現(xiàn)代生物技術(shù)導(dǎo)論論文-發(fā)酵工程在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用探討

1、 現(xiàn)代生物技術(shù)導(dǎo)論論文 姓名：包紅英 學(xué)號：0968100636 學(xué)院：機(jī)械工程學(xué)院發(fā)酵工程在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用探討 摘要：本文闡述了發(fā)酵的概念、特點(diǎn)，分析了發(fā)酵工程的基本原理和過程，探討了發(fā)酵工程在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用，展望了其在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用前景，為環(huán)保工作者提供思考。 自然界存在著豐富的微生物種群，在生物圈物質(zhì)循環(huán)中著重充當(dāng)分解者的角色。微生物通過發(fā)酵作用，可以對物質(zhì)進(jìn)行降解與轉(zhuǎn)化，一方面合成自身細(xì)胞成分，另一方面，產(chǎn)生新的有用的產(chǎn)品。因此，利用微生物發(fā)酵工程的原理與技術(shù)，凈化和處理環(huán)境污染物，可以實(shí)現(xiàn)廢物資源化，提高整體工藝的效益，降低運(yùn)行成本，同時達(dá)到減輕環(huán)境污染，保護(hù)環(huán)境的目的。本文闡

2、述了發(fā)酵的概念和特點(diǎn)，分析了發(fā)酵工程的基本原理和過程，探討了發(fā)酵工程在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用，展望了其在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用前景，為環(huán)保工作者提供思考。發(fā)酵是微生物分解有機(jī)物，產(chǎn)生乳酸或乙醇和二氧化碳的過程，發(fā)酵必須依靠微生物酶的參與，并為微生物提供細(xì)胞生命活動所需的能量和各種細(xì)胞結(jié)構(gòu)物質(zhì)。廣義上的發(fā)酵是指利用微生物生產(chǎn)有用代謝產(chǎn)物的一種生產(chǎn)方式；狹義上的發(fā)酵是微生物呼吸作用的一種類型，是指微生物在厭氧條件下，以體內(nèi)的某些有機(jī)物作為最終氫（電子）受體的產(chǎn)能過程；工業(yè)上的發(fā)酵是泛指一切依靠微生物的生命活動而實(shí)現(xiàn)的工業(yè)生產(chǎn)過程。 發(fā)酵過程一般來說都是微生物及其酶作用下的生物化學(xué)反應(yīng)，通常在常溫常壓下進(jìn)行，其

3、反應(yīng)條件也比較簡單溫和，而發(fā)酵工程的三大過程要素是溫度、pH值和氧氣，因此發(fā)酵的過程要素條件一般比較容易控制。 關(guān)鍵詞: 發(fā)酵工程；發(fā)酵；環(huán)境保護(hù)；微生物 自然界存在著豐富的微生物種群，在生物圈物質(zhì)循環(huán)中著重充當(dāng)分解者的角色。微生物通過發(fā)酵作用，可以對物質(zhì)進(jìn)行降解與轉(zhuǎn)化，一方面合成自身細(xì)胞成分，另一方面，產(chǎn)生新的有用的產(chǎn)品。因此，利用微生物發(fā)酵工程的原理與技術(shù)，凈化和處理環(huán)境污染物，可以實(shí)現(xiàn)廢物資源化，提高整體工藝的效益，降低運(yùn)行成本，同時達(dá)到減輕環(huán)境污染，保護(hù)環(huán)境的目的。本文闡述了發(fā)酵的概念和特點(diǎn)，分析了發(fā)酵工程的基本原理和過程，探討了發(fā)酵工程在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用，展望了其在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用前

4、景，為環(huán)保工作者提供思考。一、發(fā)酵的概念發(fā)酵是微生物分解有機(jī)物，產(chǎn)生乳酸或乙醇和二氧化碳的過程，發(fā)酵必須依靠微生物酶的參與，并為微生物提供細(xì)胞生命活動所需的能量和各種細(xì)胞結(jié)構(gòu)物質(zhì)。廣義上的發(fā)酵是指利用微生物生產(chǎn)有用代謝產(chǎn)物的一種生產(chǎn)方式；狹義上的發(fā)酵是微生物呼吸作用的一種類型，是指微生物在厭氧條件下，以體內(nèi)的某些有機(jī)物作為最終氫（電子）受體的產(chǎn)能過程；工業(yè)上的發(fā)酵是泛指一切依靠微生物的生命活動而實(shí)現(xiàn)的工業(yè)生產(chǎn)過程。二、發(fā)酵的特點(diǎn)（1）發(fā)酵條件溫和發(fā)酵過程一般來說都是微生物及其酶作用下的生物化學(xué)反應(yīng)，通常在常溫常壓下進(jìn)行，其反應(yīng)條件也比較簡單溫和，而發(fā)酵工程的三大過程要素是溫度、pH值和氧氣，因

5、此發(fā)酵的過程要素條件一般比較容易控制。（2）發(fā)酵原料廣泛發(fā)酵所用的原料通常以淀粉、糖蜜或其他農(nóng)副產(chǎn)品為主，還可以用許多環(huán)境中的廢棄物，因此發(fā)酵原料來源廣泛。同時原料中只要加入少量的有機(jī)和無機(jī)氮源就可進(jìn)行微生物發(fā)酵反應(yīng)，加之微生物種類多，代謝旺盛，代謝途徑多樣，具有共代謝作用等。正是由于微生物的這些特性，可以充分利用廢水和廢物中的有機(jī)物作為發(fā)酵的原料進(jìn)行污染物的降解利用和資源化，達(dá)到廢物資源化和環(huán)境保護(hù)的目的。（3）發(fā)酵專一性強(qiáng)發(fā)酵過程是通過生物體的自動調(diào)節(jié)方式來完成的，更確切地講，是通過微生物的酶來調(diào)節(jié)的，由于微生物的遺傳特性及其酶的專一性，因此，發(fā)酵反應(yīng)的專一性強(qiáng)，因而可以得到較為單的發(fā)酵代

6、謝產(chǎn)物。（4）發(fā)酵的高效性微生物優(yōu)良菌種是進(jìn)行發(fā)酵的根本因素，是發(fā)酵取得良好效益的關(guān)鍵。通過微生物誘變和菌種篩選，可以獲得高產(chǎn)的優(yōu)良菌株并使生產(chǎn)設(shè)備得到充分利用，也可以因此獲得按常規(guī)方法難以生產(chǎn)的產(chǎn)品，因此發(fā)酵具有高效性。（5）發(fā)酵的創(chuàng)新性隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人們對生物技術(shù)研究的深入，現(xiàn)代發(fā)酵工程除了使用微生物外，還可以用動植物細(xì)胞和酶，也可以用人工構(gòu)建的“工程菌”來進(jìn)行反應(yīng)；反應(yīng)設(shè)備也不只是常規(guī)的發(fā)酵罐，而是以各種各樣的生物反應(yīng)器取而代之，自動化、連續(xù)化程度高，使發(fā)酵水平在原有基礎(chǔ)上有所提高和和創(chuàng)新，因此發(fā)酵具有創(chuàng)新性。三、發(fā)酵工程的原理發(fā)酵的基本原理是單一菌種在培養(yǎng)基中的純培養(yǎng)，因此優(yōu)良菌

7、種的選育和發(fā)酵過程中對雜菌污染的防治至關(guān)重要。優(yōu)良菌種的選育是發(fā)酵取得良好效益的關(guān)鍵，因此必須采取合理的菌種選育方法，獲得性能優(yōu)良穩(wěn)定的菌種。此外，發(fā)酵過程雜菌防治是生產(chǎn)成敗的關(guān)鍵，除了必須對設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)格消毒處理和空氣過濾外，反應(yīng)必須在無菌條件下進(jìn)行。污染了雜菌，生產(chǎn)上就要遭到巨大的經(jīng)濟(jì)損失，感染了噬菌體，對發(fā)酵就會造成更大的危害。因而無菌操作和無菌概念要貫穿整個發(fā)酵過程的始終，因此對雜菌的防治和控制是發(fā)酵成敗的關(guān)鍵。四、發(fā)酵工程的過程發(fā)酵工程的過程一般可以分為原料預(yù)處理、發(fā)酵準(zhǔn)備、發(fā)酵過程以及產(chǎn)品分離提純四個階段。（1）發(fā)酵原料的預(yù)處理發(fā)酵的原料豐富，來源廣泛，在環(huán)境中還可以用許多廢棄物，如

8、廢纖維素等作為發(fā)酵的原料，這樣可以節(jié)約成本，同時達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的。但微生物往往不能直接利用纖維素等原料，許多微生物發(fā)酵只能利用葡萄糖，因此要將原料進(jìn)行粉碎、蒸煮并水解成葡萄糖，以供微生物利用，因此要對發(fā)酵的原料進(jìn)行預(yù)處理。（2）發(fā)酵過程的準(zhǔn)備準(zhǔn)備階段的任務(wù)包括四個方面，即各種器具的準(zhǔn)備，培養(yǎng)基的準(zhǔn)備，優(yōu)良菌種的選育，器具和培養(yǎng)基的消毒滅菌。這里主要是菌種的制備和發(fā)酵原料的滅菌。消毒和滅菌是種子制備與發(fā)酵的必要條件。發(fā)酵過程中無雜菌感染是發(fā)酵成功與否的關(guān)鍵。同時由于發(fā)酵是一個生化過程，微生物對生長因子和環(huán)境因子等有一定的要求，因此還要添加必要的營養(yǎng)鹽和調(diào)節(jié)pH值等。（3）發(fā)酵過程發(fā)酵過程從不同

9、的角度可分成不同的類型。根據(jù)是否需要氧氣分為厭氧發(fā)酵（靜置發(fā)酵）和好氧發(fā)酵（通氣發(fā)酵）；根據(jù)發(fā)酵培養(yǎng)基的性質(zhì)分為固態(tài)發(fā)酵和液態(tài)發(fā)酵；根據(jù)發(fā)酵原料的添加方式分為分批發(fā)酵、補(bǔ)料分批發(fā)酵及連續(xù)發(fā)酵等。發(fā)酵過程還包括過程檢測、發(fā)酵條件的控制、發(fā)酵條件對菌種代謝的影響。由于發(fā)酵過程實(shí)質(zhì)上是在生物反應(yīng)器中，微生物將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為本身的細(xì)胞結(jié)構(gòu)物質(zhì)，同時生產(chǎn)目的產(chǎn)物的過程，同時由于使用的微生物菌種不同，代謝規(guī)律不一，因此可以在實(shí)際中采用不同的發(fā)酵方法。（4）產(chǎn)品的分離和純化產(chǎn)品的分離和純化是將所需要的產(chǎn)物從發(fā)酵液中分離出來的過程，亦即是從發(fā)酵液中分離提取符合質(zhì)量指標(biāo)的制品的過程，也稱后處理。主要包括細(xì)胞破碎，

10、分離，醪液輸送，過濾除雜，離子交換，超濾，層析，沉淀分離，萃取，蒸發(fā)，結(jié)晶，蒸餾，干燥包裝等過程和單元操作，當(dāng)然由于發(fā)酵的目的不同，產(chǎn)品不一樣，產(chǎn)品分離純化的步驟也不相同。五、發(fā)酵工程的應(yīng)用微生物發(fā)酵技術(shù)已經(jīng)廣泛運(yùn)用于環(huán)境保護(hù)的多方面，以下重點(diǎn)介紹幾項(xiàng)經(jīng)多年開發(fā)，已接近產(chǎn)業(yè)化的微生物發(fā)酵技術(shù)。（1）亞硫酸鹽紙漿廢液乙醇發(fā)酵亞硫酸鹽紙漿廢液中含有較多的木質(zhì)素和相當(dāng)數(shù)量的糖類，總固形物約9%-17%，其中有機(jī)物占總固形物的85%-90%。亞硫酸鹽紙漿廢液中可發(fā)酵性糖的來源主要是半纖維素。亞硫酸鹽紙漿廢液經(jīng)過預(yù)處理后，添加N、P，在發(fā)酵罐中加入絮狀酵母，通入空氣攪拌，進(jìn)行乙醇發(fā)酵，可生產(chǎn)乙醇。（2）

11、酵母循環(huán)系統(tǒng)酵母循環(huán)系統(tǒng)是一種利用酵母的新式食品廢水處理系統(tǒng)，能有效地處理廢水并能回收大量的酵母菌體，從而解決了活性污泥法剩余的污泥問題。與細(xì)菌活性污泥系統(tǒng)相比，酵母廢水系統(tǒng)的性能大大提高。酵母廢水處理系統(tǒng)日處理能力達(dá)到10-15BODkg/m3，是細(xì)菌法的5-7倍，酵母污泥可在常壓下脫水，無需添加藥劑。（3）廢纖維素的資源化纖維素是生物圈中數(shù)量最大的廢物。目前以綠色木霉生產(chǎn)纖維素酶制劑，其酶活力已經(jīng)得到很大的提高，并據(jù)此開發(fā)了纖維素酶解糖化工藝。此外利用纖維素肥料生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的技術(shù)也在不斷地改進(jìn)。80年代全世界用纖維素原料的水解液生產(chǎn)SCP 已達(dá)50104t。同時利用纖維素生產(chǎn)乙醇，被認(rèn)為

12、是解決能源危機(jī)和減少能源污染的一條有效途徑。（4）有機(jī)固體廢物的快速堆肥我國每年由固體廢棄物造成的各種經(jīng)濟(jì)損失達(dá)80 億元，而這些廢棄物中含有許多有利用價值的物質(zhì)和能量組成，各種有機(jī)物就是其中之一。運(yùn)用微生物發(fā)酵，對廢棄物進(jìn)行無害化、資源化、減量化處理，可以達(dá)到變害為寶，化害為利的目的。傳統(tǒng)的靜態(tài)發(fā)酵堆肥法就是將有機(jī)廢棄物進(jìn)行厭氧發(fā)酵，制成有機(jī)肥，使固體廢棄物無害化處理的過程。有機(jī)廢物經(jīng)堆肥化處理后，可以成為優(yōu)良的土壤改良劑和優(yōu)質(zhì)肥料。而高效快速的堆肥技術(shù)也是20 世紀(jì)60 年代以來國內(nèi)外競相研究的重點(diǎn)之一。堆肥方法已從傳統(tǒng)的露天靜態(tài)堆肥向快速堆肥法發(fā)展，如DANO工藝可以節(jié)省投資，提高處理能力。六、發(fā)酵工程在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用前景展望隨著發(fā)酵工程技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用，隨著全球范圍內(nèi)對環(huán)境保護(hù)的高度重視，為發(fā)酵工程及其技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用展示了更為廣闊的前景。我國微生物發(fā)酵工程在環(huán)境保護(hù)上的應(yīng)用還處于初級階段，發(fā)酵工程技術(shù)在環(huán)保中進(jìn)一步開發(fā)需要得到我們社會、同行及主管部門的廣泛支持。大力開發(fā)以廢物資源化為主體的微生物發(fā)酵工程技術(shù)研究，大力推進(jìn)發(fā)酵工程技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用，帶動整個環(huán)?？萍嫉陌l(fā)展，并為環(huán)保市場提供高品質(zhì)的環(huán)