污染预防和微生物制剂

环境污染控制环境污染治理环境污染预防清洁生产环境生物材料、环境友好材料废物资源化生态农业第一页，共96页。清洁生产清洁能源清洁原料：清洁生产过程清洁的产品：新能源开发可再生能源利用现有能源的清洁少用或不用有毒有害或稀缺原料：减少排放物和废物的毒性和数量使用中使用后减少各种不利影响第二页，共96页。第一节煤的生物脱硫生物脱硫的背景煤中硫的存在形式硫的生物脱除机理微生物脱硫的工艺微生物脱硫技术的发展现状和工艺第三页，共96页。一、生物脱硫的背景化石燃料煤和石油中所含有的硫是环境的主要污染源之一。酸雨的危害脱硫的必要性生物脱硫的优势脱有机硫是一个世界性难题第四页，共96页。化石燃料煤和石油中所含有的有机硫和无机硫是环境的重要污染源严重性

1998年我国有一半以上城市降水pH低于5.6。华中地区酸雨出现频率大于70%，降水的年均pH低于5.0，酸雨面积占国土面积的30%，是继欧洲、北美后世界第三大中酸雨区。迫切性随着能源危机的逐步加剧，开采高硫化石燃料成为必然。高硫化石燃料必须预先经过脱硫处理才能进一步使用。第五页，共96页。酸雨污染

绝大部分是硫酸和硝酸，主要来源于人类广泛使用化石燃料，向大气排放了大量的二氧化硫和氮氧化物。欧洲是世界上一大酸雨区，美国和加拿大东部也是一大酸雨区。亚洲的酸雨主要集中在东亚，其中中国西南、华南是酸雨最严重的地区，成为世界上第三大酸雨区。由于欧洲地区土壤缓冲酸性物质的能力弱，酸雨使欧洲30%的林区因酸雨的影响而退化。在北欧，由于土壤自然酸度高，水体和土壤酸化都特别严重，有些湖泊的酸化导致鱼类灭绝。美国国家地表水调查数据显示，酸雨造成了75%的湖泊和大约一半的河流酸化。加拿大政府估计，加拿大43%的土地（主要在东部）对酸雨高度敏感，有14000个湖泊是酸性的。水体酸化会改变水生生态，而土壤酸化会使土壤贫瘠化，导致陆地生态系统的退化。第六页，共96页。酸雨的危害美国纽约州，阿第伦达克山980年

泰德.史匹格尔

早春时节的酸雨酸雪污染了河川，造成一场致命的“酸流”，令溪鳟纷纷死于鳃部伤害。(国家地理杂志)第七页，共96页。酸雨对森林的破坏第八页，共96页。二、煤中硫的存在形式无机硫：占60％－70％，绝大部分以黄铁矿硫(FeS2,FeS）的形式存在，还有少量硫酸盐硫，微量的元素硫。有机硫：与煤中的有机质结合为一体，分布均匀,物理法不易脱除。主要有噻吩基、巯基、硫醚和多硫链等官能团形式。第九页，共96页。有机硫类型烷基-硫醇环基-硫醇芳香基-硫醇二烷基-硫环基-硫苯并-二氢噻吩环基烷基-硫芳香基烷基-硫二烷基-硫噻吩苯并-噻吩噻吩并-噻吩二苯基-噻吩硫醇噻吩类硫化物Dibenzothiophene(DBT)

第十页，共96页。煤炭的化学结构模型第十一页，共96页。三、硫的微生物脱除机理1.无机硫的脱除机理两种观点：细菌浸出脱硫—细菌的生化反应有助于硫化物在水中的溶解；微生物助浮脱硫—微生物改变矿物表面性质使黄铁矿溶于水。第十二页，共96页。(1)微生物浸出脱硫的机理氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌是目前对无机硫脱除效果最好的微生物；另外还有氧化亚铁钩端螺旋菌、酸热硫化叶菌2FeS2+7O2+2H2O→2FeSO4+2H2SO4(1)2FeSO4+1/2O2+H2SO4→Fe2(SO4)3+H2O(2)FeS2+Fe2(SO4)3→3FeSO4+2S（间接氧化(3)2S+3O2+2H2O→2H2SO4（4）第十三页，共96页。(2)微生物助浮脱硫的原理一种物理浮选法和微生物处理相结合的方法。未经微生物处理的情况下，煤和黄铁矿的微粒浮在水中，一起浮在气泡上不能分开。加入细菌后，细菌仅能吸附在黄铁矿上，由于微生物的亲水性和微生物的迅速粘附，黄铁矿表面由疏水性变为亲水性，在浮选过程中，黄铁矿难以浮在空气泡上就下沉到底部，灰分也可同时下沉而被去除。第十四页，共96页。微生物＋水黄铁矿煤空气水微生物助浮脱硫过程示意图浮选柱固液分离污水处理回用第十五页，共96页。2.有机硫的脱除机理

以二苯并噻吩为模式化合物的脱硫途径(1)碳架破坏途径(C-C键被切断)(2)碳架保留途径(专一地切断C-S键而保留完整的碳架)第十六页，共96页。四、微生物脱硫的工艺（1）微生物浸出脱硫技术简单的处理空气搅拌式反应器（2）微生物助浮脱硫浮选柱内进行，美国弗吉尼亚大学开发的Microcel微泡浮选柱和美国肯塔基大学开发的肯浮劳特浮选柱。第十七页，共96页。简单的处理：煤炭上布洒含有微生物的溶液，水浸透在煤中实现脱硫。生成的硫酸在底部从煤中去除。装置简单，经济，操作容易，但处理时间长。第十八页，共96页。空气搅拌式反应器：把粉碎了的煤与含有微生物的溶液在空气泡中进行搅拌脱硫，比机械搅拌对微生物损伤小，同时因为能迅速微生物生长必需的二氧化碳和氧气，可以加快浸出速度及增强浸出效果,缩短了处理时间。18－28天能脱去黄铁矿90％－95％。第十九页，共96页。FeS2氧化液体粉碎过滤中和沉淀加热水洗原煤含菌液体回流煤成品沉渣处置加水煤炭细菌脱硫工程的工艺过程粉碎过滤中和沉淀加热原煤含菌液体回流沉渣处置加水水洗煤成品反应器煤炭细菌脱硫工程的工艺过程无机硫的微生物脱硫工艺－微生物浸出脱硫第二十页，共96页。五、微生物脱硫技术的发展现状和趋势以微生物为对象的基础研究逐渐发展到以工艺流程设计和总体设计为目的的应用研究，致力于工业技术的开发与应用。美国、荷兰、德国、捷克等报道了半工业化或工业性实验，捷克北部三个露天煤矿采用氧化亚铁硫杆菌脱除褐煤中硫，结果显示，无机硫脱除率平均为78.5％，有机硫的脱除率平均为23.4％。中国在这方面的研究起步较晚，只限于实验室研究。第二十一页，共96页。存在的问题及策略a.煤的破碎费用高；b.反应时间长，c大规模生产中传热是一个棘手问题；d.硫氧化产物需进一步处理；e.煤炭中的杂质对微生物的抑制作用。第二十二页，共96页。（2）存在的问题及策略解决策略：a.选育和驯化高效脱硫菌，b.利用生物工程技术构建高效脱硫工程菌，c..对脱硫液进行回收处理，实现废物资源化，避免二次污染,d.设计更加合理的工艺流程。重组菌株比原始菌株具有更高的脱硫效率和广阔的工业应用与环境保护前景。第二十三页，共96页。第二节石油的生物脱硫一、石油中硫的存在形式原油的总硫量在0.03％－7.89％，大部分为有机硫，占总硫量的50％－70％；少量的元素硫、硫代硫酸盐、H2S、FeS2溶解或悬浮在油中。有机硫的存在形式有硫醇、硫化物和噻吩三大类，主要为噻吩类有机硫硫醇易于去除，杂环硫较难。第二十四页，共96页。二、脱硫的途径和微生物生物脱硫的研究工作主要集中在红球菌属细菌，目前红平红球菌IGTS8已用于开发商业的生物脱硫技术。红平红球菌IGTS8中存在着120kb的线状质粒，含有dszA、dszB、dszC基因负责催化DBT的脱硫。这些基因已被克隆并测序，表达产物也被纯化出来。第二十五页，共96页。二、脱硫的途径和微生物假单胞菌广泛存在于石油中，具有许多作为生物催化工业应用菌株的优良特性。研究者以假单胞菌为受体菌，将改造的dsz基因在其中进行表达，比原始菌株能更有效的脱硫，如构建的菌株铜绿假单胞菌EGSOX24小时能够转化95％的DBT，IGTS8仅为18％。第二十六页，共96页。脱硫油生物反应器酶和细胞增殖生物催化剂和水循环利用失效的生物催化剂副产物回收高硫油分离油生物催化剂和水O2O2O2O2CO2CO2CO2CO2三、经典的石油生物脱硫工艺流程营养物第二十七页，共96页。生物脱有机硫的优势生物催化脱硫（BDS）在常温常压下操作，而且能耗比加氢脱硫技术（HDS）低70%-80%。该过程还可回收有机磺酸盐等化学品，可为炼油厂增加经济效益。采用BDS技术的投资额约为加氢脱硫技术(HDS)的一半，操作费用比HDS低10%-25%。从整个汽油组分来讲，炼油厂每m3成品汽油的BDSUS$，低于HDS成本。第二十八页，共96页。嗜热耐热性微生物的优势I.石油炼制过程中的精馏后，即使在HDS后的油品温度也较高。如用耐热性的微生物可省去冷却过程所带来的麻烦，并可提高生物脱有机硫的反应速率；II.耐热微生物所含有的耐温酶类具有重要的生产潜力和应用前景。脱有机硫的耐热微生物酶催化剂热稳定好，反应速度快，较一般常温微生物优势明显；第二十九页，共96页。嗜热耐热性微生物的优势III.已发现的具降解DBT能力的微生物(如红平红球菌、诺卡氏菌)耐热能力较差，仅能在30oC附近生长和脱硫;一些耐热能力较强的假单胞菌、嗜酸热硫化叶菌等微生物能在50oC左右降解DBT，但均仅能攻击C-C键，而不能有效脱除DBT中的有机硫；IV.有必要寻找能耐热、能有效攻击C-S键的微生物，如能从自然界筛选到耐热性具碳架保留途径的脱有机硫菌株最佳，并可填补这一领域的研究空白，具有重要的理论价值和应用前景。第三十页，共96页。四、技术经济分析目前与直接购买低硫油相比仍十分昂贵。生物脱硫必须与方便的氢制造技术竞争。可以通过其过程的副产品创造价值。第三十一页，共96页。第三节生物制浆一、造纸废水的污染造纸工业中的制浆和漂白工序是污染物产生的主要工序。传统的化学漂白采用氯或二氧化氯，废水中含大量氯代有机物，具有致癌致畸作用。废水中还有很高的COD、BOD，1985年更发现废水中含有剧毒二噁英类化合物。（淮河的污染为例）。第三十二页，共96页。木质素空腔纤维素木质素存在于除苔藓和藻类外所有植物的细胞壁中，由松柏醇、香豆醇和芥子醇聚合而成的高度分枝多聚物。木质素的转化木质素是造纸工业有效利用纤维素的最大障碍，结构非常复杂，与木聚糖形成复合体紧密附着在纤维上，难以去除第三十三页，共96页。传统制浆是用烧碱或硫酸盐高温蒸煮原料，除去木质素降低纤维间的结合力利于制浆。影响纸浆得率，并造成环境污染。第三十四页，共96页。二、生物技术用于造纸的漂白（1）木聚糖酶的预漂白作用木聚糖酶对纸浆进行预漂白，可以减少随后的化学漂白用氯量30％－40％，废液中有机氯化物与毒性物含量显著减少。基因工程、蛋白质工程手段获得的耐热耐碱木聚糖酶以成为研究热点，几个编码木聚糖酶的基因已经被克隆和测序,在大肠杆菌中表达。第三十五页，共96页。（2）木质素酶的漂白作用1983年分别发现两种木素降解酶—木质素过氧化物酶与锰过氧化物酶。漆酶作为木指素降解酶用于纸浆漂白的研究是最晚的。漆酶可以选择性地降解木质素，生产纸浆。漆酶是一种含铜的酶蛋白,最主要的生产者是担子菌中的白腐菌。漆酶的作用需要氧化还原中介物的作用（简单的有机化合物如3－羟基邻氨基苯甲酸3-HAA）。第三十六页，共96页。（2）木质素酶的漂白作用以后的工作：选育高产木聚糖酶菌种；筛选生产过氧化物酶的菌种；基因工程菌。利用木聚糖酶和木质素酶共同作用有望完全降解木质素。第三十七页，共96页。第四节生物合成替代化工合成

一、生物合成的优势生物合成过程以酶促反应为基础，通常在常温、常压下进行，酶对底物有高度的专一性，生物转化效率高，副产物少。投资省，费用少，消耗低，过程稳定，降低污染，有利于实现工艺过程生态化，真正实现清洁生产的目标。

第三十八页，共96页。二、以丙稀酰氨为例生物合成的应用1.丙稀酰胺的生产方法以丙稀腈为原料，在催化剂的作用下，进行水合反应生成丙稀酰胺。（1）铜催化水合法利用骨架铜系列催化剂，丙稀腈与水直接反应生成丙稀酰胺。纯度高，收率高，已实现大规模生产，是目前生产丙稀酰胺的主要方法。问题：高温高压下进行，工艺流程较长，存在一些微量铜离子及齐聚物和共聚物而影响产品的质量。第三十九页，共96页。丙稀酰胺的生物催化合成法（1）微生物催化水合法用产生腈水合酶的微生物细胞固定后，催化水合生成丙稀酰胺。高活性、高选择性、高收率、低能耗、成本低，无齐聚物和共聚物等副产品，没有铜离子等杂志，“三废”少。（3）酶催化水合用丙稀腈水合酶和酰胺酶两步转化法是合成丙稀酰胺的最新工艺。第四十页，共96页。生物合成的优势

在常温常压下进行，与化学法相比，微生物催化法生产工艺要节能和节省投资百分之五十。微生物催化法生产丙稀酰氨过程种，产生“三废”少，而化学法生产过程中，在催化剂再生，产品后处理等操作中产生大量的酸、碱废液。因此，微生物催化发有利于环境保护。第四十一页，共96页。丙稀酰胺主要用于制造水溶液性聚合物——聚丙稀酰胺。聚丙稀酰氨能广泛应用于絮凝，增稠，减阻，凝粘，粘结，阻垢等领域。

2.丙稀酰胺的主要用途

第四十二页，共96页。2.丙稀酰胺的主要用途

（1）在水处理中的应用聚丙稀酰胺的酰氨基可与许多物质亲和，吸附形成氢键生成絮团，加速物质粒子沉降，因而聚丙稀酰胺是目前世界上应用最广、效能最高的高分子有机絮凝剂，其品种有阳离子,阴离子及非离子型，适用于不同的处理对象。第四十三页，共96页。2.丙稀酰胺的主要用途

（2）在造纸工业中的应用聚丙稀酰胺在造纸工业中主要应用于两方面：一是提高填料、颜料的存留率以降低原材料的流失和对环境的污染；二是提高纸张的强度。另外，使用聚丙稀酰胺还可以提高纸的抗撕性和多孔性，以改进视觉和印刷性能。第四十四页，共96页。2.丙稀酰胺的主要用途

（3）在采油工业中的应用高分子质量的聚丙稀酰胺不仅是一种高效絮凝剂，也是一种极其优良的增稠剂，在油田石油开采中可作为多种用途的添加剂，如用作钻井液添加剂，压裂液及用于聚合物驱油以提高石油采收率。第四十五页，共96页。

第八章

环保型型微生物制剂的开发应用环保型微生物制剂及其品种环保型微生物制剂的生产与使用环保型微生物制剂的展望第四十六页，共96页。

第一节

环保型型微生物制剂的开发应用环保型微生物制剂指将具有特定功能的有益微生物大量繁殖后制成活菌体或菌体产生的特定物质的产品，应用于环境，起到治理污染，改善环境质量及保护环境的作用。从源头控制污染，保持生态平衡。一、微生物降解剂二、微生物农药三、微生物肥料四、生物表面活性剂五、生物塑料六、微生物絮凝剂第四十七页，共96页。一、微生物降解剂对污染物降解能力强的菌株扩大生产、制成产品，应用于环境的无害化处理，即是微生物降解剂。降解的对象是氰和腈化物、苯和酚、硝基化合物、石油烃类、氯苯和农药、洗涤剂等多种有机物；还包括染料脱色菌、重金属吸附并转化菌、混合降解菌等。（难处理的）第四十八页，共96页。生物强化技术通过向废物处理系统中直接投加从自然界中筛选的优势菌种或基因工程菌，以改善原处理系统的能力，达到对某一种或某一类有害物质的去除或某方面性能改进的目的的环境生物技术。应用：处理有毒有害难降解废水的处理如：制药废水、印染废水；微污染水源水的处理（生物强化过滤有效去除氨氮、亚硝酸盐、有机物、铁、锰、浊度、色度等）；垃圾渗滤液的处理（如用日本专利产品EM菌剂）。第四十九页，共96页。二、微生物农药1.定义：利用微生物或其基因产生或表达的各种生物活性成分，用于防治植物病虫害、杂草、鼠害各种制剂的总称。

第五十页，共96页。2.特点：高效低毒，对人畜安全无毒，不杀伤害虫的天敌和有益生物；无残留，不污染环境，利于保持生态平衡；许多是由多种有效成分构成的，害虫和病原菌难以产生抗药性；生产工艺设备简单，有明显的开发优势。第五十一页，共96页。1．细菌杀虫剂

苏云金芽孢杆菌开发最早，应用最成功，占细菌杀虫剂总量的95％以上。对800余种昆虫有不同程度的致病性，对20多种重要农作物害虫防治效果显著。伴胞晶体：芽孢形成的过程中另一端同时形成伴胞晶体。形态多种多样，主要有菱形、球形、方形、多边形和不规则形。是一种蛋白质，又称δ－内毒素，是主要的杀虫物质。微生物农药的主要品种简介

第五十二页，共96页。1．细菌杀虫剂

90年代以来，第二代细胞工程杀虫剂和第三代基因工程杀虫剂相继投入市场。90年代初被批准登记或进入田间试验的有10余中遗传重组杀虫剂。微生物农药的主要品种简介

第五十三页，共96页。伴胞晶体的杀虫原理伴胞晶体原毒素肠道碱性条件活性毒素片断蛋白酶作用昆虫中肠上皮细胞糖蛋白受体离子通道渗透平衡破坏细胞膨胀并瓦解

芽孢从穿孔部位进入血腔，萌发成营养细胞并迅速繁殖，害虫得败血症死亡

第五十四页，共96页。2．病毒杀虫剂昆虫病毒突出的特点是它们大都在宿主细胞内形成蛋白结晶性质的包含体（inclusionbody）。根据包含体在寄主细胞中的部位，可分为：（1）核型多角体病毒（(NPV)），多角体于细胞核内形成，包含体内含有多个病毒粒子。（2）质型多角体病毒(CPV)），多角体于细胞质内出现，包含体内含有多个病毒粒子；（3）颗粒体病毒(GV)，椭圆形颗粒状包含体存在于细胞核或细胞质内。微生物农药的主要品种简介

第五十五页，共96页。病毒杀虫剂国际上：试制20多种病毒杀虫剂，大规模工业生产的只有几种，如美洲棉铃虫NPV杀虫剂、舞毒蛾NPV杀虫剂、黃杉毒蛾NPV杀虫剂、赤松毛虫CPV杀虫剂。我国：中国棉铃虫NPV杀虫剂、油桐尺蠖NPV杀虫剂、斜纹夜蛾NPV杀虫剂、松毛虫NPV杀虫剂、菜粉蝶GV杀虫剂以及病毒杀虫剂。第五十六页，共96页。3．真菌杀虫剂白僵菌（Beaurevia）是广谱性寄生真菌，既可以在活体昆虫体内寄生，又可以营腐生生活，能侵染鳞翅目、鞘翅目、直翅目等的多种昆虫及螨类。白僵菌的孢子侵染虫体后，适宜条件下分生孢子萌发，在昆虫体内增殖，并分泌毒素和草酸钙结晶，破坏寄主组织，使寄主代谢紊乱，最后在虫体上生出白色的棉絮状菌丝和分生孢子梗及孢子堆，虫体变成白色僵尸。第五十七页，共96页。我国使用白僵菌防治松毛虫、松针毒蛾、油桐蚜虫、茶叶毒蛾、大豆食心虫、杨树天牛、玉米螟、水稻叶蝉等害虫。注意：白僵菌能感染家蚕，养蚕地区控制使用；人体吸入大量的孢子类似感冒，操作者要进行适当的防护。第五十八页，共96页。4．杀虫抗生素—阿维菌素

—大环内酯类抗生素

神经末梢受体γ－氨基丁酸

阿维菌素

促进γ－氨基丁酸释放进入细胞的氯离子增加，细胞膜超极化细胞膜受体神经信号传递受抑

产生菌为阿维链霉菌对昆虫、线虫、螨虫有很好的杀除效果。促进结合于第五十九页，共96页。5．原生动物杀虫剂孢子是微孢子虫生活史中唯一可在宿主细胞外生存的发育阶段，即本虫的感染期。

孢子寄主细胞释放原孢质分裂体二分裂或多分裂重复感染或形成母孢子孢子第六十页，共96页。6、防病抗生素井冈霉素产生菌是吸水链霉菌井冈变种。井冈霉素是用量最大的农用抗生素，对水稻的纹枯病、其他作物的立枯丝核菌引起的病害都有良好的防治作用。第六十一页，共96页。三、微生物肥料

（一）定义及种类利用有益微生物为植物提供有效养料和促进生长的微生物制剂。分为两类，一类是增加植物营养的供应量，代表是根瘤菌肥料；另一类是通过生长刺激素对植物的刺激作用，促进对植物营养元素的吸收，或是拮抗某些病原微生物的致病作用，减轻病虫害而导致产量增加，是广义的生物肥料，植物根际促生菌即属此类。第六十二页，共96页。三、微生物肥料

微生物肥料比化学肥料的优点：长期使用不会造成环境的污染与危害。但还不能从营养角度完全满足作物生长的需要，不能全部取代化肥，而是减少化肥的用量。第六十三页，共96页。（二）主要微生物肥料1.根瘤菌肥料根瘤中细菌以多形态(类菌体)出现，呈棒状、T型、Y型。根瘤的结构有利于保护根瘤菌，防止其他微生物的竞争。植物与根瘤菌是互惠共生关系，植物通过光合作用合成糖类，输送到根瘤，供给根瘤菌能源，根瘤菌固氮把空气中的分子氮转化为化合态氮，再转化为谷氨酸和谷氨酰类随时输出供给植物利用，利用率可达100％，不污染环境。第六十四页，共96页。（二）主要微生物肥料2.植物根圈促生菌剂大多数植物根圈促生菌产生铁载体，将铁螯合起来，限制有害微生物生长；或产生一种或多种抗生素抑制或杀死多种病原体；或对杂草有害；或诱导植物产生整体抗性。第六十五页，共96页。（二）主要微生物肥料3.菌根菌真菌和植物根以互惠共生关系建立起来的共生体称为菌根。外生菌根的真菌菌丝在根外形成致密的鞘套，少量菌丝进入根皮层细胞的间隙中。植物根为真菌的生长提供能源，菌根菌为植物提供矿物质和水，还可产生植物之间的抑制物质，使生长植物对其他植物存在偏害关系，削弱外来者的竞争，以保持占据的生境。第六十六页，共96页。四、生物表面活性剂

(一)

生物表面活性剂的定义及性质生物在一定的生长条件下，在其代谢过程中分泌产生的具有一定的表面或界面活性的代谢产物。理化性质同化学合成的表面活性剂相似，但活性更高、无毒性，易被微生物降解，不会对环境造成二次污染，有可能成为化学合成表面活性剂的替代品。第六十七页，共96页。结构特点：非极性疏水基：一般为脂肪酰基链。极性的亲水基：有多种形式，如中性脂的酯或醇功能团、脂肪酸或氨基酸的羧基、磷脂中含磷的部分以及糖脂中的糖基。糖脂不溶于水，非极性糖脂溶于氯仿等憎水溶剂，而极性糖脂溶于氯仿/甲醇混合溶剂。第六十八页，共96页。（二）生物表面活性剂的种类按用途可分为生物表面活性剂和生物乳化剂。生物表面活性剂是分子量低的小分子，能显著改变表面/界面张力。生物乳化剂是一些大分子物质，虽不能显著降低表面/界面的张力，但对油水界面表现出很强的亲和力，防止油滴凝聚，从而使乳状液稳定。依据他们的化学组成可分为糖脂、脂肽和脂蛋白、中性脂/脂肪酸、磷脂、聚合物和全细胞表面本身等。第六十九页，共96页。（三）生物表面活性剂的生产1.

生产生物表面活性剂的菌株由很多种类的微生物如细菌、放线菌、酵母菌等合成。培养基的碳源可分为3类：一类是以烷烃作为碳源的微生物，如棒状杆菌；一类是以水溶性底物为碳源的微生物如芽孢杆菌；第三类是以烷烃和水溶性底物两者为碳源的微生物，如假单胞菌。

第七十页，共96页。2.表面活性剂合成的代谢调节碳源的影响：培养基中的碳源是决定生物表面活性剂结构和产量的重要因素，有的微生物仅在烃类培养基上生长时才产生生物表面活性剂，但也有的只需要一些糖类和氨基酸就可以产生。可以通过向培养基中加入长链脂肪酸、烃、甘油酯等油性物质诱导，是目前研究最多的调节方式。添加烃的类型很重要，有的细菌生产表面活性剂对烃类有一定的专一性。第七十一页，共96页。氮源及其他因素的影响：如C/N比可以决定假单胞菌对糖脂的生产；NaNO3是石蜡酪杆菌B126合成糖脂的适宜N源，用铵盐作N源则产量较低。提高产率的方法：调节碳源（烷烃、蔗糖）、氮源；低稀释率；诱变筛选或构建工程菌。第七十二页，共96页。应用于石油开采业技术（1）微生物强化采油技术往油层中注入某些微生物和营养物质，微生物产生表面活性物质。降低原油与水两相界面的张力，使地层毛细管孔隙中夹持的原油大量释放出来，从而提高原油采收率。第七十三页，共96页。鼠李糖脂与石油磺酸盐PSD-2复配，使大庆原油的界面张力大大下降。发酵液与磺酸盐B-100复合使用，使表面张力降得更低，比水驱采油提高采收率20%，成为高效廉价驱油剂。第七十四页，共96页。2、在环境生物工程上的应用

增溶作用和乳化作用。污染环境中加入微生物或表面活性剂(生物的或化学合成的),能够增强憎水性化合物的亲水性和生物可利用性,使进入环境的污染物不断地降解，有助于污染环境的生物修复。糖脂类生物表面活性剂不仅可提高烷烃的去除率,而且可加速烷烃的矿化程度,缩短可被微生物利用的适应时间。第七十五页，共96页。3、在食品工业和精细化工中的应用

蔗糖酯、卵磷脂、山梨聚糖等都是目前食品工业常用的乳化剂。另外,生物表面活性剂还可以用作食品加工业和精细化工中的保湿剂、防腐剂、润湿剂、起泡剂、增稠剂、润滑剂等。如生物乳化剂作色拉调味剂。槐糖脂具有良好的皮肤亲和性，可作为皮肤保湿剂用于化妆品中。蔗糖酯也可以改善化妆品的洗涤性能，增加皮肤的光润和滑腻性。第七十六页，共96页。（五）问题和发展前景

问题：生产成本较高3～10倍解决策略：(1)通过选育高产菌株(2)找到廉价发酵原料（3）改进发酵工艺、用先进的下游技术（4）开发出它的二次产品,提高其附加值。第七十七页，共96页。五、生物塑料已经商品化的可生物降解塑料主要包括脂肪族聚酯、淀粉-聚乙烯、热塑性淀粉共混物、聚乳酸和聚己内酯。（一）聚β－羟基烷酸（PHAs）的结构当R为甲基、m为1时，单体为β－羟基丁酸（HB），聚合物为PHB。两种或两种以上的单体还能形成共聚物，典型代表为PHBV，是β－羟基丁酸和β－羟基戊酸（HV)的聚合物。第七十八页，共96页。线状的β－羟基烷酸的聚酯。多聚物的相对分子质量可高达2x106；PHB是100％立体专一性的，所有不对称碳原子都是D(-)构型，因此PHB是高度结晶的晶体。

在物理性质甚至在分子结构上与聚丙稀很相似，如熔点、玻璃态温度、结晶度、抗张度等，并且具有相对密度大、透氧率低、抗紫外线照射、具有光学活性、阻湿性和压电性等优点。PHAs的理化性质第七十九页，共96页。PHAs的用途PHAs这类热塑性聚酯可以纺丝、压膜或注塑，在工业上可以用作各类包装材料；农业上用作农用薄膜、长效农药或肥料的生物降解载体；在医药方面可作外科缝线、骨骼代用品或骨板、术后无需取出，还可用于血管替代品，长效药物的生物降解载体。

第八十页，共96页。PHB的生物相容性：研究发现，PHB的降解产物D(-)－3－羟基丁酸是普遍存在于高等动物中的中间产物，在原核生物真核生物中发现的含有100－200个单体的小分子量的PHB具有组成细胞膜离子通道组成的作用，并且在人体血浆中也检测到它的大量存在。因而有理由相信，植入哺乳动物组织的PHB不会对机体产生毒性作用。第八十一页，共96页。PHB存在两个缺点：一是融化稳定性较差：其分解温度约为200度，与熔点（175度）相近。可通过发酵过程中加入3－HV的前体合成PHBV共聚体或将PHB与其他多聚物混合使用来解决；二是易老化发脆：可以通过简单的淬火处理来解决。第八十二页，共96页。（二）PHAs的微生物合成1.

合成PHAs的主要微生物目前研究较多的用于合成PHAs的微生物有：产碱杆菌，假单胞菌属，甲基营养菌，固氮菌属；红螺菌属。这些微生物分别利用不同的碳源生产不同的PHAs。目前大多采用真养产碱杆菌和重组大肠埃希氏菌。第八十三页，共96页。PHAs的合成及调控

PHAs的发酵生产中，将发酵分为两个阶段进行控制：第一阶段为菌体细胞的形成阶段，在此阶段微生物利用基质形成大量的菌体，而PHAs的积累很少；第二阶段为多聚体形成阶段，当氮、磷、镁或氧某种营养耗尽时，细胞进入PHAs的形成阶段，在此阶段PHAs大量形成而菌体细胞基本不繁殖。

第八十四页，共96页。PHAs的合成及调控

可采用流加发酵法对营养物质进行