微生物学新技术在环境工程中的应用讲稿.ppt

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1、关于微生物学新技术在环境工程中的应用第一页，讲稿共二十七页哦微生物学新技术微生物学新技术 包括包括：遗传诱变育种、基因工程、：遗传诱变育种、基因工程、发酵工程、酶工程、微生物制剂、生发酵工程、酶工程、微生物制剂、生物表面活性剂等。物表面活性剂等。第二页，讲稿共二十七页哦12-1 固定化酶和固定化微生物在环境工程中的应用 第三页，讲稿共二十七页哦一、酶制剂剂型一、酶制剂剂型 1 1、干燥粗酶制剂、干燥粗酶制剂 将将用用麸麸曲曲或或深深层层发发酵酵的的培培养养液液除除菌菌(或或不不除除菌菌)后后，与与淀淀粉粉等惰性填料等惰性填料混合、干燥混合、干燥制成制成粗酶粗酶。2 2、稀液体酶制剂、稀液体酶制

2、剂 将培养液过滤除将培养液过滤除去去菌体等菌体等杂质杂质后，直接后，直接加稳定剂加稳定剂(甘油、乙醇、甘油、乙醇、氯化钠等的复合物氯化钠等的复合物)和防腐剂和防腐剂作为作为商品商品出售。出售。3 3、浓液体酶制剂、浓液体酶制剂 将将培培养养液液除除去去菌菌体体等等杂杂质质、浓浓缩缩后后再再加加稳稳定定剂剂和和防防腐腐剂剂制制成成商商品品。第四页，讲稿共二十七页哦4 4、干燥粉状酶制剂、干燥粉状酶制剂我国多数生产此种酶制剂，其制备工艺为：我国多数生产此种酶制剂，其制备工艺为：过过滤滤培培养养液液去去菌菌体体浓浓缩缩喷喷雾雾干干燥燥研研磨磨加加稳稳定定剂剂、惰性填料惰性填料成商品成商品过过滤滤培培

3、养养液液去去菌菌体体硫硫酸酸铵铵盐盐析析或或乙乙醇醇沉沉淀淀干干燥燥研研磨磨加稳定剂、惰性填料加稳定剂、惰性填料成商品成商品5 5、结晶酶、结晶酶6 6、固定化酶固定化酶 将酶和酶菌体固定在载体上，制成不溶于水的固态酶，将酶和酶菌体固定在载体上，制成不溶于水的固态酶，可较长时间使用。可较长时间使用。第五页，讲稿共二十七页哦二、酶的提取二、酶的提取 1 1、预处理、预处理不同的酶有不同的预处理方法：不同的酶有不同的预处理方法：胞胞外外酶酶存存在在培培养养液液中中，只只需需将将菌菌体体过过滤滤或或离离心心除除去去，所所得得的的清清液液即即为为粗粗酶酶液液。如如果果是是固固态态发发酵酵麸麸曲曲，用用

4、水水或或缓缓冲冲液液浸浸泡泡，再再离离心心或或过过滤滤去去菌菌体体及及杂杂物物后后所所得得清清液液即即为为粗粗酶酶液液。粗粗酶酶液液再再经经提提纯纯即为酶精制品。即为酶精制品。对胞内酶则要破碎细胞壁和质膜，制成无细胞提取液再提纯。对胞内酶则要破碎细胞壁和质膜，制成无细胞提取液再提纯。细胞破碎方法有：干燥法细胞破碎方法有：干燥法(空气干燥、真空冷冻干燥、溶剂脱水干空气干燥、真空冷冻干燥、溶剂脱水干燥燥)、机械法、机械法(研磨法、机械捣碎研磨法、机械捣碎)、超声波破碎、反复冷冻法、自、超声波破碎、反复冷冻法、自溶法、溶菌酶法。溶法、溶菌酶法。第六页，讲稿共二十七页哦2 2、酶的提取、酶的提取 (1

5、)(1)水溶液提取法：用稀的盐溶液、缓冲液或水提取。水溶液提取法：用稀的盐溶液、缓冲液或水提取。(2)(2)表面活性剂提取法表面活性剂提取法 表面活性剂有：天然的胆酸盐、磷脂，合成的十二烷基表面活性剂有：天然的胆酸盐、磷脂，合成的十二烷基硫硫(磺磺)酸钠酸钠(SDS,(SDS,阴离子型阴离子型)、二乙氨基十六烷基溴、二乙氨基十六烷基溴(阳离子阳离子型型)、非离子型的有吐温、非离子型的有吐温(Tween)(Tween)及三通及三通X(triton-X)X(triton-X)。(3)(3)丁醇提取法丁醇提取法 第七页，讲稿共二十七页哦三、酶的纯化三、酶的纯化 1 1、浓缩、浓缩 2 2、去杂质、去

6、杂质3 3、纯化、纯化4 4、结晶、结晶pHpH沉淀法、利用蛋白质热变性的温度差异、蛋白沉淀剂法。沉淀法、利用蛋白质热变性的温度差异、蛋白沉淀剂法。盐盐析析法法；有有机机溶溶剂剂沉沉淀淀法法；层层析析法法：吸吸附附层层析析法法、离离子子交交换换层析法、分子筛过滤层析层析法、分子筛过滤层析(凝胶过滤层析凝胶过滤层析)法、等电点沉淀法。法、等电点沉淀法。当酶达到一定纯度后，在适当的温度、当酶达到一定纯度后，在适当的温度、pHpH条件下，逐渐加入硫酸条件下，逐渐加入硫酸铵溶液中，酶可慢慢析出结晶，也可加入某些有机溶剂析出结晶。铵溶液中，酶可慢慢析出结晶，也可加入某些有机溶剂析出结晶。葡葡萄萄糖糖凝凝

7、胶胶分分子子筛筛浓浓缩缩法法、聚聚乙乙二二醇醇(PEG)(PEG)浓浓缩缩法法、超超滤滤膜浓缩法、冰冻法、盐析或乙醇沉淀后分离。膜浓缩法、冰冻法、盐析或乙醇沉淀后分离。第八页，讲稿共二十七页哦四、固定化酶和固定化微生物的固定化方法四、固定化酶和固定化微生物的固定化方法(一一)固定化酶与固定化微生物固定化酶与固定化微生物 1 1、固定化酶、固定化酶 从从筛筛选选、培培育育获获得得的的优优良良菌菌种种体体中中提提取取活活性性极极高高的的酶酶，再再用用包包埋埋法法(或或交交联联法法、载载体体结合法、逆胶束酶反应系统结合法、逆胶束酶反应系统)等方法将酶固定在载体上，制成不溶于水的固态酶，即。等方法将酶

8、固定在载体上，制成不溶于水的固态酶，即。2 2、固定化微生物、固定化微生物 利利用用与与固固定定化化酶酶相相同同的的方方法法将将酶酶活活力力强强的的微微生生物物体体固固定定在在载载体体上上，即即成成。分分死细胞固定化和生长细胞固定化死细胞固定化和生长细胞固定化2 2种。种。微微生生物物本本身身是是多多酶酶体体系系的的固固定定化化载载体体，将将整整个个细细胞胞固固定定化化更更有有利利于于保保持持其其原有活性，甚至可提高活性。原有活性，甚至可提高活性。3 3、固定化酶与固定化微生物的特性、固定化酶与固定化微生物的特性 固定化酶与固定化微生物普遍比未固定化的微生物性能好，稳定、降解有机物能力强、耐固

9、定化酶与固定化微生物普遍比未固定化的微生物性能好，稳定、降解有机物能力强、耐毒、抗杂菌，耐冲击负荷。毒、抗杂菌，耐冲击负荷。第九页，讲稿共二十七页哦(二二)固定化酶与固定化微生物的固定方法固定化酶与固定化微生物的固定方法 固定化方法有载体结合法、交联法、包埋法和逆胶束酶反应系固定化方法有载体结合法、交联法、包埋法和逆胶束酶反应系统。统。1 1、载体结合法、载体结合法 以以共共价价结结合合、离离子子结结合合和和物物理理吸吸附附等等将将酶酶固固定定在在非非水水溶溶性性载载体体上上。载载体体有有葡葡聚聚糖糖、活活性性炭炭、胶胶原原、琼琼脂脂糖糖、多多孔孔玻玻璃璃珠珠、高岭土、硅胶、氧化铝、羧甲基纤维

10、素等。高岭土、硅胶、氧化铝、羧甲基纤维素等。2 2、交联法、交联法 将酶与有两个或两个以上官能团的试剂反应形成共价键将酶与有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。交联剂有：戊二醛、双重氮联苯胺和六甲撑的固定方法。交联剂有：戊二醛、双重氮联苯胺和六甲撑二异氰酸酯。二异氰酸酯。第十页，讲稿共二十七页哦3 3、包埋法、包埋法 将将酶酶包包埋埋在在凝凝胶胶微微小小格格子子(格格子子型型)中中，或或将将酶酶包包裹裹在在半半透透性性的的聚聚合合物物膜膜内内(微微型型胶胶囊囊型型)的的固固定定方方法法。格格子子型型的的包包埋埋材材料料：聚聚丙丙烯烯酰酰胺胺(PACAM)(PACAM)凝凝胶胶、

11、聚聚乙乙烯烯醇醇(PVA)(PVA)、琼琼脂脂、硅硅胶胶等等。微微胶胶囊囊型型的包埋材料：尼龙、乙基纤维素和硝酸纤维素。的包埋材料：尼龙、乙基纤维素和硝酸纤维素。4 4、逆胶束酶反应系统、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，表面活性剂的两性分子在有机溶剂中自发形成聚集体，其亲水性一端连接成逆胶束的极性核，水分子插入核中，其其亲水性一端连接成逆胶束的极性核，水分子插入核中，其疏水性的一端进入主体有机溶剂中，酶分子溶于逆胶束中，疏水性的一端进入主体有机溶剂中，酶分子溶于逆胶束中，组成。组成。第十一页，讲稿共二十七页哦五、固定化酶和固定化微生物在环境工程中的应用五、固定

12、化酶和固定化微生物在环境工程中的应用 1 1、污染物处理、污染物处理 应应用用固固定定化化酶酶或或固固定定化化细细胞胞可可以以组组成成快快速速、高高效效、连连续续运运行行的的污污水水处处理理系系统统。日日本本将将淀淀粉粉酶酶固固定定后后用用于于处处理理淀淀粉粉废废水水和和造造纸纸废废水水，效效果果较较好好。美美国国有有人人将将多多酚酚氧氧化化酶酶固固定定后后用用于于含含酚酚废废水水处处理理，效效果果显显著著。德德国国将将9 9种种降降解解对对硫硫磷磷农农药药的的酶酶固固定定到到多多孔孔玻玻璃璃珠珠及及硅硅胶胶珠珠上上，再再制制成成酶酶柱柱处处理理对对硫硫磷磷废废水水，获获得得9595以以上上的

13、的去去除除效效果果，连连续续运运行行2 2个个多多月月酶酶活活性性基基本本不不变变。有有人人将将白白腐腐菌菌固固定定在在海海藻藻酸酸钙上对造纸黑液进行处理，脱色率高达钙上对造纸黑液进行处理，脱色率高达8080以上。以上。2 2、环境监测、环境监测 根据固定化酶用于化学分析方面的相同原理，固定化酶也可用于测定有毒物根据固定化酶用于化学分析方面的相同原理，固定化酶也可用于测定有毒物质的含量，对环境进行监测。如固定化多酚氧化酶可用来测定水中的酚类物质。质的含量，对环境进行监测。如固定化多酚氧化酶可用来测定水中的酚类物质。固定化酶可用于检测有机磷、有机氯农药、过氯酸盐、氰化物和尿素等。固定化酶可用于检

14、测有机磷、有机氯农药、过氯酸盐、氰化物和尿素等。第十二页，讲稿共二十七页哦12-2微生物细胞外多聚物的开发与应用 第十三页，讲稿共二十七页哦 微微生生物物的的胞胞外外多多聚聚物物(ECP)(ECP)是是微微生生物物在在一一定定环环境境条条件件下下，在在其其代代谢谢过过程程中中分分泌泌的的、包包围围在在微微生生物物细细胞胞壁外的多聚化合物。壁外的多聚化合物。这这些些多多聚聚物物经经分分析析得得知知其其成成分分为为脂脂、脂脂肽肽、多多糖糖脂脂、中性类脂衍生物等。中性类脂衍生物等。包括荚膜、粘液层及其它表面物质。包括荚膜、粘液层及其它表面物质。第十四页，讲稿共二十七页哦 微生物细胞外物质可作表微生物

15、细胞外物质可作表面活性剂、絮凝剂或助凝剂、面活性剂、絮凝剂或助凝剂、沉淀剂。沉淀剂。第十五页，讲稿共二十七页哦一、生物表面活性剂一、生物表面活性剂 1 1、表表面面活活性性剂剂是是由由亲亲水水基基和和疏疏水水基基两两部部分分组组成成的，具有的，具有影响影响不相容界面不相容界面特性特性的物质。的物质。2 2、生物表面活性剂、生物表面活性剂(biosurfactant)(biosurfactant)是生物在一定生长条件下，在其代谢过程中分是生物在一定生长条件下，在其代谢过程中分泌产生的一些具有一定泌产生的一些具有一定表面表面/界面活性界面活性的代谢的代谢产物。产物。第十六页，讲稿共二十七页哦3 3

16、、分类、分类 生物表面活性剂按用途可广义地分为生物表面活性剂按用途可广义地分为生生物表面活性剂物表面活性剂和和生物乳化剂生物乳化剂(bioemulsifier)(bioemulsifier)。前者是一些前者是一些低分子量低分子量的小分子，能的小分子，能显著改显著改变变表面表面/界面张力。界面张力。后者是一些后者是一些生物大分子生物大分子，并不能显著降低并不能显著降低表表面面/界面张力，但对油界面张力，但对油/水界面表现出很强的亲水界面表现出很强的亲和力。因而可使乳状液得以稳定。和力。因而可使乳状液得以稳定。第十七页，讲稿共二十七页哦(1)(1)利利用用生生物物表表面面活活性性剂剂对对油油类类的

17、的乳乳化化作作用用，可可将将生生物物表表面面活活性性剂剂用用于于海海上上原原油油泄泄漏漏的的生生物物降降解解与与海海岸岸石石油油污污染染的的生生物物补补救。救。4 4、生物表面活性剂在环境工程中的应用、生物表面活性剂在环境工程中的应用第十八页，讲稿共二十七页哦(2)(2)生生物物表表面面活活性性剂剂对对有有毒毒有有机机化化合合物物具具有有增增溶溶作作用用，可可用用于于土土壤壤环环境境污染的生物修复。污染的生物修复。BacilluBacillus s菌菌产产生生的的一一种种生生物物表表面面活活性性剂剂能能稳稳定定地地乳乳化化杀杀虫虫剂剂肟肟(w)(w)硫硫磷磷及及其其他他不不能能与与水水混混溶溶

18、的的液液态态有有机机磷磷杀杀虫虫剂剂。Pseudomonas Pseudomonas cepaciacepacia能能产生一种降解除草剂产生一种降解除草剂2,4,5,-2,4,5,-三氯苯氧基乙酸的生物表面活性剂。三氯苯氧基乙酸的生物表面活性剂。(3)(3)另另外外，MulliganMulligan和和coopercooper认认为为生生物物表表面面活活性性剂剂能能用用于于泥泥浆浆脱脱水水。在在采采矿矿业业和和造造纸纸业业中中，采采用用某某些些生生物物表表面面活活性性剂剂可可稳稳定定矿矿物物的的水水悬悬浮浮液液，以以避避免免矿矿物物的的絮絮凝凝。国国内内有有报报道道采采用用表表面面活活性性剂剂

19、回回收收炼炼油油厂厂废废白白土土中中的蜡和油，回收率可达的蜡和油，回收率可达9393和和9595。生生物物表表面面活活性性剂剂还还可可用用于于石石油油及及能能源源工工业业、医医疗疗领领域域、食食品品工工业业、化化妆妆品工业等。品工业等。第十九页，讲稿共二十七页哦二、微生物絮凝剂二、微生物絮凝剂 1 1、微生物絮凝剂：是利用生物技术，从微生物、微生物絮凝剂：是利用生物技术，从微生物体内或分泌物中分离提取的一种安全、高效且能体内或分泌物中分离提取的一种安全、高效且能自然降解的新型水处理剂。自然降解的新型水处理剂。它是由一类微生物产生的，可使液体中不易它是由一类微生物产生的，可使液体中不易沉降的固体

20、悬浮颗粒、固体细胞及胶体颗粒等凝沉降的固体悬浮颗粒、固体细胞及胶体颗粒等凝聚、沉淀的特殊高分子代谢产物聚、沉淀的特殊高分子代谢产物(次生代谢产物次生代谢产物)。第二十页，讲稿共二十七页哦2 2、微生物絮凝剂的主要成分是高分子有机物，、微生物絮凝剂的主要成分是高分子有机物，包括糖蛋白、粘多糖、纤维素和核酸等。其包括糖蛋白、粘多糖、纤维素和核酸等。其分子量多在分子量多在10105 5以上。以上。第二十一页，讲稿共二十七页哦3 3、微生物絮凝剂的独特性质和特点、微生物絮凝剂的独特性质和特点易于固液分离，沉淀物生成量少；易于固液分离，沉淀物生成量少；无毒无害、安全性高，易被微生物降解；无毒无害、安全性

21、高，易被微生物降解；具有脱色和除浊性能；具有脱色和除浊性能；无二次污染；无二次污染；适用范围广；适用范围广；有的生物絮凝剂具有热稳定性强、用量小、有的生物絮凝剂具有热稳定性强、用量小、不受不受pHpH条件影响等。条件影响等。第二十二页，讲稿共二十七页哦4 4、微生物絮凝剂的应用、微生物絮凝剂的应用 (1)(1)废水悬浮物的处理废水悬浮物的处理 (2)(2)废水脱色处理废水脱色处理 (3)(3)乳浊液的油水分离乳浊液的油水分离 (4)(4)污泥处理污泥处理 (5)(5)畜产废水处理畜产废水处理 (6)(6)微生物絮凝剂在其它领域的应用微生物絮凝剂在其它领域的应用 第二十三页，讲稿共二十七页哦三、

22、生物吸附剂三、生物吸附剂 生生物物吸吸附附是是微微生生物物菌菌体体对对重重金金属属的的吸吸附附作作用用，包包括括细细胞胞的的不不同同部部位位对对重重金金属属的的络络合合、螯螯合合、离离子子交交换换、转转化化、吸收和无机微沉淀等。吸收和无机微沉淀等。生生物物吸吸附附剂剂主主要要分分3 3类类，即即细细菌菌、真真菌菌和和藻藻类类。另另外外，壳壳聚糖也是一类重要的生物吸附剂。聚糖也是一类重要的生物吸附剂。能能够够吸吸附附重重金金属属及及其其它它污污染染物物质质的的生生物物来来源源材材料料称称生生物吸附剂。物吸附剂。第二十四页，讲稿共二十七页哦12-3 优势菌种与生物制剂的开发与应用 第二十五页，讲稿

23、共二十七页哦筛选步骤筛选步骤(1)(1)采集采集样品，尔后用稀释平板法样品，尔后用稀释平板法分离分离出单个菌落，进行数出单个菌落，进行数次平板划线纯化，再将纯化的菌种接入斜面保存；次平板划线纯化，再将纯化的菌种接入斜面保存；(2)(2)进行菌种进行菌种性能测定性能测定。取性能良好的菌种接入斜面，于。取性能良好的菌种接入斜面，于44冰箱保存。或真空冷冻干燥保存；冰箱保存。或真空冷冻干燥保存；(3)(3)按废水、废物和废气的化学组分与需要量，按废水、废物和废气的化学组分与需要量，合理搭配合理搭配多种菌种。经扩大培养后用板框压滤，干燥，制成干多种菌种。经扩大培养后用板框压滤，干燥，制成干活菌制剂。活菌制剂。第二十六页，讲稿共二十七页哦感谢大家观看第二十七页，讲稿共二十七页哦