绿色化学-5答题.pptVIP

Chap.5 生物质的生化加工 4.发酵产物的分离提取 5.发酵废物的回收利用 当发酵进行到一定阶段，发酵罐内积累了相当数量的代谢产物或生长旺盛的微生物细胞时，应及时终止发酵进程，将产物从发酵液中分离提取出来。产物的提取根据产物的特性的不同，选择不同的方法。获得的产物按照国家有关部门制定的标准进行质量检测和性能测试。 在工业发酵过程中，经常排放大量废水和下脚料，对环境造成污染和危害，因此，开展工业“三废”处理和综合利用也是发酵生产中不可忽视的一环。如柠檬酸发酵后菌丝体制果胶酶，谷氨酸发酵后细菌通过自溶可提取5-肌苷酸，酒糟下脚料可用来培养单细胞蛋白等。 遗传工程也叫基因克隆，它是将所需要的基因从DNA或染色体上切割下来或人工合成，在细胞体外将该基因连接到载体上，通过转化或转导将重组的基因组导入受体细胞，使后者获得复制该基因的能力，从而达到定向地改变菌种遗传特性或创造新菌种的目的。这种新细胞繁殖的子代细胞称为克隆体，它们具有所希望的新的遗传性能和生产性能，这是常规育种方法所无法做到的。遗传工程将迅速地在动植物和微生物中得到应用，这样就可以使微生物获得本来只有动植物细胞才具有的生产特性。如使微生物能产生动物性蛋白质，如胰岛素、人体生长激素、干扰素、单克隆抗体等抗病毒、抗肿瘤的药物。 5.2.4 发酵工业的未来 1.利用遗传工程等先进技术，人工选育和改良菌种 细胞原生质融合技术使动植物细胞的人工培养技术进入了一个更高层次的发展阶段。植物细胞培养能生产一些微生物所不能合成的特有代谢产物，如生物碱类（尼古丁、阿托品、番茄碱等）、色素（叶绿素、类胡萝卜素、叶黄素等）、类黄酮和生长控制剂（赤霉素等）、调味品和香料等。细胞培养用于种苗生产，如兰花等名贵花卉和良种谷种的培育可不受外界环境的影响。人们期望有一天能将豆科植物的共生固氮基因转移到非豆科作物中去，使原来不能与根瘤菌共生固氮的禾木科植物变成能固氮，从而不再需要氮肥。 对于高等生物来说，细胞的集合体又成了组织和器官，它们彼此协调，各自发挥其功能，产生复杂的生命现象。1907年，美国哈里森首次将蛙的神经组织在试管内培养成功；1949年，恩特斯成功地培养了脊髓灰质类病毒，开拓了以动物病毒为研究对象的新领域。利用大规模细胞培养技术生产贵重药品干扰素、胰岛素、生长激素、疫苗和单克隆抗体等将普遍采用。 2.采用发酵技术进行高等动植物细胞培养 将酶固定在不溶解的膜状或颗粒状聚合物上，以聚合物作为载体的固定化酶在连续催化反应过程中不再流失，从而可以回收并反复利用，这样就改善了酶反应的经济性。此外，有些酶在游离状态下容易失活，固定以后其稳定性得以提高。固定化细胞就是将具有一定生理功能的生物体（如微生物、植物细胞、动物组织或细胞、细胞器等）用一定的方法进行固定，作为固体催化剂利用。它可以省掉提取工艺，使酶的损失达到最低限度。有时可以利用细胞的复合酶系统催化有关反应，因此，可以将某些产物的发酵法改为固定化酶连续反应法，这是生产工艺的巨大革新。 3.固定化酶（细胞）技术 生化反应器是生化反应进行的场所，其开发涉及流体力学、传热、传质和生物化学反应动力学等。生物工程从实验室成果转变成巨大的社会和经济效益，是通过规模巨大的生化反应器来实现的。发酵工业中绝大多数反应器属于非均相反应器，基本分为机械搅拌式、鼓泡式和环流式三大类。进行反应器设计时应考虑：a.选择特异性高的酶或特殊生产率高的活细胞，以减少副产物的生成，提高原料利用率。b.尽可能提高产物的浓度，减少投资和产品回收的支出。生化反应器亟待解决的问题有生物工艺过程的程序控制、生物反应器的散热、提高反应效率等。对于非牛顿流体的发酵液和高粘度的多糖发酵液等，缺乏其流变特性数据，是反应器设计和放大的困难所在。应用电子计算机在试验装置中对发酵过程进行检测可以获得这类数据。计算机控制系统应用于发酵过程是发展的必然趋势，目前在啤酒、面包酵母、谷氨酸等生产中已经采用。 4.计算机自动控制发酵生产 发酵法生产氨基酸是典型的代谢控制发酵，即通过人工突变的方法获得生产菌种。突变株中都有解阻抑系统，从原料到产物的合成过程是畅通无阻的。用基因工程手段提高现有菌的产酸能力在苏氨酸生产中获得成功，它主要是将合成苏氨酸的基因接到小质粒上带入另一个细胞，通过基因扩增，增加合成苏氨酸的酶量，从而达到增加产量的目的。酶法生产氨基酸反应过程简单，副产物少，时间短，生产效率高，提取方便，已经在丙氨酸、色氨酸等生产中采用。 5.发酵生产单细胞蛋白 当今世界正面临着三大问题，即食物、能源和环境。开发单细胞蛋白（SCP）是解决人类食物问题的重要途径。SCP的主要用途是饲料和食用微生物。同样500Kg的一头牛和活菌体，在24h内前者可合成蛋白质0.5Kg，而后者在一定条件下则可产生1250Kg蛋白质。