环境生物--幻灯片.pptVIP

第十一章 生物化工技术 3.2.1 酶的固定化 游离酶的一些不足之处： （1）酶的稳定性较差 （2）酶的一次性使用 （3）产物的分离纯化较困难 固定化酶是被固定在某一有限空间内不再能自由流动而仍有催化活性的酶。 固定化酶是20世纪50年代发展起来的一项技术 1969年固定化氨基酸酸化酶在工业生产中被正式应用 1971年的第一届国际酶工程会议上，正式 采用固定化酶 缺点： 但由于固定化酶是通过反应而被结合在载体上，固定化过程中酶的活力难免有一定损失； 而底物则要求是水溶性的，这样才能够接触酶而发生反应； 也不适宜于需要辅助因子的反应。 胞内酶必须经过酶的分离过程 1、吸附法 2、包埋法 包埋法 3、结合法 1、酶在疾病诊断方面的应用 酶学诊断： 2、酶在疾病治疗方面的应用 3、酶在生物制药方面的应用 1.青霉素酰化酶 3.3.2 酶在食品方面的应用 1.酶法生产葡萄糖 2.酶法生产果葡糖浆 3.饴糖的生产 4.酶在蛋白质制品加工方面的应用 5.酶在果蔬加工方面的应用 6.酶在改善食品的品质和风味中的应用 3.3.3 酶在轻工业方面的应用 1.酶在原料处理方面的应用 2.酶在轻工产品制造方面的应用 3.酶作为添加剂 重点内容： 微生物燃料电池 酶生物燃料电池 1.2 生物燃料电池概念和特点 1.2.1 概念和原理 生物燃料电池（biofuel cell）：利用酶或者微生物组织作为催化剂，将燃料的化学能转化为电能的发电装置。 生物燃料电池工作原理与传统的燃料电池存在许多相同之处，以葡萄糖为底料的燃料电池为例，其阴阳极反应如下式所示： 阳极反应： C6H12O6＋6H2O 6CO2 ＋24e ˉ ＋24H ﹢ 阴极反应：6O2 ＋ 24e ˉ ＋24H ﹢ 12H2O 1.2.2 特点 原料来源广泛：可以利用一般燃料电池不能利用的各种有机物、无机物及微生物呼吸的代谢的产物、发酵的产物、光合作用甚至污水等作为燃料； 操作条件温和：由于使用酶或微生物作为催化剂，一般只要求在近中性的常温、常压条件下工作； 生物相容性好：由于可利用人体血液中的葡萄糖和氧气作燃料，一旦开发成功，便能方便的为植入人体的一些人造器官提供电能； 生物燃料电池结构比较简单。 1.3 生物燃料电池的类型 按使用催化剂形式的不同，可分为酶生物燃料电池和微生物燃料电池 根据电子转移方式的不同，可分为直接生物燃料电池和间接生物燃料电池 酶生物燃料电池：先将酶从生物体系中提取出来，然后利用其活性在阳极催化燃料分子氧化，同时加速阴极氧的还原； 微生物燃料电池：指利用整个微生物细胞作催化剂，依靠合适的电子传递介体在生物组分和电极之间进行有效的电子传递。 直接生物燃料电池：燃料在电极上氧化，电子从燃料分子直接转移到电极上，生物催化剂的作用是催化燃料在电极表面上的反应； 间接生物燃料电池：燃料不在电极上反应，而在电解液中或其他地方反应，电子则由具有氧化还原活性的介体运载到电极上去。 2.1.1 微生物燃料电池的特点: ①直接将底物的化学能转化为电能，能量利用率高； ②原料广泛，理论上任何有机物都可以作为微生物的底物； ③微生物燃料电池可以在常温常压下的环境中运行，操作条件温和； ④微生物燃料电池主要产生二氧化碳，环保无污染，生物相容性好； ⑤微生物燃料电池对于缺少发电设备的地方存在很大的市场潜力，并且可以扩大目前的燃料形式以满足我们的能量需求 (1)燃料来源广泛 ,尤其可利用有机废水等废弃物; (2)反应条件温和 ,常温常压下即可运行; (3) 环境友好 ,所产 生的物质主要是CO2和H2O,无酸、碱、重金属等污染物产生,无需对其产物做任何后处理; (4)因能量转化过程无燃烧步骤 ,故理论转化效率较高。 2.1.2 微生物燃料电池的分类 有介体的微生物燃料电池 概念：燃料在电解液中或其它处所反应，电子通过氧化还原介体传递到电极上的电池。 中间介体具备条件：1）容易与生物催化剂及电极发生可逆的氧化还原反应；2）氧化态和还原态都较稳定，不会因长时间氧化还原循环而被分解；3）介体的氧化还原电对有较大的负电势，使电池两级有较大电压；4）有适当极性以保证能溶于水且易通过微生物膜或被酶吸附；5）对微生物无毒，且不能被微生物利用。 无介体的微生物燃料电池 概念：在无电子传递中间存在的条件下，直接将电子传递给电极，在闭合回路下产生电流，该类电池称为无介体微生物燃料电池或直接微生物燃料电池。 从废水或海底沉积物中富集的微生物群落也可用于构建直接微生物