂工业生产以微生物最为合适。,二、酶的提取预处理胞外酶：存在培养液中，过滤或离心，清液即为粗酶。胞内酶：破碎细胞壁和质膜，制成无细胞提取液再提纯。干燥、机械、超声、冷冻、溶菌酶等,13.1固定化酶和固定化微生物在环境工程中的应用,二、酶的提取提取：在一定条件下，用适当的溶剂处理含酶原料、使酶充分溶解到溶剂中的过程。要充分了解酶的结构、等电点、pH、温度稳定性等常用提取方法水溶液提取表面活性剂提取丁醇提取,13.1固定化酶和固定化微生物在环境工程中的应用,三、酶的纯化使酶与各种杂质分离，达到所需的纯度。浓缩去杂质纯化结晶,13.1固定化酶和固定化微生物在环境工程中的应用,四、固定化酶和固定化微生物的固定化方法固定化酶(immobilizedenzyme)又称水不溶态酶，通过物理吸附或化学键结合法将水溶性酶和固态的不溶性载体相结合，使酶变成不溶于水但仍保留活性的衍生物。稳定性好适合于连续化、自动化和管道化工艺工程设计多样性,13.1固定化酶和固定化微生物在环境工程中的应用,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与固定化酶相同的固定方法将酶活力强的微生物体固定在载体上。比固定化酶操作简单成本低固定化细胞比天然细胞稳定性高催化效率比离体酶高能完成多步酶反应固定化微生物能保留某些酶促反应所必需的辅助因子（如ATP、Mg2+、NAD等）有些酶对所要求的催化反应使不利的,13.1固定化酶和固定化微生物在环境工程中的应用,四、固定化酶和固定化微生物的固定化方法固定化方法载体结合法物理吸附、共价结合和离子结合等将酶固定在非水溶性载体上。常用载体：葡聚糖、活性炭、胶原、琼脂糖、玻璃珠、高岭土、硅胶等。交联法将酶与两个或两个以上官能团的试剂反应形成共价键的固定方法。交联剂：戊二醛、双重氮联苯胺、六甲撑二异氰酸酯。,13.1固定化酶和固定化微生物在环境工程中的应用,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格子型：酶包埋在聚合物的凝胶网格子中，使酶固定。微胶囊型：半透性的高聚物薄膜包裹固定酶的技术。逆胶束酶反应系统表面活性剂的两性分子在有机溶剂中自发形成聚集体，其亲水端连接成逆胶束的极性核，水分子插入核中，疏水性的一短进入主体有机溶剂中，酶分子溶于逆胶束中，组成逆胶束酶系统。,13.1固定化酶和固定化微生物在环境工程中的应用,胞外多聚物（Extracellularpolymers，ECP）微生物在一定的环境条件下，在其代谢过程中分泌的、包围在微生物细胞壁外的多聚化合物。荚膜、粘液层及其它表面物质。成分：脂、脂肽、多糖脂、中性类脂衍生物等。用途：表面活性剂、絮凝剂或助凝剂、沉淀剂。石油废水、油脂废水处理中可考虑应用。,13.2微生物细胞外多聚物的开发与应用,1、生物表面活性剂和生物乳化剂的开发与应用生物表面活性剂(Biosurfactant)是指利用酶或微生物等通过生物催化和生物合成等生物技术从微生物、植物和动物上得到的具有表面活性的天然表面活性剂。亲水基和疏水基结构于一体的两亲化合物。亲水基：有极性，多为糖、氨基酸、脂、肽等。疏水基：非极性，多为脂肪酸或烃类。广义的生物表面活性剂可分为生物表面活性剂和生物乳化剂（Bioemulsifier）。,13.2微生物细胞外多聚物的开发与应用,1、生物表面活性剂和生物乳化剂的开发与应用生物表面活性剂都具有下列特性:能降低界面张力;具有较好的热与化学稳定性;乳化作用。分类按表面活性剂化学结构不同分六类。研究和开发微生物法酶催化法,13.2微生物细胞外多聚物的开发与应用,2、微生物自身絮凝和沉淀作用胞外多聚物性质不同分为两种类型R型：疏水性，菌落粗糙型；S型：亲水性，菌落光滑型;R型细菌可应用于废水处理活性污泥是亲水还是疏水，取决于两者的比例及表面电荷。,13.2微生物细胞外多聚物的开发与应用,3、微生物絮凝剂和沉淀剂的开发与应用絮凝剂是用来使溶液中的溶质、胶体或者悬浮物颗粒产生絮状沉淀的物质，在固液分离和水处理过程中，用以提高微细固体物的沉降和过滤效果。根据化学成分不同无机：铁盐系和铝盐系有机：有机高分子絮凝剂、天然高分子絮凝剂微生物：通过直接利用微生物细胞，或细胞提取物，或代谢产物，发酵，提取，精制而得到的有絮凝活性的物质。,13.2微生物细胞外多聚物的开发与应用,3、微生物絮凝剂和沉淀剂的开发与应用微生物絮凝剂的优势微生物絮凝剂可以克服无机和有机高分子絮凝剂本身固有的成本高，絮凝效果有限，存在二次污染且对人体有害的缺陷。产絮凝剂的微生物种类细菌、放线菌、霉菌及酵母菌，乃至原生动物的一些种。,13.2微生物细胞外多聚物的开发与应用,13.2微生物细胞外多聚物的开发与应用,具有絮凝性的微生物种类,3、微生物絮凝剂和沉淀剂的开发与应用提取胞外多聚物制絮凝剂的方法：物理：高速离心超声波和均化处理化学：酸水解、热碱法和有机溶剂