微生物学新技术在环境工程中的应用精.ppt
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1、微生物学新技术在环境工程中的应用第1页,本讲稿共19页l l早期的酶工程技术主要是从动物、植物、微生物材料中提取、早期的酶工程技术主要是从动物、植物、微生物材料中提取、早期的酶工程技术主要是从动物、植物、微生物材料中提取、早期的酶工程技术主要是从动物、植物、微生物材料中提取、分离、纯化制造各种酶制剂,并将其应用于化工、食品和医药分离、纯化制造各种酶制剂,并将其应用于化工、食品和医药分离、纯化制造各种酶制剂,并将其应用于化工、食品和医药分离、纯化制造各种酶制剂,并将其应用于化工、食品和医药等工业领域。等工业领域。等工业领域。等工业领域。l l7070年代后,酶的固定化技术取得了突破,使固定化酶、
2、固定化细年代后,酶的固定化技术取得了突破,使固定化酶、固定化细年代后,酶的固定化技术取得了突破,使固定化酶、固定化细年代后,酶的固定化技术取得了突破,使固定化酶、固定化细胞、生物反应器与生物传感器等酶工程技术迅速获得应用。胞、生物反应器与生物传感器等酶工程技术迅速获得应用。胞、生物反应器与生物传感器等酶工程技术迅速获得应用。胞、生物反应器与生物传感器等酶工程技术迅速获得应用。l l随着第三代酶制剂的诞生,应用各种酶工程技术制造精细化工产品和随着第三代酶制剂的诞生,应用各种酶工程技术制造精细化工产品和随着第三代酶制剂的诞生,应用各种酶工程技术制造精细化工产品和随着第三代酶制剂的诞生,应用各种酶工
3、程技术制造精细化工产品和医药用品及其在化学检测、环境保护等各个领域的有效应用,使酶工医药用品及其在化学检测、环境保护等各个领域的有效应用,使酶工医药用品及其在化学检测、环境保护等各个领域的有效应用,使酶工医药用品及其在化学检测、环境保护等各个领域的有效应用,使酶工程技术的产业化水平在现代生物技术领域中名列前茅,并正在与基因程技术的产业化水平在现代生物技术领域中名列前茅,并正在与基因程技术的产业化水平在现代生物技术领域中名列前茅,并正在与基因程技术的产业化水平在现代生物技术领域中名列前茅,并正在与基因工程、细胞工程和发酵工程融为一体,形成一个具有很大经济效益与工程、细胞工程和发酵工程融为一体,形
4、成一个具有很大经济效益与工程、细胞工程和发酵工程融为一体,形成一个具有很大经济效益与工程、细胞工程和发酵工程融为一体,形成一个具有很大经济效益与社会效益的新型工业门类。社会效益的新型工业门类。社会效益的新型工业门类。社会效益的新型工业门类。第2页,本讲稿共19页1特异生物催化剂酶l l酶的功能特异,威力非凡,生物的生长、发育、繁殖、营养、运酶的功能特异,威力非凡,生物的生长、发育、繁殖、营养、运酶的功能特异,威力非凡,生物的生长、发育、繁殖、营养、运酶的功能特异,威力非凡,生物的生长、发育、繁殖、营养、运动以及发酵、呼吸、光合作用、神经刺激、免疫反应无一不受到动以及发酵、呼吸、光合作用、神经刺
5、激、免疫反应无一不受到动以及发酵、呼吸、光合作用、神经刺激、免疫反应无一不受到动以及发酵、呼吸、光合作用、神经刺激、免疫反应无一不受到酶的催化作用。酶的催化作用。酶的催化作用。酶的催化作用。l l已知酶的种类约有已知酶的种类约有已知酶的种类约有已知酶的种类约有80008000种,它们都是由生物细胞合成的一类特殊蛋种,它们都是由生物细胞合成的一类特殊蛋种,它们都是由生物细胞合成的一类特殊蛋种,它们都是由生物细胞合成的一类特殊蛋白质,细胞的一切活动都离不开酶的白质,细胞的一切活动都离不开酶的白质,细胞的一切活动都离不开酶的白质,细胞的一切活动都离不开酶的“推动推动推动推动”。l l酶催化活力的高效
6、性和专一性是任何其他催化剂所无法比拟的。正因酶催化活力的高效性和专一性是任何其他催化剂所无法比拟的。正因酶催化活力的高效性和专一性是任何其他催化剂所无法比拟的。正因酶催化活力的高效性和专一性是任何其他催化剂所无法比拟的。正因为体内存在为数众多、魔力非凡的酶,体内的生化反应才能在十分温为体内存在为数众多、魔力非凡的酶,体内的生化反应才能在十分温为体内存在为数众多、魔力非凡的酶,体内的生化反应才能在十分温为体内存在为数众多、魔力非凡的酶,体内的生化反应才能在十分温和的条件下和的条件下和的条件下和的条件下(如如如如37C37C体温,近中性体温,近中性体温,近中性体温,近中性PH)PH)飞快地进行。飞
7、快地进行。飞快地进行。飞快地进行。第3页,本讲稿共19页2.酶制剂l l以微生物酶为主体的酶制剂工业形成于以微生物酶为主体的酶制剂工业形成于5050年代。其中年代。其中工业用酶工业用酶5050一一6060种,治疗和诊断用酶种,治疗和诊断用酶120120多种,酶试多种,酶试剂剂300300多种,已涉及到食品、医药、发酵、日用化工、多种,已涉及到食品、医药、发酵、日用化工、轻纺、制革、水产、木材、造纸、能源、农业、环保轻纺、制革、水产、木材、造纸、能源、农业、环保等经济部门。因此,人们把酶制剂工业称为工业领域等经济部门。因此,人们把酶制剂工业称为工业领域中的中的“医学金矿医学金矿”。第4页,本讲稿
8、共19页l l国际上酶制剂的年产量已超过国际上酶制剂的年产量已超过国际上酶制剂的年产量已超过国际上酶制剂的年产量已超过1010万吨,其来源有动物、植物与微生万吨,其来源有动物、植物与微生万吨,其来源有动物、植物与微生万吨,其来源有动物、植物与微生物。微生物酶制剂是工业酶制剂的主体,年产值已超过物。微生物酶制剂是工业酶制剂的主体,年产值已超过物。微生物酶制剂是工业酶制剂的主体,年产值已超过物。微生物酶制剂是工业酶制剂的主体,年产值已超过6 6亿美元。由亿美元。由亿美元。由亿美元。由于酶制剂主要作为催化剂与添加剂使用,它带动了许多产业的于酶制剂主要作为催化剂与添加剂使用,它带动了许多产业的于酶制剂
9、主要作为催化剂与添加剂使用,它带动了许多产业的于酶制剂主要作为催化剂与添加剂使用,它带动了许多产业的发展。发展。发展。发展。第5页,本讲稿共19页l l酶制剂的主要发展动态是:酶制剂的主要发展动态是:酶制剂的主要发展动态是:酶制剂的主要发展动态是:l l洗涤剂用酶迅速普及西欧、美日等国;洗涤剂用酶迅速普及西欧、美日等国;洗涤剂用酶迅速普及西欧、美日等国;洗涤剂用酶迅速普及西欧、美日等国;l l凝乳酶广泛用于乳酪制造;凝乳酶广泛用于乳酪制造;凝乳酶广泛用于乳酪制造;凝乳酶广泛用于乳酪制造;l l酶制剂新市场酶制剂新市场酶制剂新市场酶制剂新市场催化剂、医药用酶和三废处理用酶迅速发展;催化剂、医药用
10、酶和三废处理用酶迅速发展;催化剂、医药用酶和三废处理用酶迅速发展;催化剂、医药用酶和三废处理用酶迅速发展;l l应用固定化异构酶大量生产高果糖浆;应用固定化异构酶大量生产高果糖浆;应用固定化异构酶大量生产高果糖浆;应用固定化异构酶大量生产高果糖浆;l l筛选耐高温脂肪酶、糖化酶和蛋白酶;筛选耐高温脂肪酶、糖化酶和蛋白酶;筛选耐高温脂肪酶、糖化酶和蛋白酶;筛选耐高温脂肪酶、糖化酶和蛋白酶;l l应用基因工程技术改造和生产新型酶制剂。应用基因工程技术改造和生产新型酶制剂。应用基因工程技术改造和生产新型酶制剂。应用基因工程技术改造和生产新型酶制剂。第6页,本讲稿共19页l l通常生物材料中所含酶的总
11、量并不太少,但每一种酶的含量却很低,通常生物材料中所含酶的总量并不太少,但每一种酶的含量却很低,通常生物材料中所含酶的总量并不太少,但每一种酶的含量却很低,通常生物材料中所含酶的总量并不太少,但每一种酶的含量却很低,常在常在常在常在0.0001-10.0001-1,如胰腺中含有,如胰腺中含有,如胰腺中含有,如胰腺中含有5 5的胰蛋白酶,而脱氧核糖的胰蛋白酶,而脱氧核糖的胰蛋白酶,而脱氧核糖的胰蛋白酶,而脱氧核糖核酸酶仅含核酸酶仅含核酸酶仅含核酸酶仅含0.0040.004。由于各种酶在生物材料中含量很低,因此提。由于各种酶在生物材料中含量很低,因此提。由于各种酶在生物材料中含量很低,因此提。由于
12、各种酶在生物材料中含量很低,因此提取、分离和纯化各种酶制剂是一项比较复杂的工艺过程,犹如取、分离和纯化各种酶制剂是一项比较复杂的工艺过程,犹如取、分离和纯化各种酶制剂是一项比较复杂的工艺过程,犹如取、分离和纯化各种酶制剂是一项比较复杂的工艺过程,犹如“沙里沙里沙里沙里淘金淘金淘金淘金”的的的的“冶炼术冶炼术冶炼术冶炼术”。第7页,本讲稿共19页3.固定化酶与固定化细胞l l固定化酶与固定化细胞是酶工程的核心固定化酶与固定化细胞是酶工程的核心固定化酶与固定化细胞是酶工程的核心固定化酶与固定化细胞是酶工程的核心“软件软件软件软件”,因为以它,因为以它,因为以它,因为以它为基础就可以根据化学反应工程
13、的需要,组装成高效、连续为基础就可以根据化学反应工程的需要,组装成高效、连续为基础就可以根据化学反应工程的需要,组装成高效、连续为基础就可以根据化学反应工程的需要,组装成高效、连续运转的生物反应器,再与其他工程设备、电子元件配套形成运转的生物反应器,再与其他工程设备、电子元件配套形成运转的生物反应器,再与其他工程设备、电子元件配套形成运转的生物反应器,再与其他工程设备、电子元件配套形成完整的生物反应工艺装置。完整的生物反应工艺装置。完整的生物反应工艺装置。完整的生物反应工艺装置。第8页,本讲稿共19页l l酶的催化作用主要取决于酶的活性部位酶的催化作用主要取决于酶的活性部位酶的催化作用主要取决
14、于酶的活性部位酶的催化作用主要取决于酶的活性部位(即活性中心即活性中心即活性中心即活性中心)与底物的相互与底物的相互与底物的相互与底物的相互作用。酶的活性中心是由数个氨基酸残基组成的。要使酶在固作用。酶的活性中心是由数个氨基酸残基组成的。要使酶在固作用。酶的活性中心是由数个氨基酸残基组成的。要使酶在固作用。酶的活性中心是由数个氨基酸残基组成的。要使酶在固定化状态仍保持活性不变,使用时活力长久不衰,则必须保持定化状态仍保持活性不变,使用时活力长久不衰,则必须保持定化状态仍保持活性不变,使用时活力长久不衰,则必须保持定化状态仍保持活性不变,使用时活力长久不衰,则必须保持活性小心不受损伤。所以制备固
15、定化酶或固定化细胞时,需要活性小心不受损伤。所以制备固定化酶或固定化细胞时,需要活性小心不受损伤。所以制备固定化酶或固定化细胞时,需要活性小心不受损伤。所以制备固定化酶或固定化细胞时,需要在严密和尽量温和的条件下进行,已研究许多有效的方法可以在严密和尽量温和的条件下进行,已研究许多有效的方法可以在严密和尽量温和的条件下进行,已研究许多有效的方法可以在严密和尽量温和的条件下进行,已研究许多有效的方法可以制备表现活力高,使用寿命长的制备表现活力高,使用寿命长的制备表现活力高,使用寿命长的制备表现活力高,使用寿命长的“长效、无公害长效、无公害长效、无公害长效、无公害”的生物催化的生物催化的生物催化的
16、生物催化剂。因为应用这些催化剂不仅使用寿命长,而且整个工艺过程剂。因为应用这些催化剂不仅使用寿命长,而且整个工艺过程剂。因为应用这些催化剂不仅使用寿命长,而且整个工艺过程剂。因为应用这些催化剂不仅使用寿命长,而且整个工艺过程几乎无三废污染。几乎无三废污染。几乎无三废污染。几乎无三废污染。第9页,本讲稿共19页l l在固定化酶广泛应用的基础上,人们发现天然细胞本身就具有多功能在固定化酶广泛应用的基础上,人们发现天然细胞本身就具有多功能在固定化酶广泛应用的基础上,人们发现天然细胞本身就具有多功能在固定化酶广泛应用的基础上,人们发现天然细胞本身就具有多功能的系列化反应系统,因此采用物理或化学方法将细
17、胞固定化,这是利的系列化反应系统,因此采用物理或化学方法将细胞固定化,这是利的系列化反应系统,因此采用物理或化学方法将细胞固定化,这是利的系列化反应系统,因此采用物理或化学方法将细胞固定化,这是利用酶或酶系的一条捷径。用酶或酶系的一条捷径。用酶或酶系的一条捷径。用酶或酶系的一条捷径。l l固定化细胞技术开始于固定化细胞技术开始于固定化细胞技术开始于固定化细胞技术开始于7070年代,其实际应用程度已超过固定化酶。年代,其实际应用程度已超过固定化酶。年代,其实际应用程度已超过固定化酶。年代,其实际应用程度已超过固定化酶。l l固定化细胞比固定化酶具有明显的优点,主要是省去了破碎固定化细胞比固定化酶
18、具有明显的优点,主要是省去了破碎固定化细胞比固定化酶具有明显的优点,主要是省去了破碎固定化细胞比固定化酶具有明显的优点,主要是省去了破碎细胞提取酶的手续。酶在细胞内环境中稳定性较高,进行完细胞提取酶的手续。酶在细胞内环境中稳定性较高,进行完细胞提取酶的手续。酶在细胞内环境中稳定性较高,进行完细胞提取酶的手续。酶在细胞内环境中稳定性较高,进行完整细胞固定化时,酶活力丢失较少。尤其在需要利用复合酶整细胞固定化时,酶活力丢失较少。尤其在需要利用复合酶整细胞固定化时,酶活力丢失较少。尤其在需要利用复合酶整细胞固定化时,酶活力丢失较少。尤其在需要利用复合酶系时,应用固定化细胞生物反应器可以把发酵工艺改为
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- 关 键 词:
- 微生物学 新技术 环境工程 中的 应用
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