時間：2022-03-26 04:34:27
序論：在您撰寫工業(yè)微生物論文時，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的1篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導您走向新的創(chuàng)作高度。
摘要：谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶能促進蛋白質(zhì)分子間的交聯(lián)作用，催化蛋白質(zhì)之間異肽鍵的形成，對蛋白質(zhì)溶解度、乳化能力、發(fā)泡性能和凝膠化作用等功能產(chǎn)生積極影響。眾多食品工業(yè)加工過程中如奶酪生產(chǎn)、乳制品加工、肉類加工、焙烤制品及可食性膜的生產(chǎn)過程等都應(yīng)用了這種酶的交聯(lián)特性。微生物源性的谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶在生物技術(shù)生產(chǎn)中所需成本低，目前已經(jīng)應(yīng)用于幾乎所有的工業(yè)領(lǐng)域。本文總體概述了谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶的特點及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶；蛋白質(zhì)；交聯(lián)作用；微生物；食品工業(yè)
谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶可以催化谷氨酰胺殘基中γ-甲酰胺基團(供體)與不同化合物的ε-胺類基團(酰胺殘基的受體)之間異肽鍵的形成并誘導蛋白質(zhì)之間的交聯(lián)[1]。酶的這種催化作用會導致蛋白質(zhì)理化性質(zhì)的顯著改變，如粘度、熱穩(wěn)定性、彈性和韌性等。研究證明，谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶參與到許多生理過程中：血液凝結(jié)過程、抗菌免疫反應(yīng)及光合作用等[2]?？茖W家們已經(jīng)成功地從動植物體及微生物中分離出了谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶。微生物來源的谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶分子量較低，是一種單肽鏈酶，它由331個氨基酸組成，等電點為pH8.9，分子量約為38kDa。谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶的最適催化溫度為45℃，pH5.5[3]，該酶在50℃下30min就失去50%的酶活力，碳水化合物，如麥芽糊精、蔗糖、甘露糖、海藻糖和還原型谷胱甘肽(GSH)等，可以顯著提高酶的熱穩(wěn)定性[4]。與動物源性的谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶相比，微生物來源的谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶不需要鈣離子的激活作用，在實際利用酶制劑的過程中，這是一個非常令人滿意的特征。另外，微生物源的谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶在很大pH范圍（4.5~8.0）內(nèi)可以保持酶活力，可以簡化某些加工過程，進而節(jié)省能源消耗，提高經(jīng)濟效益。另外得益于轉(zhuǎn)基因技術(shù)的出現(xiàn)，利用基因的異位表達可以大大提高谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶的產(chǎn)量，并且它對食物中的蛋白質(zhì)具有不同的反應(yīng)特性，這樣的特點使得該酶成為改善食品中蛋白功能的有力工具。
1谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶的生物合成
1.1微生物谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶
起初，谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶大多來自豚鼠的肝臟，然而有限的來源和其相對昂貴的提取和純化過程限制了谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶在工業(yè)中的廣泛使用。近期，有很多文章討論了使用農(nóng)業(yè)廢料，以微生物合成方式作為合成谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶的碳源來源的可能性。從已發(fā)表的文獻中可知，發(fā)酵培養(yǎng)基可以占據(jù)微生物生產(chǎn)成本的近30%[5]，如果可以從廉價的原材料如高粱秸稈等獲得半纖維素水解物，那么以此來培養(yǎng)微生物獲得微生物來源的谷氨酰胺酶的合成途徑將會引起人們更大的興趣。
1.2谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶微生物發(fā)酵
在含有高粱秸稈水解物的培養(yǎng)基中，經(jīng)過72h的培養(yǎng)時間，生物合成的谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶的活性為0.34U/mL[6]；當使用馬鈴薯酶解物作為培養(yǎng)基，另外添加酵母提取物、玉米浸出液和酪蛋白等成分培養(yǎng)后，酶活力可達1.12UA/mL[5]；利用S.ladakanum合成谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶時，甘蔗糖蜜和甘油的同時存在會產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)[7]；此外，當使用甘蔗糖蜜與甘油作為混合碳源時，測定的谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶活力為0.72U/mL[8]；Ryszka[9]研究了一種利用S.mobaraense菌株生物合成谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶的最適培養(yǎng)基，以aminobac、玉米漿、酵母提取物作為氮源，以葡萄糖、蔗糖、淀粉和糊精作為源碳，pH范圍為6.5~7.0，培養(yǎng)30h后測定谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶活性為2.0U/mL。蛋白胨、酵母提取物、酪蛋白和尿素是合成谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶的常用氮源。另外有文獻報告了使用植物原料如大豆、大米、玉米和小麥面粉、玉米漿、小麥麥麩或麥芽提取物作為氮源的可能性[10]。Zhu[11]和Tramper對培養(yǎng)基成分進行了優(yōu)化設(shè)計，發(fā)現(xiàn)在含有蛋白胨的培養(yǎng)基中添加額外的含氮化合物，如適當?shù)陌被?，會顯著提高S.mobaraense中谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶的產(chǎn)量。然而，為了實現(xiàn)經(jīng)濟性，工業(yè)生產(chǎn)中需要更便宜的原料作為底物。此外，培養(yǎng)基的配方也是至關(guān)重要的，因為組成成分會影響產(chǎn)物的濃度、產(chǎn)率和單位體積生產(chǎn)效率。
1.3谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶基因重組表達
谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶能夠改變蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)，具有重要的實用價值。因此，開發(fā)能夠用于食品行業(yè)的有效的谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶合成系統(tǒng)是很必要的。由Itaya[12]和Kikuchi進行的調(diào)查結(jié)果表明，目前的谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶大都是利用大腸桿菌菌株生產(chǎn)的。谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶是以酶原的形式存在的，然后通過切除N-端前導肽可以直接生成具有活力的谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶[13]。許多研究表明前導肽是在大腸桿菌中過表達谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶的關(guān)鍵因素[14]，首先把酶的編碼基因克隆到大腸桿菌中，然后經(jīng)過培養(yǎng)后利用層析的方法純化重組蛋白。利用這種重組大腸桿菌生產(chǎn)的谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶的活力可達到22U/mg[15]。但是同時也應(yīng)該注意與蛋白質(zhì)翻譯后修飾相關(guān)的問題，探究開發(fā)更便宜、更有效的生物合成系統(tǒng)，從而降低運輸、保存、提取、純化等有關(guān)成本。
1.4谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶制劑
谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶制劑可以成為解決很多與酶應(yīng)用效率、食物質(zhì)地等相關(guān)難題的解決途徑。市場上有不同的微生物酶制劑，它們含有利用微生物合成的谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶，這些酶可以中和由于冷凍而引起的肉類質(zhì)地的變化[16]；也可以使香腸等肉類產(chǎn)品更快地加工成熟，并且具有良好的口感；它們可以改善肉的質(zhì)地，使加熱和配給過程的損失最小化。Poland公司的酶制劑可以作為發(fā)酵乳制品生產(chǎn)過程中的輔助劑，可以提高加工過程中蛋白質(zhì)的熱激能力，并改善成品的風味。利用這種酶制劑已經(jīng)獲得了更高穩(wěn)定性的奶油、冷凝效果更好的干奶酪。在食品行業(yè)使用谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶已成為一種自然的技術(shù)方法，并且利用酶法改變食物成分比化學方法更容易被食品行業(yè)所接受。
2谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶的應(yīng)用
含有谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶的制劑可以用于食品中蛋白質(zhì)的交聯(lián)反應(yīng)，因此引起了人們的研究興趣。研究結(jié)果表明，交聯(lián)后的β-酪蛋白比未交聯(lián)化的酪蛋白對胃蛋白酶的消化作用抵抗性更強，利用這種特性可以開發(fā)具有更強的結(jié)構(gòu)特性的食品[17]。在烘焙行業(yè)中，谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶主要用于醇溶谷蛋白鏈之間的交聯(lián)反應(yīng)。谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶對面團的穩(wěn)定性和體積有積極影響，還可以提高利用較差面粉制作的面包的質(zhì)量，提高其質(zhì)地[18]。研究發(fā)現(xiàn)谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶可以改善面團的流變性，可以保證烘焙后面包內(nèi)適當?shù)目紫洞笮『蛷椥?與傳統(tǒng)方法制作的面包糕點相比，體積增大了14%[19]。此外，還可以改善面團的吸水性和韌性，用來提高面包的風味、質(zhì)地和體積[20]。谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶也廣泛用于肉類產(chǎn)業(yè)。谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶可以促進肉塊的強勁凝聚力，改善用豬肉、牛肉或禽肉制作的結(jié)構(gòu)單一化香腸的質(zhì)地，而不需要熱處理或添加食鹽或磷酸鹽。谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶處理過的鈉酪蛋白可以取代以往的動物脂肪[21]，制作具有更低的脂肪含量、更高營養(yǎng)價值的肉制品。谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶的應(yīng)用為生產(chǎn)高質(zhì)量的粗碎香腸、維也納香腸和熏肉創(chuàng)造了新的技術(shù)。在乳品行業(yè)，為了防止酸奶的脫水收縮作用或使其質(zhì)地更平滑、穩(wěn)定性更好，常常在生產(chǎn)過程中使用谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶。用谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶改造后的酪蛋白可以作為生產(chǎn)面霜、冷凍甜點、冰淇淋、牛奶飲料和調(diào)料的原料[22]。同時，利用谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶進行牛奶蛋白的聚合反應(yīng)可以生產(chǎn)蛋白膜，改善奶制品的功能特性[23]。谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶也用于奶酪的生產(chǎn)過程，并且可以提高凝乳的產(chǎn)率。目前常用于生產(chǎn)天然奶酪的酶有凝乳酶和谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶。Cozzolino[24]等對提高奶酪產(chǎn)率和特性的因素進行了調(diào)查，結(jié)果表明在添加凝乳酶之前就添加谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶可以防止牛奶凝固；而同時添加這兩種酶可以明顯降低奶酪的抗性和硬度，同時減少乳清中蛋白質(zhì)和脂肪的含量。目前，谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶越來越頻繁地在多個行業(yè)中被用作蛋白質(zhì)修飾酶。例如乳清蛋白經(jīng)谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶作用后可以用于生產(chǎn)蛋白質(zhì)膜，這種可食用的蛋白質(zhì)膜可以涂在新鮮蔬菜和水果表面上，用來延長食品的保質(zhì)期和新鮮度[25]；有觀點稱，利用谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶這種酶來消除大豆蛋白可能的過敏效應(yīng)和抗水解性[26]；也有人建議也許在將來谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶可以用來在醇溶谷蛋白中重建肽鍵，阻止T細胞對多肽鏈的識別作用，從而避免脂瀉病的產(chǎn)生[27]。
3總結(jié)
谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶可以誘導蛋白質(zhì)之間的交聯(lián)作用，被廣泛地用于食品工業(yè)中，其廉價來源——即微生物合成方法的發(fā)現(xiàn)，為這種酶的實際應(yīng)用提供了更多的機會。微生物來源的谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶的廣闊適用性也引起了人們對菌株篩選的興趣，以期利用最廉價的底物獲得高活力的酶制劑。為了獲得更低成本的酶制劑而進行的微生物研究，也許可以促進易得的產(chǎn)品的開發(fā)以及其更大范圍的使用。
作者：王美玲 單位：青島科技大學
1、微生物酶運用于制漿
1．1 漆酶在制漿中的應(yīng)用
造紙廠的蒸煮制漿過程就是用化學藥品溶出、脫除木素的過程，一般的化學制漿，不但成本高、能耗大，而且對環(huán)境污染也較為嚴重。而使用由白腐菌生產(chǎn)的漆酶將原料的木素降解成低分子木素，增加了木素的溶出和被抽提的能力，從而實現(xiàn)木素與纖維素、半纖維素的分離。用漆酶和介體HBT在蒸煮前對麥草進行預處理，可降低紙漿的Kappa值，提高紙漿的白度和強度。Jujop的研究表明，在20％～90％，pH值2～10條件下用漆酶進行預處理，可以對原料中的木素進行改性，磨漿能耗明顯降低，每噸漿能耗由1300kW?h降至850kW?h，節(jié)省動力約30％，且機械漿的物理性能得到改善，紙漿質(zhì)量達到化學熱磨機械漿的水平。
1．2 纖維素酶在制漿中的應(yīng)用
在機械制漿前加化學預處理，除去或改變一部分木素結(jié)構(gòu)，可以改善紙漿的強度，但降低了紙漿的得率，損害了紙漿的光學特性，廢水的排放量和污染負荷也相應(yīng)增加，而經(jīng)由木霉所產(chǎn)出的纖維素和半纖維素酶處理則結(jié)合了機械法制漿和化學機械法制漿的優(yōu)點，克服其缺點，除了可以增加紙漿的強度性能之外，還能顯著降低機械磨漿時的能量消耗。
2、微生物酶用于紙漿漂白
傳統(tǒng)的含氯漂白產(chǎn)生大量有毒和強致癌性物質(zhì)對環(huán)境和人類造成極大危害，已逐漸被無氯漂白所取代，而以某些真菌產(chǎn)生的漆酶不僅能氧化非酚結(jié)構(gòu)，而且能使硫酸鹽漿脫木素和脫甲氧基。佐治亞大學的研究者發(fā)現(xiàn)一株漆酶產(chǎn)菌———朱紅密孔菌（Pycnoporus cinnabarlnus），以產(chǎn)生自己的氧化還原中介物3－羥基鄰氨基苯甲酸（3－h(huán)ydroxyanthranilic acid，3－HAA）。漆酶加3－HAA系統(tǒng)不僅能氧化非酚模式化合物，而且能降解合成的木素。通過篩選或誘變培育出假單胞菌（Pseudoznonas sp．）G6－2，枯草桿菌（Bacillussp．）A－30等木聚糖酶高產(chǎn)菌株進行了分離純化的酶學研究，其所產(chǎn)木聚糖酶運用于生物漂白技術(shù)，其結(jié)果表明木聚糖酶在多種漿種的不同漂白工藝中都有明顯的助漂作用。用于樺木漿CEH三段漂和ECF漂白，在保持白度，得率，強度基本不變的情況下，可減少近50％氯或二氧化氯用量，漂白漿的白度穩(wěn)定性也有所提高。
3 微生物酶用于造紙廢水處理
在制漿和造紙生產(chǎn)過程中，造紙廢水可分為黑液、中段廢水和紙機白水。黑液是整個造紙過程中污染最為嚴重的廢水，木素是造成造紙工業(yè)排放黑液COD和色度形成的主要原因。白腐菌具有能降解木素和變性木素的酶活系統(tǒng)，能將漂白廢水中的有機氯化物轉(zhuǎn)變成無機氯和CO2，并破壞發(fā)色基團組織和結(jié)構(gòu)，降低漂白廢水中的TOCl、BOD、COD和色度。范偉平等利用微電解－白腐菌生物降解－絮凝沉降聯(lián)合處理系統(tǒng)對活性染料生產(chǎn)廢水進行處理，在最佳pH和溫度及接觸停留時間下，其COD去除率達90％以上，色度去除率在95％以上。另有研究表明，使用堅強芽孢桿菌產(chǎn)生的絮凝劑處理印染廢水和酵母廢水，可取得良好的絮凝效果，由李云鵬等從剩余污泥中制得微生物絮凝劑LBF經(jīng)實驗相比于PAC效果更好，其COD、SS、色度去除率都高于PAC處理的廢水樣。
4 微生物酶用于造紙工業(yè)中的其他用途
與常規(guī)堿法脫墨漿相比，微生物酶法脫墨漿有更高的游離度，且濾水性好、物理性能優(yōu)、白度高和殘余油墨量低，還可縮短脫墨時間。利用纖維素酶處理回收的廢紙，既可脫除油墨和化學處理難以去除的調(diào)色劑，又可改善二次纖維的抄造和使用性能。顧琪萍等研究表明，在優(yōu)化條件下，廢報紙經(jīng)脂肪酶脫墨后，白度比原漿提高4．3％SBD，裂斷長、耐破指數(shù)和撕裂指數(shù)可分別提高11．4％，19．8％和17．5％。由于傳統(tǒng)造紙工業(yè)是耗能和環(huán)境污染大戶，隨著生物技術(shù)的發(fā)展，微生物酶應(yīng)用于造紙工業(yè)的技術(shù)越來越受到廣大研究者的重視，其規(guī)模也在不斷提高。通過使用微生物技術(shù)或酶技術(shù)，不但能使資源充分利用，降低能耗與環(huán)境污染，而且能帶來良好的經(jīng)濟效益，對造紙工業(yè)與環(huán)境保護都具有非常重要的現(xiàn)實意義。
作者：軼媛 單位：湖北輕工職業(yè)技術(shù)學院
1材料與方法
1.1微生物發(fā)酵
以醬糟(30%)、木薯渣(10%)、玉米黃漿(30%)和玉米噴漿纖維(30%)食品工業(yè)廢渣為發(fā)酵底物，添加乳酸菌、枯草芽孢桿菌和酵母菌進行固態(tài)發(fā)酵。接種用乳酸菌冰干粉為西南民族大學生命科學與技術(shù)學院動物科學實驗室從牦牛消化道中分離篩選的優(yōu)良菌株———嗜酸乳桿菌LAg12－7，該菌株已送中國典型培養(yǎng)物保藏中心———武漢大學保藏中心保藏，其保藏編號為CCTCCM2012305;枯草芽孢桿菌和酵母菌干菌粉購于北京華辰興業(yè)科技有限公司。將乳酸菌、枯草芽孢桿菌和酵母菌的凍干粉按40.0%、30.0%和30.0%的比例制成混合發(fā)酵菌劑。取復合發(fā)酵菌劑1.0份，加紅糖5.0、維生素C0.4、尿素3.1、磷酸二氫鉀0.5和清潔水90.0份，30℃活化72h，制成混合發(fā)酵菌液。在發(fā)酵底物中按3%的比例加入活化后的混合發(fā)酵菌液。參考閆征等、王秋菊等和劉新星等方法，在30℃培養(yǎng)箱發(fā)酵5d。發(fā)酵期間適當補水，水分含量控制在30%左右，每24h翻動1次。發(fā)酵前1d和發(fā)酵后(第5天)的物料各取100g裝于自封口塑料袋中，立即置于－20℃冰箱中保藏。以上微生物發(fā)酵飼料試驗重復進行3次，即得3個批次的發(fā)酵飼料。
1.2樣品處理
取適量發(fā)酵前和發(fā)酵后飼料鮮樣－4℃保藏，用于活菌計數(shù)和pH測定。將發(fā)酵前和發(fā)酵后飼料樣品置于90℃烘箱中烘30min以滅酶活，而后65℃烘6h，室溫自然放置6h得到風干樣品。將風干樣品分2份粉碎，并過20目篩(用于纖維測定)和40目篩(用于粗蛋白和小肽測定)。
1.3指標測定
1.3.1活菌數(shù)的測定
乳酸菌、酵母菌和枯草芽孢桿菌分別梯度培養(yǎng)計數(shù)，培養(yǎng)基的配制參考楊雪峰等和劉惠知等的方法，計數(shù)方法依照GB/T13093－2006。
1.3.2pH的測定
pH的測定方法參照王旭明并有所改進，對樣品10倍稀釋混勻后采用Beckman離心機8000r/min離心，取上清液測定。
1.3.3常規(guī)營養(yǎng)成分的測定
中性洗滌纖維(NDF)和酸性洗滌纖維(ADF)采用VELP纖維素測定儀;粗蛋白(CP)采用FOSS蛋白測定儀。測定方法參照張麗英飼料中常規(guī)成分分析一章。
1.3.4蛋白酶和纖維素酶活性的測定
以40目風干樣品為原料測定酶活力，蛋白酶活力的測定參考張寒俊等方法，纖維素酶活力的測定采用二硝基水楊酸法(DNS)法。
1.3.5小肽含量的測定
小肽含量的測定參照郭玉東等方法，并對其進行聚丙烯酰胺凝膠電泳(SDS－PAGE)，定性說明小肽含量變化。
1.4統(tǒng)計分析
對3批次發(fā)酵飼料分別采樣并測定相應(yīng)指標，試驗結(jié)果用平均值±標準差表示，發(fā)酵前后的差異性采用SPSS18.0統(tǒng)計軟件中的t檢驗。
2結(jié)果與方法
2.1活菌數(shù)及pH
發(fā)酵后食品工業(yè)廢渣中3種有益菌活菌數(shù)均極顯著提高(P＜0.01)，乳酸菌和酵母菌達到108數(shù)量級。與發(fā)酵前相比，乳酸菌數(shù)增加454.90%，枯草桿菌數(shù)增加282.35%，酵母菌數(shù)增加403.70%。發(fā)酵5d后，由于微生物尤其是乳酸菌的新陳代謝，導致食品工業(yè)廢渣的pH明顯下降，由5.80降至3.91，降幅達32.59%，P為0.0041。
2.2常規(guī)營養(yǎng)成分
發(fā)酵后食品工業(yè)廢渣CP含量極顯著增加(P＜0.01)，增幅達21.68%;NDF和ADF含量均顯著下降(P＜0.05)，其中NDF下降10.61%，ADF下降9.23%。
2.3活性成分
發(fā)酵過程中由于微生物不斷分泌代謝產(chǎn)物，使得食品工業(yè)廢渣的蛋白酶和纖維素酶活力均提高2倍以上，蛋白酶活力增幅達138.45%，纖維素酶活力增幅達143.20%。小肽含量顯著提高，由0.87%增至3.20%，增幅達267.81%。發(fā)酵5d時，66200～97400的肽段含量較之發(fā)酵前1d時降低，而66200以下肽段含量增加，說明食品工業(yè)廢渣經(jīng)過發(fā)酵，部分大分子蛋白得以降解，并轉(zhuǎn)化為低分子肽。
3討論
3.1微生物發(fā)酵對活菌數(shù)和pH的影響
發(fā)酵過程中，益生菌和發(fā)酵底物中原有微生物利用飼料中的糖分等營養(yǎng)物質(zhì)逐漸大量增殖，發(fā)酵后乳酸菌和酵母菌枯草桿菌活菌數(shù)分別達到2.83、1.36和0.65億CFU/g。王旭明等用玉米－豆粕型日糧添加益生菌發(fā)酵，4d后乳酸桿菌數(shù)量達到最大值9.5億CFU/g，2d后酵母菌數(shù)達到最大值4.1萬/g，同時大腸菌群和腐敗菌被抑制。魏愛彬等利用干酪乳桿菌和植物乳桿菌發(fā)酵全價飼料，2種菌的單一發(fā)酵組和組合發(fā)酵組的乳酸菌數(shù)量分別在發(fā)酵6、4和6d達到最大，分別為994、983和984億CFU/g，而酵母菌在發(fā)酵過程中數(shù)量逐漸降低，發(fā)酵10d時2種菌的單一發(fā)酵組和復合菌種發(fā)酵組中的酵母菌活菌數(shù)分別為374、365和372億CFU/g。任佐華利用枯草桿菌、黑曲霉和產(chǎn)朊假絲酵母發(fā)酵水稻秸稈，最佳條件下總活菌數(shù)可達118億CFU/g。試驗乳酸桿菌活菌數(shù)變化趨勢與王旭明等相符，魏愛彬等和佐華活菌數(shù)較高可能因為發(fā)酵底物、發(fā)酵時間和菌種組合不同所致。微生物尤其是乳酸菌增殖過程中分泌酸性物質(zhì)，降低了發(fā)酵飼料的pH，發(fā)酵后pH降至3.91，可提高發(fā)酵飼料的適口性，而酸性環(huán)境又可抑制許多有害菌的繁殖，從而可以延長發(fā)酵飼料的保藏時間。吳天祥對芭蕉芋酒糟接種嗜酸乳桿菌發(fā)酵，7d后pH降至3.8。王旭明等對玉米－豆粕型日糧添加微生物原液固態(tài)發(fā)酵，pH第4天即降至4以下。試驗pH變化趨勢與以上試驗相符。
3.2常規(guī)營養(yǎng)成分的變化
通過益生菌的發(fā)酵作用，可使發(fā)酵底物中的粗纖維和粗淀粉降解，產(chǎn)生菌體蛋白，提高CP的含量，從而改善食品工業(yè)廢渣的利用效率。試驗中，發(fā)酵后CP含量由14.16%增至17.23%。張鑫利用釀酒酵母、白地霉、熱帶假絲酵母和植物乳桿菌混菌固態(tài)發(fā)酵馬鈴薯渣，根據(jù)響應(yīng)面數(shù)據(jù)得出在最適條件下CP含量可達到36.96%，比發(fā)酵前提高了10.22%。試驗CP變化趨勢與其相符。發(fā)酵后，NDF和ADF含量分別降至46.83%和33.62%。NDF是植物細胞壁的成分，反映飼料容積，可用來衡量動物的飽腹度，與家畜采食量呈負相關(guān)。日糧中NDF高時，瘤胃容積限制干物質(zhì)采食量;ADF的木質(zhì)素比例較高，木質(zhì)素為不可消化纖維，故ADF適于作為反芻動物飼料消化率指標，與家畜消化率呈負相關(guān)。故NDF含量的下降意味著動物采食量的增加，ADF含量的下降則可說明動物消化率的提高。院江等利用乳酸菌和酵母菌等組成的復合菌發(fā)酵棉籽殼，10d后測得NDF和ADF含量分別降至(63.10±4.55)%和(49.09±5.26)%。付敏等采用枯草芽孢桿菌、黑曲霉和白地霉對菜籽餅混合固態(tài)發(fā)酵，5d后測得NDF含量下降了38.70%，ADF含量下降了27.88%。試驗NDF和ADF變化趨勢與以上試驗相近，院江等和付敏等試驗結(jié)果降幅較大可能因為試驗條件差別所致。
3.3活性成分的變化
動物自身分泌的消化酶很難消化植物性細胞壁及細胞壁內(nèi)的營養(yǎng)物質(zhì)。飼料工業(yè)中一般都會應(yīng)用粉碎技術(shù)來破壞植物細胞壁，但很難將植物細胞壁完全破壞。纖維素酶可協(xié)同降解細胞壁，釋放單糖等易被畜禽吸收利用的物質(zhì)，從而明顯改善飼料的營養(yǎng)價值。發(fā)酵過程中，在混合益生菌的作用下，飼料中纖維素酶活力增至411.8U/g，可有效降解發(fā)酵底物中的纖維素成分;經(jīng)過發(fā)酵，蛋白酶活力增至172.4U/g，酶活力的提高可改善發(fā)酵飼料的營養(yǎng)價值。任雅萍用益生菌28℃下發(fā)酵蘋果渣和馬鈴薯渣72h，自然發(fā)酵時:對于蘋果渣，在酵母菌和黑曲霉組合，并添加氮素和油渣的條件下，蛋白酶活性最高可達168.50U/g，發(fā)酵增率為380.1%;纖維素酶活性最高達3829.63U/g，發(fā)酵增率為949.6%;對于馬鈴薯渣，在米曲霉單菌，并添加氮素和油渣的條件下，蛋白酶活性最高可達478.08U/g，發(fā)酵增率為657.0%;纖維素酶活性最高可達564.90U/g，發(fā)酵增率為794.5%。試驗與以上試驗酶活力均增加明顯，變化趨勢相近，增幅差異可能由于發(fā)酵條件不同所致。利用乳酸菌和芽孢桿菌等能分泌蛋白酶的菌種，可在合適微環(huán)境下酶解蛋白質(zhì)底物產(chǎn)生小肽蛋白。同時，也能較大程度地降低植物蛋白中的抗營養(yǎng)成分，如胰蛋白酶抑制劑、脲酶和血凝素等，可有效消除大分子蛋白的抗原性，有利于動物的生長發(fā)育和腸道對肽類蛋白的吸收利用。小肽可提高機體蛋白質(zhì)合成、消除游離氨基酸吸收競爭、增加動物生產(chǎn)性能并能增強礦物元素的吸收利用，對動物營養(yǎng)產(chǎn)業(yè)具有重要意義。試驗發(fā)酵后，小肽含量增幅達267.81%，這可提升微生態(tài)飼料的附加值，并可改善動物的生產(chǎn)性能。馬文強等利用枯草芽孢桿菌、釀酒酵母菌和乳酸菌發(fā)酵豆粕，結(jié)果表明:發(fā)酵后低分子蛋白質(zhì)含量提高2.25倍。試驗小肽含量變化趨勢與以上試驗相符。
4結(jié)論
食品工業(yè)廢渣經(jīng)乳酸菌、酵母菌和芽孢桿菌混合發(fā)酵5d后，其營養(yǎng)品質(zhì)得以改善，為食品工業(yè)廢渣的優(yōu)化利用提供了參考。
作者：劉華南 高慶軍 魯?shù)俏?徐琴 夏天嬋 郭春華 饒開晴 彭忠利 單位：西南民族大學生命科學與技術(shù)學院 四川省飼料工作總站
隨著能源與環(huán)境問題的日益突出，人們迫切的尋找新型的清潔可再生能源，生物柴油憑借其獨特的優(yōu)點進入了人們的視野。生物柴油可采用天然油脂為原料。從目前的生產(chǎn)技術(shù)來看，動植物油是主要的生產(chǎn)原料。但生產(chǎn)成本較高，由此造成了生物柴油產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的瓶頸。根據(jù)微生物的生長特點利用廉價的工業(yè)廢水，不僅降低了生產(chǎn)成本，同時減小了對環(huán)境的污染，因此該項研究具有廣闊的應(yīng)用前景。
一、產(chǎn)油微生物及微生物油脂生產(chǎn)特點
微生物油脂是產(chǎn)油微生物在一定條件下將碳水化合物、碳氫化合物和普通油脂等碳源轉(zhuǎn)化為菌體內(nèi)大量儲存的油脂，一般占菌體干重的20%以上[1]。
（一）產(chǎn)油微生物種類自然界中的酵母菌、霉菌、細菌、藻類等許多微生物都可以產(chǎn)生油脂。酵母菌中的粘紅酵母的油脂含量最高可達72%。紅冬孢酵母、斯式酵母的最大油脂含量可達60%~67%。霉菌中的深黃被孢霉油脂含量可達86%，絨毛棒質(zhì)霉達75%，卷枝毛霉達65%。微藻中的叢粒藻、鹽生杜藻、粉粒小球藻的油脂含量都在40%以上。細菌中的節(jié)桿菌油脂含量在40%以上。
（二）微生物油脂生產(chǎn)特點與動植物油生產(chǎn)相比，微生物油脂具有生產(chǎn)周期短、生長迅速、可規(guī)?；芾怼⒉皇芗竟?jié)、氣候變化等優(yōu)點。此外，能夠供給產(chǎn)油微生物生長的原料來源也很廣泛，工農(nóng)業(yè)廢棄物或工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水、廢氣等都可以作為產(chǎn)油微生物的培養(yǎng)原料。產(chǎn)油微生物可以利用多種碳源，如葡萄糖、果糖、甘油等作為發(fā)酵底物，方真等[2]發(fā)現(xiàn)斯達油脂酵母在經(jīng)過脫毒處理的木屑水解液中可以正常生長，油脂的積累率可達葡萄糖碳源的60%以上，為該種酵母利用廢棄甘油和木質(zhì)纖維素水解液作為發(fā)酵底物生產(chǎn)生物柴油提供有力支持。
二、工業(yè)廢水的營養(yǎng)特點
適合微生物生長積累油脂的工業(yè)廢水含有可作為碳源的豐富有機物、糖類，如淀粉廢水、味精廢水、啤酒廢水等。這類廢水屬高濃度有機廢水，COD、BOD濃度高，主要含有碳水化合物、蛋白質(zhì)、油脂、纖維素等有機物，極易造成水體富營養(yǎng)化污染環(huán)境。
三、利用工業(yè)廢水發(fā)酵生產(chǎn)微生物油脂的研究現(xiàn)狀
工業(yè)廢水尤其是食品工業(yè)廢水中含有大量的還原性糖，可以被微生物利用作為碳源積累油脂。由于微生物的生長代謝分解利用了廢水中的有機物，降低了廢水的污染程度實現(xiàn)了資源合理化應(yīng)用。
（一）利用淀粉廢水發(fā)酵鐘娜等[3]利用淀粉廢水對高產(chǎn)油粘紅酵母進行了馴化和篩選，使其對淀粉廢水COD的耐受程度達到了75000mg/L，400L發(fā)酵罐實驗表明，經(jīng)33h的培養(yǎng)后，生物量達25.3g/L,菌體油脂含量為29.5%，COD降解率為92.5%。杜娟[4]等利用甘薯淀粉廢水，采用添加營養(yǎng)因子的方法研究了產(chǎn)油菌株FR的生長、產(chǎn)油及COD去除，發(fā)現(xiàn)經(jīng)淀粉酶液化處理后的產(chǎn)油率可達45.3%，淀粉酶和糖化酶先后處理后的COD去除率可達66.3%。
（二）利用味精廢水發(fā)酵邢旭[5]等研究了粘紅酵母RH8在味精廢水中的生長、產(chǎn)油及COD去除率，發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)廢水pH至5.5后，添加廢葡萄糖母液、酵母粉、KH2PO4、MgSO4、MnSO4均能夠促進茵體的生長、產(chǎn)油和COD去除。生物量最高可達15.6g／L，干茵體中油脂質(zhì)量分數(shù)達到29.61％，COD去除率達到45.1％。
（三）利用啤酒廢水發(fā)酵郭淑賢等[6]用斯達油脂酵母發(fā)酵啤酒生產(chǎn)廢水，發(fā)酵條件經(jīng)優(yōu)化后菌體生物量、油脂產(chǎn)量、油脂含量、COD降解率和油脂不飽和脂肪酸指數(shù)分別達到13.83g/L、5.25g/L、37.92%、79.08%和65.46%，較優(yōu)化前分別提高了12.62%,19.32%,5.92%,57.15%和2.36%，優(yōu)化效果顯著。
四、存在問題及展望
目前微生物發(fā)酵廢水生產(chǎn)油脂還處于實驗階段，要實現(xiàn)工業(yè)化發(fā)展還有亟待解決的幾個問題：工業(yè)廢水成分復雜，如味精廢水和啤酒廢水，由于廢水中含有生產(chǎn)菌株產(chǎn)生的代謝廢物和各工序產(chǎn)生的其他廢水，有可能含有影響產(chǎn)油微生物正常生長的微量元素，但其組成較復雜難于分析；在微生物發(fā)酵前需對廢水進行稀釋調(diào)pH值等前處理，增加了生產(chǎn)成本和工序；以廢水為培養(yǎng)基培養(yǎng)的微生物，其生物量、油脂積累量仍然較低，目前尚不能滿足工業(yè)化需求。
結(jié)合國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，可以從以下幾方面展開相關(guān)研究：深入研究產(chǎn)油微生物在發(fā)酵中油脂的合成代謝途徑；加強產(chǎn)油微生物對原料的適應(yīng)性，通過基因重組、定向進化等手段篩選、馴化，獲得具有更強適應(yīng)性和更高產(chǎn)油能力的菌株；進一步優(yōu)化發(fā)酵條件，減少發(fā)酵前處理工序、獲得成本低、產(chǎn)油高的發(fā)酵模式。
作者：于雅瀟 薛偉 何南思 單位：承德石油高等?？茖W校 化學工程系 承德石油高等專科學校 計算機系
隨著能源與環(huán)境問題的日益突出，人們迫切的尋找新型的清潔可再生能源，生物柴油憑借其獨特的優(yōu)點進入了人們的視野。生物柴油可采用天然油脂為原料。從目前的生產(chǎn)技術(shù)來看，動植物油是主要的生產(chǎn)原料。但生產(chǎn)成本較高，由此造成了生物柴油產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的瓶頸。根據(jù)微生物的生長特點利用廉價的工業(yè)廢水，不僅降低了生產(chǎn)成本，同時減小了對環(huán)境的污染，因此該項研究具有廣闊的應(yīng)用前景。
一、產(chǎn)油微生物及微生物油脂生產(chǎn)特點
微生物油脂是產(chǎn)油微生物在一定條件下將碳水化合物、碳氫化合物和普通油脂等碳源轉(zhuǎn)化為菌體內(nèi)大量儲存的油脂，一般占菌體干重的20%以上[1]。
（一）產(chǎn)油微生物種類自然界中的酵母菌、霉菌、細菌、藻類等許多微生物都可以產(chǎn)生油脂。酵母菌中的粘紅酵母的油脂含量最高可達72%。紅冬孢酵母、斯式酵母的最大油脂含量可達60%~67%。霉菌中的深黃被孢霉油脂含量可達86%，絨毛棒質(zhì)霉達75%，卷枝毛霉達65%。微藻中的叢粒藻、鹽生杜藻、粉粒小球藻的油脂含量都在40%以上。細菌中的節(jié)桿菌油脂含量在40%以上。
（二）微生物油脂生產(chǎn)特點與動植物油生產(chǎn)相比，微生物油脂具有生產(chǎn)周期短、生長迅速、可規(guī)?；芾?、不受季節(jié)、氣候變化等優(yōu)點。此外，能夠供給產(chǎn)油微生物生長的原料來源也很廣泛，工農(nóng)業(yè)廢棄物或工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水、廢氣等都可以作為產(chǎn)油微生物的培養(yǎng)原料。產(chǎn)油微生物可以利用多種碳源，如葡萄糖、果糖、甘油等作為發(fā)酵底物，方真等[2]發(fā)現(xiàn)斯達油脂酵母在經(jīng)過脫毒處理的木屑水解液中可以正常生長，油脂的積累率可達葡萄糖碳源的60%以上，為該種酵母利用廢棄甘油和木質(zhì)纖維素水解液作為發(fā)酵底物生產(chǎn)生物柴油提供有力支持。
二、工業(yè)廢水的營養(yǎng)特點
適合微生物生長積累油脂的工業(yè)廢水含有可作為碳源的豐富有機物、糖類，如淀粉廢水、味精廢水、啤酒廢水等。這類廢水屬高濃度有機廢水，COD、BOD濃度高，主要含有碳水化合物、蛋白質(zhì)、油脂、纖維素等有機物，極易造成水體富營養(yǎng)化污染環(huán)境。
三、利用工業(yè)廢水發(fā)酵生產(chǎn)微生物油脂的研究現(xiàn)狀
工業(yè)廢水尤其是食品工業(yè)廢水中含有大量的還原性糖，可以被微生物利用作為碳源積累油脂。由于微生物的生長代謝分解利用了廢水中的有機物，降低了廢水的污染程度實現(xiàn)了資源合理化應(yīng)用。
（一）利用淀粉廢水發(fā)酵鐘娜等[3]利用淀粉廢水對高產(chǎn)油粘紅酵母進行了馴化和篩選，使其對淀粉廢水COD的耐受程度達到了75000mg/L，400L發(fā)酵罐實驗表明，經(jīng)33h的培養(yǎng)后，生物量達25.3g/L,菌體油脂含量為29.5%，COD降解率為92.5%。杜娟[4]等利用甘薯淀粉廢水，采用添加營養(yǎng)因子的方法研究了產(chǎn)油菌株FR的生長、產(chǎn)油及COD去除，發(fā)現(xiàn)經(jīng)淀粉酶液化處理后的產(chǎn)油率可達45.3%，淀粉酶和糖化酶先后處理后的COD去除率可達66.3%。
（二）利用味精廢水發(fā)酵邢旭[5]等研究了粘紅酵母RH8在味精廢水中的生長、產(chǎn)油及COD去除率，發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)廢水pH至5.5后，添加廢葡萄糖母液、酵母粉、KH2PO4、MgSO4、MnSO4均能夠促進茵體的生長、產(chǎn)油和COD去除。生物量最高可達15.6g／L，干茵體中油脂質(zhì)量分數(shù)達到29.61％，COD去除率達到45.1％。
（三）利用啤酒廢水發(fā)酵郭淑賢等[6]用斯達油脂酵母發(fā)酵啤酒生產(chǎn)廢水，發(fā)酵條件經(jīng)優(yōu)化后菌體生物量、油脂產(chǎn)量、油脂含量、COD降解率和油脂不飽和脂肪酸指數(shù)分別達到13.83g/L、5.25g/L、37.92%、79.08%和65.46%，較優(yōu)化前分別提高了12.62%,19.32%,5.92%,57.15%和2.36%，優(yōu)化效果顯著。
四、存在問題及展望
目前微生物發(fā)酵廢水生產(chǎn)油脂還處于實驗階段，要實現(xiàn)工業(yè)化發(fā)展還有亟待解決的幾個問題：工業(yè)廢水成分復雜，如味精廢水和啤酒廢水，由于廢水中含有生產(chǎn)菌株產(chǎn)生的代謝廢物和各工序產(chǎn)生的其他廢水，有可能含有影響產(chǎn)油微生物正常生長的微量元素，但其組成較復雜難于分析；在微生物發(fā)酵前需對廢水進行稀釋調(diào)pH值等前處理，增加了生產(chǎn)成本和工序；以廢水為培養(yǎng)基培養(yǎng)的微生物，其生物量、油脂積累量仍然較低，目前尚不能滿足工業(yè)化需求。
結(jié)合國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，可以從以下幾方面展開相關(guān)研究：深入研究產(chǎn)油微生物在發(fā)酵中油脂的合成代謝途徑；加強產(chǎn)油微生物對原料的適應(yīng)性，通過基因重組、定向進化等手段篩選、馴化，獲得具有更強適應(yīng)性和更高產(chǎn)油能力的菌株；進一步優(yōu)化發(fā)酵條件，減少發(fā)酵前處理工序、獲得成本低、產(chǎn)油高的發(fā)酵模式。
作者：于雅瀟 薛偉 何南思 單位：承德石油高等?？茖W校 化學工程系 承德石油高等?？茖W校 計算機系
一、工業(yè)廢水的營養(yǎng)特點
適合微生物生長積累油脂的工業(yè)廢水含有可作為碳源的豐富有機物、糖類，如淀粉廢水、味精廢水、啤酒廢水等。這類廢水屬高濃度有機廢水，COD、BOD濃度高，主要含有碳水化合物、蛋白質(zhì)、油脂、纖維素等有機物，極易造成水體富營養(yǎng)化污染環(huán)境。
二、利用工業(yè)廢水發(fā)酵生產(chǎn)微生物油脂的研究現(xiàn)狀
工業(yè)廢水尤其是食品工業(yè)廢水中含有大量的還原性糖，可以被微生物利用作為碳源積累油脂。由于微生物的生長代謝分解利用了廢水中的有機物，降低了廢水的污染程度實現(xiàn)了資源合理化應(yīng)用。
（一）利用淀粉廢水發(fā)酵鐘娜等[3]利用淀粉廢水對高產(chǎn)油粘紅酵母進行了馴化和篩選，使其對淀粉廢水COD的耐受程度達到了75000mg/L，400L發(fā)酵罐實驗表明，經(jīng)33h的培養(yǎng)后，生物量達25.3g/L,菌體油脂含量為29.5%，COD降解率為92.5%。杜娟[4]等利用甘薯淀粉廢水，采用添加營養(yǎng)因子的方法研究了產(chǎn)油菌株FR的生長、產(chǎn)油及COD去除，發(fā)現(xiàn)經(jīng)淀粉酶液化處理后的產(chǎn)油率可達45.3%，淀粉酶和糖化酶先后處理后的COD去除率可達66.3%。
（二）利用味精廢水發(fā)酵邢旭[5]等研究了粘紅酵母RH8在味精廢水中的生長、產(chǎn)油及COD去除率，發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)廢水pH至5.5后，添加廢葡萄糖母液、酵母粉、KH2PO4、MgSO4、MnSO4均能夠促進茵體的生長、產(chǎn)油和COD去除。生物量最高可達15.6g／L，干茵體中油脂質(zhì)量分數(shù)達到29.61％，COD去除率達到45.1％。
（三）利用啤酒廢水發(fā)酵郭淑賢等[6]用斯達油脂酵母發(fā)酵啤酒生產(chǎn)廢水，發(fā)酵條件經(jīng)優(yōu)化后菌體生物量、油脂產(chǎn)量、油脂含量、COD降解率和油脂不飽和脂肪酸指數(shù)分別達到13.83g/L、5.25g/L、37.92%、79.08%和65.46%，較優(yōu)化前分別提高了12.62%,19.32%,5.92%,57.15%和2.36%，優(yōu)化效果顯著。
三、存在問題及展望
目前微生物發(fā)酵廢水生產(chǎn)油脂還處于實驗階段，要實現(xiàn)工業(yè)化發(fā)展還有亟待解決的幾個問題：工業(yè)廢水成分復雜，如味精廢水和啤酒廢水，由于廢水中含有生產(chǎn)菌株產(chǎn)生的代謝廢物和各工序產(chǎn)生的其他廢水，有可能含有影響產(chǎn)油微生物正常生長的微量元素，但其組成較復雜難于分析；在微生物發(fā)酵前需對廢水進行稀釋調(diào)pH值等前處理，增加了生產(chǎn)成本和工序；以廢水為培養(yǎng)基培養(yǎng)的微生物，其生物量、油脂積累量仍然較低，目前尚不能滿足工業(yè)化需求。
結(jié)合國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，可以從以下幾方面展開相關(guān)研究：深入研究產(chǎn)油微生物在發(fā)酵中油脂的合成代謝途徑；加強產(chǎn)油微生物對原料的適應(yīng)性，通過基因重組、定向進化等手段篩選、馴化，獲得具有更強適應(yīng)性和更高產(chǎn)油能力的菌株；進一步優(yōu)化發(fā)酵條件，減少發(fā)酵前處理工序、獲得成本低、產(chǎn)油高的發(fā)酵模式。
作者：于雅瀟 薛偉 何南思 單位：承德石油高等?？茖W校 化學工程系 承德石油高等?？茖W校 計算機系
[摘 要]近年來，微生物發(fā)酵在相關(guān)工程技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越V泛，該工藝包括培養(yǎng)基組分中碳源、無機鹽、氮源、微量元素等的作用，并控制pH值、溫度、溶氧等對發(fā)酵的影響，從而將微生物發(fā)酵工藝進行了優(yōu)化，以推進生產(chǎn)效率的提高和產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用發(fā)展。
[關(guān)鍵詞]工業(yè)微生物；發(fā)酵培養(yǎng)
生物發(fā)酵工程是與人們生活息息相關(guān)的一種技術(shù)體系，包括工業(yè)生產(chǎn)菌株選育、生化反應(yīng)器設(shè)計、最佳發(fā)酵條件的選擇及控制等過程。根據(jù)對目前國內(nèi)外微生物發(fā)酵工藝的研究，相關(guān)研究團隊進行了綜合的分析和研究。通過對微生物發(fā)酵工藝中影響發(fā)酵的各種因素的分析，總結(jié)出了相應(yīng)的技術(shù)經(jīng)驗并且制定了工藝的優(yōu)化方法。近年來，微生物發(fā)酵在相關(guān)工程技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，該工藝包括培養(yǎng)基組分中碳源、無機鹽、氮源、微量元素等的作用，并控制pH值、溫度、溶氧等對發(fā)酵的影響，從而將微生物發(fā)酵工藝進行了優(yōu)化，以推進生產(chǎn)效率的提高和產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用發(fā)展。
1 發(fā)酵工程外界因素的影響
1.1 補料對發(fā)酵的影響
菌類的生長發(fā)酵所必須的因素都達標的同時，補料的及時準確的供給也是直接影響著菌類的發(fā)酵。補料的作用是及時的補充菌類生長發(fā)酵所需要的能源。例如在酵母菌的培養(yǎng)過程中，適當?shù)难a充營養(yǎng)物質(zhì)會抑制乙醇的生成，從而避免了菌類的生長周期變長，產(chǎn)率下降等問題。在培養(yǎng)過程中準確的添加補料量可以有效的調(diào)節(jié)菌類的呼吸防止中間出現(xiàn)氧氣的限制。這樣做的辦法很大程度上減少了酵母菌的發(fā)芽問題，同時促進酵母菌細胞的快速成熟，從而直接提高了酵母菌的產(chǎn)物的產(chǎn)量。在不斷的利用先進設(shè)備進行檢測的同時更好的了解菌類發(fā)酵過程中的動態(tài)信息從而更好的了解發(fā)酵過程中原料的需求情況。根據(jù)需求以及菌類種類的不同可以適當選擇添加物的物理特征。例如添加液態(tài)物質(zhì)，固態(tài)物質(zhì)。
1.2 二氧化碳對菌類生長的影響
二氧化碳作為新陳代謝的最終產(chǎn)物直接影響到菌類的生存情況。當溶解在發(fā)酵液中的二氧化碳的濃度超過一定范圍以后直接會對氨基酸、抗生素等出現(xiàn)抑制或者刺激現(xiàn)象。當菌類代謝產(chǎn)生的二氧化碳的濃度超過4%的時候，直接會影響菌類的糖代謝和呼吸速率。就算營養(yǎng)液中的氧氣達到標準由于二氧化碳的濃度超過一定的范圍也會直接影響到氨基酸的發(fā)酵問題。因此，在更快的提高發(fā)酵產(chǎn)率的同時也要考慮到產(chǎn)物二氧化碳的排放問題。在生產(chǎn)過程中，要考慮到二氧化碳隨著液體深度壓力變化的情況。為了更好的滿足生產(chǎn)的需求常常采取減少通氣量以及提高罐的壓力來減少逃液，但是根據(jù)二氧化碳的性質(zhì)這樣做的在很大程度上增加了二氧化碳的含量從而直接影響菌類的生長。所以，在考慮到菌類生長發(fā)酵的同時也要考慮到二氧化碳濃度以及排泄的因素。
2 微生物發(fā)酵工藝優(yōu)化的方法
2.1 正交試驗設(shè)計法
正交試驗設(shè)計法是一種數(shù)理統(tǒng)計方法，主要是通過正交表來進行多因素問題的分析，在研究得出結(jié)論以后可以通過直觀分析或者是直接對比來確定微生物發(fā)酵的主要影響因素。該設(shè)計法在使用中具有工作量小、方法簡單、效果好、效率高等特點，因此正交試驗設(shè)計法是微生物發(fā)酵工藝優(yōu)化的最常用方法。正交試驗設(shè)計法在工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，并且在其他科研領(lǐng)域也取得了顯著的效果。該設(shè)計法曾被多名生物學家進行實際的優(yōu)化應(yīng)用，例如利用正交設(shè)計法對枯草芽孢桿菌的液體發(fā)酵進行優(yōu)化，從而使發(fā)酵后桿菌的產(chǎn)量大大提高。
2.2 Plackett-Burman設(shè)計法
Plackett-Burman法主要針對因子數(shù)較多且未確定眾因子相對于響應(yīng)變量的顯著影響，采用的試驗設(shè)計方法。能夠及時有效地篩選出對試驗結(jié)果具有顯著影響的關(guān)鍵因素。在通常情況下，使用Plackett-Burman設(shè)計法開展的N次試驗最多能夠研究（N-1）個因素，對每個因素取兩個水平，通常是設(shè)低水平為原始培養(yǎng)條件，高水平為低水平的1.25倍，通過對各個因素兩水平的差異與整體的差異進行對比分析來對因素顯著性進行確定。需要加以注意的是，如果因素水平選取得不合適有可能導致Plackett-Burman試驗結(jié)果無效，從而需要重新選取因素來進行再一次的試驗；如果Plackett-Burman試驗的模型有效，那么則可以確定對試驗具有顯著影響的因素，然后下一步可以通過開展響應(yīng)面設(shè)計等方法來篩選出最優(yōu)的條件。袁輝林等利用Plackett-Burman設(shè)計方法獲得了預期結(jié)果。
2.3 響應(yīng)面設(shè)計法
響應(yīng)面設(shè)計法是一種統(tǒng)計方法，主要結(jié)合數(shù)學建模、統(tǒng)計分析、實驗技術(shù)等方法經(jīng)過試驗設(shè)計進行數(shù)據(jù)的分析，并且通過多元二次回歸方程進行函數(shù)關(guān)系的擬合，從而將工藝參數(shù)進行優(yōu)化。該方法對于變量因素較多的微生物發(fā)酵有很好的參數(shù)優(yōu)化效果，能夠?qū)⒏鞣矫嫠璨牧?、發(fā)酵因素等進行準確的定量，從而保證微生物催化的順利進行。響應(yīng)面設(shè)計法的適用面較廣，目前除了微生物發(fā)酵領(lǐng)域以外還遍布于生物學、醫(yī)學、制藥等多個方面，成為使用最廣的微生物發(fā)酵優(yōu)化工藝。
3 溶氧量對工程菌的影響
生物的生存發(fā)展都離不開氧氣。氧氣對于微生物來說也是一個關(guān)鍵因素。就拿葡萄糖的氧化分解來說，1mol的氧化糖徹底分解需要6mol的氧氣。當菌類合成代謝產(chǎn)物是也需要消耗一定的氧氣。根據(jù)計算，1mol的葡萄糖大概需要1.9mol的氧氣。所以根據(jù)不同種類的細菌需要氧氣的情況也各不相同，對于好樣細菌來說生成產(chǎn)物所需要的氧氣也就隨之增加。但是由于菌類所需要的氧氣并不是直接吸收大氣中的氧氣，而是吸收營養(yǎng)液中的溶解氧。但是大氣中的氧氣卻很難溶解到水中。在外界壓力為101.32kpa溫度為25度的時候，氧氣在水中的溶解度為0.26mol/L。在這個溫度下氧氣在發(fā)酵液中的溶解度確是0.20mmol/L，但隨著菌類的新陳代謝的活動以及各種因素的影響，溫度也會隨之增加。隨著溫度的增加，溶解液中的氧氣含量隨之降低。因此為了更好的滿足營養(yǎng)液中氧氣的含量，必須及時的掌握培養(yǎng)液中的氧氣含量的問題。通過不斷補充氧氣來彌補溫度的增加營養(yǎng)液中氧氣的降低。同樣也可以采取一定的措施來控制液體的溫度，把溫度調(diào)整到酶的最適宜溫度從而更大效率的提高產(chǎn)率。
4 結(jié)論
隨著科技的發(fā)展工程細菌的不斷研究的深入，如何才會更好的實現(xiàn)菌類的最大效益的發(fā)酵也是每個企業(yè)所關(guān)心的話題。微生物發(fā)酵工藝對生物技術(shù)的發(fā)展有良好的推動作用，該技術(shù)在工業(yè)和農(nóng)業(yè)方面都得到了廣泛的應(yīng)用，通過微生物發(fā)酵能夠解決很多正常生產(chǎn)無法解決的問題。合理的運用微生物發(fā)酵并且不斷進行工藝的優(yōu)化能夠提高生產(chǎn)的效率，推動發(fā)酵工程技術(shù)的不斷前進和發(fā)展。在技術(shù)純熟以后還可以廣泛運用于醫(yī)藥、衛(wèi)生、工業(yè)等多個領(lǐng)域，為這些領(lǐng)域的發(fā)展開辟一個新的紀元。
摘要：指出了混合發(fā)酵是2種或2種以上微生物在同一培養(yǎng)基中進行的發(fā)酵，在某種特定情況下,混合培養(yǎng)在發(fā)酵過程中有利于微生物間的相互協(xié)調(diào),提高產(chǎn)物的生產(chǎn)效率或降低培養(yǎng)基的要求等,比純培養(yǎng)更快、更有效。對于工業(yè)微生物或者具有工業(yè)生產(chǎn)潛力的微生物混合發(fā)酵生產(chǎn)維生素、沼氣等產(chǎn)品進行了探討,闡明了工業(yè)微生物混合發(fā)酵的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。
關(guān)鍵詞：工業(yè)微生物；混合發(fā)酵；協(xié)同作用
1引言
人類對微生物的利用經(jīng)歷了天然混合培養(yǎng)到純種培養(yǎng)2個階段。過去的多數(shù)發(fā)酵食品都來源于混合發(fā)酵,由于多菌發(fā)酵是一個完整的或接近完整的生物體系,體系中的微生物之間大多數(shù)具有生長代謝協(xié)調(diào)作用。自從純種分離技術(shù)被廣泛應(yīng)用以來,人們研究的重點、焦點似乎都在單一的菌種上,忽略了天然發(fā)酵的模式,那就是生存環(huán)境的完整性和協(xié)調(diào)性。利用混合菌種發(fā)酵生產(chǎn)飲料正是利用幾千年以來各菌種之間的共生性。純培養(yǎng)技術(shù)使得研究者擺脫了多種微生物共存的復雜局面,能夠不受干擾地對單一目的菌株進行研究,從而豐富了我們對微生物形態(tài)結(jié)構(gòu),生理和遺傳特性的認識。但是,在長期的實驗和生產(chǎn)實踐中,人們不斷地發(fā)現(xiàn)很多重要生化過程是單株微生物不能完成或只能微弱地進行的,必須依靠兩種或多種微生物共同培養(yǎng)完成。微生物混合培養(yǎng)或混合發(fā)酵已越來越被人們所重視。
2混合發(fā)酵生產(chǎn)功能性飲料
目前混合發(fā)酵在功能性飲料的開發(fā)和生產(chǎn)方面有廣泛的應(yīng)用。根據(jù)國際飲料行業(yè)協(xié)會的新規(guī)定,功能性飲料是指具有保健功能的軟飲料。目前市場上的功能性飲料主要分為3類,即運動飲料、能量飲料和其他飲料,其大多含有氨基酸、礦物質(zhì),以及各種維生素等人體所需物質(zhì)。這些飲料的開發(fā)多數(shù)采用了混合發(fā)酵技術(shù),也有部分是采用直接從生物體提取和單菌發(fā)酵方法的。隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高,飲料消費迅速增加。據(jù)有關(guān)資料顯示,1980年我國飲料產(chǎn)量僅28萬t,1995年則猛增到1 000萬t,2005年達到2 000萬t,25年間平均以26.7%的速度增長。如此巨大的飲料市場,發(fā)酵功能性飲料必須占有一席之地。據(jù)國家統(tǒng)計局、中國飲料工業(yè)協(xié)會、中國食品工業(yè)協(xié)會、中國海關(guān)、中國經(jīng)濟信息中心、中國競爭情報網(wǎng)、中國食品商務(wù)網(wǎng)、全國及海外500多種相關(guān)報紙雜志的基礎(chǔ)信息等公布和提供的大量資料顯示,中國飲料市場成為中國食品行業(yè)中發(fā)展最快的市場之一。2003年中國飲料產(chǎn)量2373萬t,比2002年增長16.84%。實現(xiàn)工業(yè)總產(chǎn)值（當年價）813.87億元,銷售收入774.42億元,分別比上年增長40.12%和40.41%。以“紅?！薄懊}動”等新一代品牌為代表的功能性飲料已被廣大消費者所接受,并在健康潮中掀起一股功能性飲料的熱潮。就我國目前的飲料市場來看,功能性飲料正處于黃金發(fā)展時期,具有極大的開發(fā)空間［1］。
3微生物混合培養(yǎng)生產(chǎn)藥品
3.1維生素的混合發(fā)酵生產(chǎn)
維生素C二步發(fā)酵是混合發(fā)酵的典型實例。這種方法是由中科學院微生物所和北京鑭藥廠合作,于20世紀70年代初發(fā)明的。其第2步發(fā)酵由氧化葡萄糖酸桿菌和巨大芽孢桿菌等伴生菌混合發(fā)酵完成,其中小菌為合成維生素C前體2-酮基-L-古龍酸（2KGA）的菌株,但很難單獨培養(yǎng),且單獨培養(yǎng)產(chǎn)酸能力很低；大菌單獨培養(yǎng)容易,但不產(chǎn)生2-KGA,與小菌混合培養(yǎng)時不僅可促進小菌生長,而且能大大增強小菌的產(chǎn)酸能力［2］。能與小菌混合培養(yǎng)合成2-KGA的伴生大菌有很多,除巨大芽孢桿菌外,還有蠟樣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌地衣芽孢桿菌,蘇云金芽孢桿菌等,某些酵母亦有該作用。有關(guān)研究表明,大菌為小菌提供某種生長因子促進其生長,并且提供某些生物活性物質(zhì)協(xié)助小茵合成2-KGA,二菌混合培養(yǎng)呈互生關(guān)系［3］。通過調(diào)節(jié)二菌比例、pH值、溫度及溶氧量等因素,可使混合菌達到較適的生態(tài)狀態(tài),發(fā)揮較高的生產(chǎn)效能。二者間的關(guān)系和作用機制正在進一步深入研究中。此外維生素B12可利用謝氏丙酸桿菌和馬鈴薯芽孢桿菌或大腸桿菌的混合培養(yǎng)生成。
3.2抗菌肽的生產(chǎn)
乳酸菌素是一種由乳酸菌屬菌株產(chǎn)生的抗菌肽類,可抑制多種革藍氏陽性菌的生長,已被50余個國家用作食品保鮮劑［3］。1999年Shimizu等［4］報道,以Lactococcus lactis和Kluyveromyces marxianus混合培養(yǎng)可有效地生成乳酸菌素,這主要是由于Kluyveromyces marxianus可通過消耗前者產(chǎn)生的乳酸控制發(fā)酵體系的pH值,從而使乳酸菌素的產(chǎn)率維持高水平。
3.3甾體轉(zhuǎn)化
多種甾體類藥物的轉(zhuǎn)化也是利用混合菌培養(yǎng)實現(xiàn)的。諾卡氏菌和節(jié)桿菌培養(yǎng)用于5α-Δ9（11）-16β-甲基-3β,17α,21-羥基-孕甾烯-3β,21-雙醋酸酯-20酮和5α,17α-甲基-17β羥基-雄甾-3酮的1,4位上的脫氫轉(zhuǎn)化［4］簡單節(jié)桿菌和玫瑰產(chǎn)色桿菌的混合培養(yǎng)也可用于甾體轉(zhuǎn)化。
4微生物混合培養(yǎng)用于生物降解
蛋白質(zhì)是配合飼料中的主要營養(yǎng)成分,一般占20%左右。隨著畜牧業(yè)的迅猛發(fā)展,對飼料蛋白的需求量日益增加。因此尋求新的飼料蛋白來源便顯得十分重要。我國薯類作物產(chǎn)量很高,但因其本身蛋白含量很低,直接用作飼料其生物效價不高通過微生物轉(zhuǎn)化技術(shù)可由豐富的薯類資源得到菌體菌蛋白飼料,從而可在一定程度上緩解日益突出的飼料蛋白短缺問題。對淀粉質(zhì)原料而言,通常采用的工藝是原料先經(jīng)酸法或酶法糖化等預處理,將淀粉降解為可發(fā)酵性糖,然后再接種相應(yīng)的高蛋白產(chǎn)生菌合成微生物菌體蛋白。為簡化生產(chǎn)工藝,直接采用具有淀粉分解能力的菌種發(fā)酵生產(chǎn)蛋白飼料已日益受到重視。
我國是蛋白質(zhì)飼料資源短缺的國家,目前蛋白質(zhì)飼料年缺口約為1 500萬t。據(jù)預測2010年到2020年我國蛋白質(zhì)飼料資源需求分別為6 000萬t和7 200萬t［5］。目前我國發(fā)酵工業(yè)的廢菌渣和糟渣類農(nóng)副產(chǎn)品下腳料以及廢棄物大多沒有充分利用,這不僅造成資源浪費,而且造成環(huán)境污染［6～13］?，F(xiàn)在生產(chǎn)主要是以食用菌生產(chǎn)過程中的廢菌渣為主要基質(zhì),篩選適合分解利用廢菌渣的多種大型食用真菌和酵母菌,采用單獨培養(yǎng)和混菌共同發(fā)酵工藝來生產(chǎn)飼料蛋白,以實現(xiàn)廢棄物質(zhì)資源化和物資的循環(huán)再生,減少環(huán)境污染。
4.1對原油的降解
生物修復是治理土壤石油污染的重要方法,主要原理是微生物利用石油作為碳源進行同化降解,使其轉(zhuǎn)變?yōu)闊o害的無機物質(zhì)。據(jù)文獻報道,單菌株所能代謝的石油組分有限,大多數(shù)石油降解菌株只能代謝一種或幾種石油烴。但經(jīng)過混合菌對原油的降解及其降解性能的研究,發(fā)現(xiàn)經(jīng)馴化后的烷烴降解菌GS3C、菲降解菌GY2B、芘降解菌GP3A和GP3B對原油都具有一定的降解效果。GS3C能基本去除原油中的直鏈烷烴化合物,GP3A對C
4.2對生活垃圾的降解
世界每年產(chǎn)生大量生活垃圾,處理方法主要是堆埋和焚燒,占用土地和浪費能源,既污染環(huán)境又帶來一定危害。生活垃圾在經(jīng)過發(fā)酵后可作為有機肥料,但在一般條件下,其發(fā)酵時間長且肥效低,影響了其實際應(yīng)用［15］。
有研究表明纖維素分解菌可混合培養(yǎng),自生固氮菌利用纖維素分解菌分解纖維產(chǎn)生的葡萄糖作為碳源,纖維素分解菌利用固氮菌固定的氮作為氮源,兩者相互利用、相互依存,進行生長和繁殖。兩者混合培養(yǎng)的菌數(shù)和發(fā)酵液總含氮量明顯高于各自單獨培養(yǎng)。自生固氮菌與纖維素分解菌的混合菌液作用于生活垃圾,可大大提高生活垃圾的降解速度,同時其降解物的含氮量也有明顯的提高。用這種方法處理生活垃圾既可以提高生活垃圾的降解速度又使其含氮量增加,提高了肥力,同時其降解物中含有大量的有生物活性的固氮菌及纖維素分解菌,所以是一種優(yōu)良的生物活性肥料。將其施用于土壤中,既增加土壤的肥力,又增加土壤中固氮菌及纖維素分解菌的數(shù)量,有利于土壤中有機質(zhì)的分解及土壤自生固氮,進一步增加土壤肥力,改良土壤,減少化肥的施用,有利于環(huán)境保護［16］。
4.3氨基多糖生物降解氨基多糖
氨基多糖主要以幾丁質(zhì)和脫乙酰幾丁質(zhì)的形式存在于節(jié)肢動物外骨骼和真菌細胞壁中,在自然界中的含量僅次于纖維素。利用微生物對氨基多糖進行降解和轉(zhuǎn)化,有可能生成具有生物功能的活性糖蛋白。王士奎以Beauveria Bassiana LB90為氨基多糖降解菌,以Candida sp.LB50作為氨基糖轉(zhuǎn)化菌,建立了氨基多糖混合菌生物降解和轉(zhuǎn)化模型。與純培養(yǎng)比較,粘度下降比率提高23.0%,可溶性糖含量增加167.7g/mL,兩菌呈互生關(guān)系［17］。
5混合發(fā)酵開發(fā)清潔新能源
5.1沼氣發(fā)酵中的作用
沼氣發(fā)酵是由多種產(chǎn)甲烷菌和非產(chǎn)甲烷菌混合共同發(fā)酵完成的。我國是農(nóng)業(yè)大國,每年產(chǎn)農(nóng)作物秸稈7億t以上,禽畜糞便大約1.4億t。隨著農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展和農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,牲畜養(yǎng)殖已經(jīng)由過去的農(nóng)戶分散養(yǎng)殖過渡為集中養(yǎng)殖,并且大多集中在大城市附近,這必將造成農(nóng)村戶用沼氣池發(fā)酵原料的短缺。因此,尋求新的發(fā)酵原料將是亟待解決的問題。然而單一以秸稈作為發(fā)酵原料,由于其碳氮比高、速效養(yǎng)分含量低、纖維木質(zhì)素含量高,表面有一層蠟質(zhì),不利于微生物的附著,且降解率低、厭氧消化時間長、易出現(xiàn)漂浮分層,一直不能被廣大農(nóng)民所接受。將糞便和秸稈混合發(fā)酵,可以有效彌補秸稈作為發(fā)酵原料的弊端［18～19］。
5.2乙醇發(fā)酵
作為可更新可持續(xù)的生物能源,生物酒精是經(jīng)濟高速發(fā)展過程中替代傳統(tǒng)石油燃料能源的最佳選擇之一。把纖維素作為可更新資源通過微生物降解轉(zhuǎn)化生成糖類,然后糖類進一步發(fā)酵轉(zhuǎn)化成液體燃料具有廣闊的應(yīng)用前景［20～23］。然而,纖維素酒精的規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)還面臨很多嚴峻的實際問題,其主要問題之一就是微生物對纖維素的降解效率以及糖類發(fā)酵轉(zhuǎn)化成酒精的效率太低［20,21］。研究表明,熱纖維梭菌（Clostridium thermocellum）是一種高效的纖維素降解細菌,但其酒精生產(chǎn)效率較低［22,23］；嗜熱厭氧乙醇菌（Thermoanaerobacterethanolicus）不能降解纖維素,但其能夠有效的發(fā)酵糖類而轉(zhuǎn)化為酒精。因此對兩者進行混合培養(yǎng),可以利用熱纖維梭菌高效降解纖維素轉(zhuǎn)化成糖類,然后糖類可以作為嗜熱厭氧乙醇菌的底物通過發(fā)酵轉(zhuǎn)化成酒精,這樣一個穩(wěn)定的混合培養(yǎng)體系可以作為纖維素酒精工業(yè)化生產(chǎn)微生物群落較好的選擇。本研究主要以熱纖維梭菌和嗜熱厭氧乙醇菌為對象,以Solka Floc為底物纖維素,系統(tǒng)分析了熱纖維梭菌純培養(yǎng)以及熱纖維梭菌和嗜熱厭氧乙醇菌混合培養(yǎng)對纖維素酒精生產(chǎn)能力、纖維素降解能力及終產(chǎn)物分布的影響,以期為纖維素酒精工業(yè)化生產(chǎn)提供理論依據(jù)。
6結(jié)語
雖然微生物混合發(fā)酵技術(shù)的部分成果已成功應(yīng)用于部分工業(yè)生產(chǎn),但在大多數(shù)混合菌體系中,菌間相互作用機制和發(fā)酵產(chǎn)物對于各種混合菌之間的影響的研究還很少。同時對于菌株混合時的安全性還沒有系統(tǒng)的評估和研究。混合發(fā)酵關(guān)鍵是摸索pH、溫度、混合比例、菌株混合時間等多菌種的共同培養(yǎng)條件,從而確定菌株發(fā)揮最大協(xié)同作用的結(jié)合點。為了使混合發(fā)酵能夠更好地應(yīng)用于工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn),使其最終具有良好的大規(guī)模生產(chǎn)的工業(yè)應(yīng)用前景。針對目前混合發(fā)酵的隨機組合和盲目的發(fā)酵實驗,需要深入研究并且建立快速有效的混合菌發(fā)酵模型是非常必要的。因此,如果從生理、代謝和遺傳角度對混合菌間關(guān)系和協(xié)同作用機制進行深入研究,對混合菌培養(yǎng)的理論和應(yīng)用都將有巨大的突破。所以未來的研究重點可能集中在多菌組合模式、篩選適合菌株,并且優(yōu)化混合培養(yǎng)的條件?；旌习l(fā)酵有廣闊的發(fā)展空間,在工業(yè)發(fā)酵中如果得以合理的運用,就必定可以提高生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量,為實現(xiàn)綠色無污染生產(chǎn)提供了新的發(fā)酵模式。
摘要：《工業(yè)微生物育種技術(shù)》課程以崗位需求為依據(jù)確定課程目標，以育種工作流程為主線設(shè)計教學項目，以學生為主體完成項目實施，以過程性評價為手段增強技能培養(yǎng)，為培養(yǎng)學生的崗位職業(yè)能力、動手能力和實踐創(chuàng)新能力提供了較好的教育平臺。
關(guān)鍵詞：微生物育種；項目化教學；高等職業(yè)教育
早在4000多年前，我國勞動人民就會利用微生物來生產(chǎn)酒和釀造食品。如今，利用工業(yè)微生物育種技術(shù)對微生物進行改造，可以提高目的產(chǎn)物的產(chǎn)量、質(zhì)量或獲得新的目的產(chǎn)物，并符合工廠化生產(chǎn)的要求，從而使抗生素、酶制劑、氨基酸、維生素、核苷酸、生物堿、激素等微生物產(chǎn)品產(chǎn)量成倍甚至成千倍增長，同時產(chǎn)品質(zhì)量也不斷提高，各類微生物產(chǎn)品已深入到人類生活的各個方面。工業(yè)微生物育種技術(shù)是高等院校生物技術(shù)類專業(yè)的專業(yè)課程。在傳統(tǒng)的教學過程中，教學內(nèi)容往往太過理論化，理論知識與實際操作未能結(jié)合，學生學習難度大，感覺枯燥乏味；而且，教學實驗安排大多是孤立的，在技術(shù)上不具有連貫性和系統(tǒng)性，不能將技能訓練與生產(chǎn)過程有機結(jié)合，學生學完之后不知如何運用，解決實際問題的能力提高不明顯。顯然，傳統(tǒng)的教學方式已不能滿足現(xiàn)今高技能生物技術(shù)專門人才培養(yǎng)的要求。如今，許多高職院校正在積極探索新的教學方法，項目化教學就是其中常用的一種。它依照教學目標將課程內(nèi)容設(shè)計成若干個操作性較強的項目，以工作任務(wù)為中心，以典型產(chǎn)品（或服務(wù)）為載體，開展課程教學，將理論知識、實踐操作與素質(zhì)培養(yǎng)融為一體，學生在完成項目工作任務(wù)過程中，既收獲了知識，又鍛煉了技能。與傳統(tǒng)教學法相比，項目化教學強調(diào)行動導向、項目載體、任務(wù)驅(qū)動、素質(zhì)滲透、學生主體以及理論實踐一體化，主要解決“怎么做”和“怎么做得更好”這兩個問題，是培養(yǎng)技能型人才的主要途徑[1]。2007年，湖北生物科技職業(yè)學院生物工程系開設(shè)了《工業(yè)微生物育種技術(shù)》這門課程，它是生物技術(shù)及應(yīng)用專業(yè)和生物制藥技術(shù)專業(yè)的必修課。自2010年引入項目化教學方法以來，經(jīng)過多年的探索和實踐，該課程取得了良好的教學效果。
一、以崗位需求為依據(jù)確定課程目標
按照工業(yè)微生物育種技術(shù)在生物技術(shù)及應(yīng)用專業(yè)人才培養(yǎng)方案中的定位，依據(jù)職業(yè)崗位的需求，確定本課程的教學目標，即能根據(jù)微生物育種原理和基本操作流程，制定育種的實施方案，并按照實施方案應(yīng)用微生物育種技術(shù)獲得高產(chǎn)突變株，同時能對實施過程和原有方案進行評價和改進。課程教學目標，包括知識目標、技能目標和素質(zhì)目標三個方面。（1）知識目標：熟悉工業(yè)微生物的特征，了解工業(yè)微生物育種技術(shù)的方法種類；掌握基因突變及基因重組的機制；掌握工業(yè)微生物誘變育種的原理與方法；熟悉其他常用的工業(yè)微生物育種方法。（2）技能目標：能夠根據(jù)微生物的來源與特性，選擇合適的分離純化方法，并進行分離純化操作；能夠根據(jù)微生物的類型，選擇合適的誘變育種方法；會進行生產(chǎn)菌種的保藏及復壯技能；能正確使用微生物的培養(yǎng)設(shè)備，并進行維護。（3）素質(zhì)目標：具有較強的責任心和嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L；具有較強的人際溝通能力；具有較強的團隊組織協(xié)調(diào)能力；具有良好的安全、環(huán)保和節(jié)能意識。
二、以育種工作流程為主線設(shè)計教學項目
項目化教學的關(guān)鍵，在于教學項目的設(shè)計。我們一般應(yīng)根據(jù)課程教學目標，以職業(yè)活動的工作過程為依據(jù)，結(jié)合職業(yè)崗位的典型工作任務(wù)，按照學生的認知規(guī)律來設(shè)計項目。項目設(shè)計要打破傳統(tǒng)學科體系的章節(jié)編排，不應(yīng)以知識的邏輯順序為依據(jù)來安排教學。每個項目都有其相應(yīng)的知識、技能和素質(zhì)要求，讓學生在“做中學、學中做”。工業(yè)微生物育種技術(shù)的教學項目設(shè)計具有以下特色。
（一）課程設(shè)計思路
大多數(shù)項目化教學課程的設(shè)計思路，是將課程內(nèi)容設(shè)計成基礎(chǔ)項目、主導項目和自主項目。根據(jù)工業(yè)微生物育種課程內(nèi)容、操作流程和職業(yè)活動的特點，筆者將該課程設(shè)計成一個綜合性大項目，即果膠酶高產(chǎn)突變株的篩選。筆者將原先孤立、分散的單個實訓項目綜合為一個由9個子項目組成的前后連貫的大項目，其連貫性、整體性的特點更為突出（表1）。兩個子項目互為依托，前一子項目的結(jié)果是后一子項目實驗材料的來源。
（二）相關(guān)專業(yè)課程銜接
該課程項目產(chǎn)品為篩選出的果膠酶高產(chǎn)突變株，可作為后續(xù)課程發(fā)酵工程、酶工程、生物分離與純化、生物制品技術(shù)的項目化教學的材料。比如，可對果膠酶高產(chǎn)突變株的發(fā)酵條件進行摸索，或?qū)ζ浒l(fā)酵工藝進行優(yōu)化，或從高產(chǎn)突變株中分離純化果膠酶，或?qū)μ峒兊墓z酶進行性質(zhì)分析。從而完善了專業(yè)課程體系建設(shè)的連貫性、整體性及層次性，實現(xiàn)了專業(yè)課程之間的有機銜接。
三、以學生為主體完成項目實施
在具體子項目實施之前，筆者安排有項目概述環(huán)節(jié)，內(nèi)容主要包括：①課程簡介：告知學生本課程的教學目標、項目設(shè)計情況、教學組織方法和考核方案等。②行業(yè)企業(yè)概況：介紹工業(yè)微生物的應(yīng)用狀況、工業(yè)微生物的概念及特點和工業(yè)微生物技術(shù)種類等。③后續(xù)課程任務(wù)的布置：要求學生查閱相關(guān)資料，指導學生制定子項目實施方案。以微生物育種工作流程為主線，開展子項目的實施，每個子項目有各自的知識、技能目標。在子項目的完成過程中，教師只起組織、引導、指導和評價的作用，學生才是學習的主體。每個子項目的實施步驟如下。
1.項目導入。首先，教師通過案例或者問題導入學習項目，提出問題、給出提示，導入本次課程的內(nèi)容，組織學生展開討論。
2.方案制定。學生通過圖書館或者網(wǎng)絡(luò)查閱資料，以小組為團隊討論并制定實施的初步方案。筆者通常安排學生利用課余時間完成該步驟。
3.方案確定。首先，每個小組以ppt形式向全班匯報制定的初步方案，分析實施可行性，并說明資料來源。然后，教師和其他小組對匯報組進行提問或評價。筆者通過交互式討論，引入相關(guān)知識，最后由教師對各小組初步方案進行點評，同時提出修改建議，鼓勵實施方案的多樣性。
4.方案實施。學生按照確定的方案，合理分工，團結(jié)協(xié)作，共同完成項目。在實施過程中，教師隨時檢查學生實施的情況，進行現(xiàn)場指導，解答學生的疑問，參與學生的討論，糾正學生的錯誤，全面掌控學生的實施效果及學習質(zhì)量。
5.總結(jié)評估?？偨Y(jié)以各小組向全班展示實訓結(jié)果的形式進行。評估采取小組互評、教師點評等方式進行。每一個項目均制定了技能考核方案及評分標準，結(jié)合學生提交的實訓報告進行過程性評價。
四、以過程性評價為手段增強技能培養(yǎng)
成績考核是教學過程中的重要環(huán)節(jié)，好的考核方式對學生職業(yè)技能的養(yǎng)成會起到促進作用。傳統(tǒng)的單一筆試考核方式很難反映學生在學習過程中的素質(zhì)和能力，與強調(diào)以素質(zhì)為基礎(chǔ)、以能力為本位的現(xiàn)代高職教育理念不相符。本課程的考核以結(jié)果性評價為輔，重在過程性的評價，以靜態(tài)知識考核為輔，重在動態(tài)能力的考核，學生綜合成績的評定以過程評價、技能考核和理論考核相結(jié)合的方式進行。每個子項目的實施都要求進行過程評價，評價內(nèi)容涉及子項目實施的每個步驟，以子項目5誘變劑量的選擇為例，子項目技能量化考核表如下（見表2）。
學生、組長和教師為評價主體的三方，依據(jù)量化考核標準分別給出過程評價成績，然后按照一定比例折合成學生的過程評價終成績。理論考核和技能考核通常在學期末進行。課程總評成績的組成詳見表3。
現(xiàn)代職業(yè)教育，應(yīng)該是一種以服務(wù)為宗旨、以就業(yè)為導向、以職業(yè)能力培養(yǎng)為核心的教育，重心應(yīng)在于培養(yǎng)學生的動手能力和實踐創(chuàng)新能力，特別是畢業(yè)后從事某種職業(yè)的謀生能力[2]。項目化教學，充分體現(xiàn)了學生是學習的主體的特點，學生的學習主動性和積極性被有效調(diào)動了；和傳統(tǒng)的教學模式相比，其教學效果得到明顯改善。當然，以就業(yè)為導向，堅持走產(chǎn)、學、研相結(jié)合的路線，以崗位技能促進學生就業(yè)，在高職高專院校進行課程項目化教學改革是一個漫長的過程，需要學校和教師從多方面進行改革，比如教學觀念、管理、內(nèi)容設(shè)置、教學模式及結(jié)果評定等。
摘 要：隨著現(xiàn)代科學技術(shù)不斷發(fā)展，越來越多的化學制品在日常生活中得以使用。而在于現(xiàn)代醫(yī)藥工業(yè)使用之中，許多企業(yè)使用酶轉(zhuǎn)化或者微生物轉(zhuǎn)化技術(shù)加以產(chǎn)品的制作，而微生物轉(zhuǎn)化技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)藥工業(yè)的具體應(yīng)用之中，占有極為明顯的優(yōu)勢，尤其是在一些手性藥物的制備之中。因此本文主要對于微生物的轉(zhuǎn)化使用所表現(xiàn)出來的積極作用進行了闡述，詳細分析微生物轉(zhuǎn)化技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)藥工業(yè)中的具體應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：微生物；轉(zhuǎn)化技術(shù)；現(xiàn)代醫(yī)藥工業(yè)；具體應(yīng)用
過去三十年間，微生物轉(zhuǎn)化技術(shù)在化學領(lǐng)域內(nèi)不斷地進行常識性試驗，并且得到了全面的發(fā)展，而在實際的使用方面，也得到了極為長足的發(fā)展?，F(xiàn)在社會中，大量的運用化學制品，而許多化學制品都是制作工藝十分復雜的產(chǎn)品，例如藥品、食品添加劑、化妝品等日常生活中極為常見的生活必需品。而在這些產(chǎn)品的具體合成過程之中，許多重要性的反應(yīng)已經(jīng)可以使用微生物轉(zhuǎn)化技術(shù)加以代替。因此，本文主要針對這一技術(shù)在現(xiàn)代社會中的具體應(yīng)用加以分析。
1 微生物轉(zhuǎn)化的簡要概況
所為的微生物轉(zhuǎn)化就是使用微生物將一種物質(zhì)轉(zhuǎn)化為另一種物質(zhì)的這樣一個過程，這一個過程主要是建立在微生物產(chǎn)生一種特殊的細胞內(nèi)部的酶作為生物催化劑展開的化學反應(yīng)。簡單來說，是使用一種以微生物為基礎(chǔ)進行合成的技術(shù)。這些酶對于微生物來說，是生命過程中的必需品，而在具體微生物的轉(zhuǎn)換過程中，這些酶僅僅是作為一種催化劑而存在的。另外，在使用微生物進行處理過程之中，不僅僅是需要利用相似的產(chǎn)品，并且在相似產(chǎn)品中增加的底物也存在著同樣的催化作用，所以我們可以將微生物轉(zhuǎn)化技術(shù)看做有機化學的一個特殊的分支。
之所以微生物能夠?qū)⒛撤N物質(zhì)轉(zhuǎn)化成為另一種物質(zhì)，主要是因為酶的作用。我們不需要對酶進行解釋，只需要了解酶的轉(zhuǎn)化和微生物的轉(zhuǎn)化之間存在著細小的差別，酶是一種單一的化學反應(yīng)，后者則是提供了一種合成酶的場所和反應(yīng)。所以，從這一個方面來看，微生物轉(zhuǎn)化是一種真正的生物轉(zhuǎn)化。另外，因為生物轉(zhuǎn)化過程中所使用的酶多數(shù)來自微生物，我們也可以從動植物中找到所需要的酶。因此再具體的微生物轉(zhuǎn)化過程中，究竟是選擇使用酶還是微生物進行轉(zhuǎn)化，需要綜合考慮多種因素，比如成本、例如環(huán)境以及生產(chǎn)機構(gòu)的設(shè)備質(zhì)量等方面。
同時，在研究微生物的具體轉(zhuǎn)化過程中，需要充分考慮多個方面的問題，例如如何選擇要轉(zhuǎn)換的物質(zhì)，所選擇微生物的具體應(yīng)用那個能力，轉(zhuǎn)化的方式以及具體轉(zhuǎn)化反應(yīng)的選擇等。這其中最關(guān)鍵的一點在于選擇轉(zhuǎn)化過程中的合適的微生物，以及如何提高這種微生物的轉(zhuǎn)化能力，也就是酶的活力應(yīng)該如何的提高。另外，一旦發(fā)現(xiàn)一種新的酶或者一種新的反應(yīng)就要設(shè)計一種新的轉(zhuǎn)化過程。要想尋找十分合適的微生物，除了要十分了解酶的反應(yīng)，更加有效方法是通過篩選的方式來選擇酶。
篩選的方式選擇酶，所要涉及的范圍必須盡可能的寬廣，因為截止到現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了將近3000多種的酶，這些酶中有些酶的催化效果明顯好過化學催化劑。另外，微生物呈現(xiàn)出多樣性，從而能夠幫助我們找到我們在預先設(shè)計中所想要得到的一種反應(yīng)。
2 具體藥物開發(fā)過程中的使用
現(xiàn)在越來越多的專家研究發(fā)現(xiàn)，作為藥物使用的一種混合物有著不容忽視的弊端，而在最近一段時期美國FDA公布的一些藥物使用原則加快了轉(zhuǎn)換技術(shù)從已經(jīng)開發(fā)出來的藥物中開發(fā)出單一藥物的腳步。
而制作手性藥物的關(guān)鍵之處在于不能對稱的一張合成型技術(shù)，并且長久以來，許多化學專家都開發(fā)使用化學藥品來展開不對稱合成技術(shù)的研究和發(fā)展。然而在最近的20年間，越來越多的化學專家將研究的目光頭像到如何將微生物轉(zhuǎn)化更好地運用到有機合成之中產(chǎn)生了興趣。應(yīng)用微生物進行催化的技術(shù)要比使用化學合成以及不對稱合成的方式具有更加明顯的優(yōu)勢，主要在于這樣幾點：（1）轉(zhuǎn)化物質(zhì)具有更強的轉(zhuǎn)移性，也就是不需要專門的基因保護；（2）使用微生物進行轉(zhuǎn)化條件更加優(yōu)越，有著極高的轉(zhuǎn)化率；（3）而在生物轉(zhuǎn)化過程中對于外界的影響更小，尤其是對環(huán)境的污染方面。特別是近年來DNA重組技術(shù)的應(yīng)用和新的轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用，使愈來愈多的原來使用化學方法進行不對稱合成的化合物有可能被生物催化轉(zhuǎn)化的方法來替代。
利用生物轉(zhuǎn)化技術(shù)進行手性藥物的開發(fā)主要進行兩個方面的工作：一是進行藥物關(guān)鍵中間體的制備，因為利用生物催化轉(zhuǎn)化方法制備對映體純化合物具有很大的吸引力，但試圖利用這種方法來完成所期望的復雜的有機合成往往是困難的，甚至是不可能的，而利用這種方法獲得某一關(guān)鍵中間體是切實可行的；另外，盡管用化學的方法能夠在實驗室條件下獲得所需要的手性藥物，但往往是由于成本和技術(shù)問題難以實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。因此用化學一生物一化學的制備路線具有獨特的優(yōu)越性，即所謂的“綠色合成工藝”；二是進行消旋化合物的生物拆分或轉(zhuǎn)化，得到單一構(gòu)型的藥物分子。
3 組合生物催化與新藥發(fā)現(xiàn)
組合生物轉(zhuǎn)化/催化，是指利用一種以上的具有特殊轉(zhuǎn)化功能的微生物或酶，對同一個母體化合物進行組臺轉(zhuǎn)化，以得到化學結(jié)構(gòu)的多樣性，它是從已知化合物中尋找新型衍生物以及從簡單化臺物制備復雜化合物的有效手段。從某種角度講，它比化學合成的方法更為簡單和有效。這是一個新的研究領(lǐng)域。
天然產(chǎn)物的多樣性和其結(jié)構(gòu)的復雜性，是存在于生物體內(nèi)大量酶的作用結(jié)果。生物體內(nèi)負責一系列重要生命活動的酶，在體外同樣具有相同的催化能力。因此，只要體外的催化環(huán)境與體內(nèi)相仿，則能夠?qū)崿F(xiàn)一系列復雜的，特別是用傳統(tǒng)化學合成方法難以實現(xiàn)的化學反應(yīng)。利用生物催化劑或化學合.成一酶催化相結(jié)合的方法，能夠大大地增加衍生物的多樣性，以及能夠有效地對復雜天然產(chǎn)物的結(jié)果修飾和從簡單的分子構(gòu)建新的化合物庫，在這過程中，往往能夠發(fā)現(xiàn)新的生理活性物質(zhì)。生物催化劑為擴大組合化學提供了各種合成的可能性。
利用生物催化發(fā)現(xiàn)先導化合物的優(yōu)越性在于：（1）可能進行反應(yīng)的范圍廣；（2）能夠定向進行區(qū)域選擇性和立體選擇性；（3）不需基團保護和脫保護，一步實現(xiàn)所需的反應(yīng)；（4）在溫和和均一的條件下可容易地實現(xiàn)自動化和一步反應(yīng)的重現(xiàn)性；（5）溫和的反應(yīng)條件保證了復雜易變的分子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；（6）高的催化活性可以降低催化劑的用量；（7）酶的固定化可以使催化劑反復和循環(huán)使用；（8）生物催化劑可在環(huán)境中完全被降解。
結(jié)束語
綜上所述，微生物轉(zhuǎn)化技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)藥工業(yè)中起到十分重要的作用，并且對于藥物等日常生活用品的生產(chǎn)方面也起到十分突出的作用。這就要求我們做好這一方面的具體工作，并且詳細考慮在合適的場所選擇合適的酶或者生物轉(zhuǎn)化技術(shù)來進行生產(chǎn)和轉(zhuǎn)化，從而確保生產(chǎn)產(chǎn)品的優(yōu)異質(zhì)量。
摘要：主要論述了微生物絮凝劑的種類和特點，微生物絮凝劑產(chǎn)生菌，微生物絮凝的機理，影響絮凝活性的因素及在食品工業(yè)廢水處理、乳化液的油水分離、發(fā)酵液的固液分離等處理中的應(yīng)用，并展望了今后微生物絮凝劑領(lǐng)域的研究重點。
關(guān)鍵詞：微生物絮凝劑；食品工業(yè)；水處理；應(yīng)用
目前微生物絮凝劑的研究和應(yīng)用越來越受到重視。微生物絮凝劑是一類由微生物菌體所分泌的一些分泌物或其產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物，它是利用微生物技術(shù)，通過細菌、真菌等微生物發(fā)酵、提取、精制而得的。微生物絮凝劑作為一種新型微生物產(chǎn)品，具有絮凝范圍廣泛，效率高，運行方式靈活，無毒，可消除二次污染，使液體中不易降解的固體懸浮顆粒、菌體細胞及膠體粒子等凝集、沉淀。微生物絮凝劑多數(shù)相對分子質(zhì)量較大，達到104～106。分離純化的微生物絮凝劑主要有多聚糖、糖蛋白、糖脂、脂蛋白、DNA、RNA、纖維素等，其中以多聚糖和糖蛋白類物質(zhì)占絕大多數(shù)。
一、微生物絮凝劑產(chǎn)生菌
至今發(fā)現(xiàn)的具有絮凝性的微生物達32個種［1］，其中細菌18種，真菌9種，放線菌5種，由它們生產(chǎn)的絮凝劑中，最具代表性的為以下三種：1976年Nakamura J.用醬油曲霉生產(chǎn)的絮凝劑AJ7002；1985年，H.Takagi用擬青霉屬生產(chǎn)的絮凝劑PF101，對啤酒酵母、血紅細胞、活性污泥、纖維素粉、活性炭、硅藻土和氧化鋁等有良好的絮凝效果；1986年R.Kurane等人利用紅平紅球菌研制成功微生物絮凝劑NOC-1，對大腸桿菌、酵母菌、泥漿水、河水、粉煤灰水等均有極好的絮凝和脫色效果，是目前發(fā)現(xiàn)的絮凝效果最好的微生物絮凝劑。
二、微生物絮凝劑的分類
1.直接利用微生物細胞的絮凝劑，如某些細菌、霉菌、放線菌和酵母菌，它們大量存在于土壤、活性污泥和沉積物中。
2.利用微生物細胞提取物的絮凝劑，如酵母菌細胞壁的葡聚菌、甘露聚糖、蛋白質(zhì)和N-乙酸葡萄糖膠等成分均可以作為絮凝劑。
3.利用微生物細胞代謝產(chǎn)物的絮凝劑，微生物細胞分泌到細胞外的代謝產(chǎn)物，主要有細菌的莢膜（菌膠團）和粘液質(zhì)，除水分外，其余主要成分為多糖及少量的多肽、蛋白質(zhì)、脂類及復合物，其中多糖在某種程度上可作為絮凝劑。
三、微生物絮凝劑的絮凝機理［2］
1.“橋聯(lián)作用”機理
“橋聯(lián)作用”機理認為微生物絮凝劑是一種具有長鏈線狀的結(jié)構(gòu)的生物大分子物質(zhì)，其借助靜電引力、范德華力或者氫鍵的作用吸附多個不同的膠體顆粒，并在顆粒間產(chǎn)生“架橋”現(xiàn)象，生成粗大的絮團而沉淀下來。研究顯示細菌細胞之間有胞外聚合物搭橋相連，正是這些橋使細胞喪失了原有膠體的穩(wěn)定性而緊密聚合并在液體中沉淀下來。
2.“電性中和”機理
膠體顆粒的絮凝過程中，電中和效應(yīng)也是不容忽視的。溶液中帶有多個電荷的多價電解質(zhì)能夠與顆粒表面帶相反電荷發(fā)生中和，從而減弱顆粒間彼此的相互排斥力，促進顆粒的絮凝沉降。
3.“卷掃作用”機理
該機理認為當微生物絮凝劑投加到一定量時可形成小粒聚體，在重力作用下迅速網(wǎng)捕，卷掃水中膠粒而產(chǎn)生沉淀分離，稱為“卷掃作用”或“網(wǎng)捕作用”。
此外還有莢膜學說、病毒假說等多種理論可以解釋絮凝機理。微生物絮凝劑作為帶電荷的生物大分子，作用機理尚處于探討和完善階段。對于微生物絮凝劑的絮凝機理，其中的架橋機理是被廣泛接受并認同的。
四、影響絮凝活性的因素
1.微生物絮凝劑本身特性的影響
（1）分子量。微生物絮凝劑的主要成分中含有親水的活性基團，如氨基、羥基、羧基等，故其絮凝機理與有機高分子絮凝劑（利用其線性分子的特點起到一種粘接架橋作用而使顆粒絮凝）相同。絮凝劑分子量的大小對其絮凝效果有一定的影響，分子量越大的，絮凝活性越高；當絮凝劑的分子量減小，絮凝活性會明顯下降。
（2）膠體顆粒表面電荷的影響。膠體顆粒表面電荷對絮凝有重要影響。相反電荷的聚合電解質(zhì)能減少顆粒表面電荷密度，以至顆?？梢员舜顺浞志o密接近，使吸引力變得有效。
一般無分支結(jié)構(gòu)的絮凝劑，絮凝效果較好；產(chǎn)生菌培養(yǎng)后期形成的絮凝劑絮凝效果較好。
2.反應(yīng)條件
微生物絮凝劑的絮凝效果受加劑量、pH值、金屬離子、溫度、攪拌速度、水質(zhì)等多種反應(yīng)條件的影響。
（1）絮凝劑的投加劑量。每一種絮凝劑都有最佳投加劑量，過多或過少，絮凝效果均會下降。據(jù)分析，投加劑量的最佳值約是固體顆粒表面吸附大分子化合物達到飽和一半時的吸附量，此時大分子在固體顆粒上架橋幾率最大。
（2）pH值。不同的絮凝劑對pH值變化所表現(xiàn)的效果也不一樣，同種絮凝劑對不同的被絮凝物具有不同的pH初始值要求。故每一種絮凝劑都有其最適的pH值范圍，大于或小于某一pH值都會影響微生物絮凝劑及其被絮凝物表面電荷、帶電狀態(tài)及中和電荷的能力。在最適的pH值范圍內(nèi)，微生物絮凝劑表現(xiàn)出良好的絮凝活性。
（3）溫度。適當改變溫度可提高絮凝效率。由于絮凝物質(zhì)結(jié)構(gòu)上含有蛋白質(zhì)或肽鏈的絮凝劑一般都是熱不穩(wěn)定的，高溫可使這些高分子物質(zhì)空間結(jié)構(gòu)改變，導致變性，從而使絮凝活性下降。而由糖類構(gòu)成的絮凝劑則是熱穩(wěn)定的，它們對溫度不敏感，絮凝劑活性不隨溫度的改變而改變，或者改變較少。例如R.erythropolis產(chǎn)生的絮凝劑在100℃的水中加熱15min后，其絮凝活性下降50%。
（4）金屬離子的種類和濃度。微生物絮凝劑受金屬離子的種類和濃度影響較大。不同的絮凝劑，其適合的離子種類有所差異，目前研究較多的有二價離子中的Ca2+、Mg2+、Mn2+等，以及三價離子中的Al3+、Fe3+等；不同的金屬離子在適當?shù)臐舛认屡c懸浮顆粒以離子鍵相結(jié)合，從而提高絮凝活性，這對于提高微生物絮凝劑的絮凝活性有重要意義。若金屬離子的濃度過高，由于大量離子占據(jù)了絮凝劑分子的活性部位，把絮凝劑分子與懸浮顆粒隔開而抑制絮凝活性。
五、微生物絮凝劑在食品工業(yè)水處理中的應(yīng)用
1.食品工業(yè)廢水
由于微生物絮凝劑具有安全、無毒的特性，逐漸在食品工業(yè)廢水處理中被采用，并可達到滿意的效果。如用微生物絮凝劑普魯蘭處理味精廢水，其COD和SS的去除率可達到40%左右，其濁度去除率可達99%［3］。用絮凝劑A-9處理淀粉廠的黃漿廢水，其處理效果也明顯優(yōu)于目前使用的其它化學絮凝劑，且可回收其蛋白質(zhì)成分作飼料。
2.乳化液的油水分離
乳化液中加入特定的絮凝劑，在一定程度上可使油水分離。如用Alcaligenes latus培養(yǎng)物可以很容易地將棕擱酸從其乳化液中分離出來。試驗表明，向100mL的0.25%乳化液中加入10mLAlcaligenes latus培養(yǎng)液和1mL聚合氨基葡聚糖，乳化液中形成明顯可見的油滴并浮于表面，下層清液的COD值從原來的450mg/L下降為235mg/L，下清液的COD去除率為48%，遠好于無機絮凝劑和人工合成的高分子絮凝劑。
3.發(fā)酵產(chǎn)品的固液分離
利用絮凝劑對細胞具有優(yōu)良的沉降性能來去除發(fā)酵液中的菌體，可大大減少能耗，降低成本，且操作簡單，管理方便。在釀酒工業(yè)中，用具有絮凝性能的酵母替代沒有絮凝性能的酵母可以釀出質(zhì)量更好的啤酒；另外，在生物乙醇和面包發(fā)酵酵母的生產(chǎn)中也應(yīng)用了這種絮凝劑，并可達到良好去除固體物的效果，減少處理時間，有助于降解不穩(wěn)定生物物質(zhì)以及節(jié)省成本。
六、結(jié)論
微生物絮凝劑作為一種新型的絮凝劑，雖然現(xiàn)在主要應(yīng)用于廢水處理方面，但在食品工業(yè)中也將有著良好的應(yīng)用前景，并顯示有強大的生命力。微生物絮凝劑將可能在未來取代或大部分取代傳統(tǒng)的無機高分子和合成有機高分子絮凝劑，但微生物絮凝劑的應(yīng)用還大多處于菌種的篩選階段，存在成本較高的缺點，無法適應(yīng)工業(yè)化生產(chǎn)的需要。目前，推廣應(yīng)用微生物絮凝劑的關(guān)鍵是應(yīng)進一步降低微生物絮凝劑的生產(chǎn)成本。為此，今后的工作應(yīng)主要集中在以下幾個方面：①改進培養(yǎng)條件，研制出低成本的培養(yǎng)源。②優(yōu)良絮凝劑高產(chǎn)菌株的篩選及產(chǎn)生菌的誘變育種和基因控制。③要達到大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)，需對微生物絮凝劑的合成條件和影響絮凝活性的因素進行更深入的研究，以便尋找廉價的培養(yǎng)基和控制絮凝劑發(fā)揮作用的最優(yōu)條件。
【摘 要】文章介紹了工業(yè)微生物課程的特點及進行教學改革的必要性，并從教學內(nèi)容、教學模式以及組織教學方法等方面對工業(yè)微生物課程教學改革進行了探討。
【關(guān)鍵詞】工業(yè)微生物 教學 改革
工業(yè)微生物學是微生物學的一個重要分支，它從工業(yè)生產(chǎn)需要出發(fā)研究微生物的生命活動規(guī)律，以及人為控制微生物代謝的規(guī)律性，從而利用微生物轉(zhuǎn)化生產(chǎn)所需產(chǎn)品，是生物工程、生物制藥等專業(yè)的必修課程之一。其內(nèi)容和應(yīng)用涉及到食品、醫(yī)藥、化工、環(huán)境保護等許多領(lǐng)域，與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人們?nèi)粘Ｉ铌P(guān)系緊密。目前，工業(yè)微生物學的相關(guān)產(chǎn)業(yè)已成為整個國民經(jīng)濟的重要支柱，并隨著對微生物研究和應(yīng)用的不斷深入拓展，工業(yè)微生物將會得到更大的發(fā)展。學習工業(yè)微生物學課程，對人類可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略意義重大。工業(yè)微生物學是一門新興的學科，單獨作為教程的時間不長，存在的問題較多。本文針對教學內(nèi)容、教學模式以及組織教學方法等方面進行探討。
一、教學內(nèi)容應(yīng)體現(xiàn)基礎(chǔ)理論知識與科研、實驗教學和生產(chǎn)生活實踐的有機結(jié)合
工業(yè)微生物學涉及許多領(lǐng)域，發(fā)展迅速，面對相關(guān)科學知識的大量增加，如何取舍和合理安排課程內(nèi)容，明確教學目標，是全球高校共同面對的課題。目前教學大綱規(guī)定的教學內(nèi)容太過陳舊，雖然羅列了大量的知識點，卻較少兼顧學生的需要和社會的需求。社會對人才類型和層次的需求是多樣化和動態(tài)性的。對生物教育而言，既需要從事科技研究的研究型人才，也需要從事設(shè)計和研發(fā)的工程型人才，同時還需要技術(shù)支撐與改進的技能型人才。因此，工業(yè)微生物講授的課程內(nèi)容應(yīng)具有前沿性和實用性。內(nèi)容既要緊跟學科發(fā)展，注重講授最新研究內(nèi)容和引用最新國際一流期刊發(fā)表的資料，這樣對將來攻讀研究生的學生具有啟發(fā)性，還要針對本科畢業(yè)后進入企業(yè)就業(yè)的學生需求，系統(tǒng)講授微生物菌種選育、微生物發(fā)酵及其控制等與學生將來從事專門領(lǐng)域工作相關(guān)的知識。由于信息隨時更新，這就要求教學中所使用的教材、實踐環(huán)節(jié)、教師的教學大綱不斷更新，始終保持講授學科專業(yè)的前沿知識。教學內(nèi)容不僅要包括傳統(tǒng)的微生物學知識，還要包括最新工業(yè)微生物學發(fā)展動態(tài)、熱點話題和取得的新成果，以更新知識點、完善教學內(nèi)容。工業(yè)微生物學是一門實驗性很強的學科，特別注重微生物的應(yīng)用，所以實驗教學環(huán)節(jié)對鞏固基礎(chǔ)理論知識、掌握實驗技能、提高靈活應(yīng)用基礎(chǔ)理論與技術(shù)解決實際問題的能力具有很好的效果。另外，工業(yè)微生物學具有很強的應(yīng)用性，講授內(nèi)容如果能將工業(yè)微生物學的基礎(chǔ)知識、基本理論與工業(yè)生產(chǎn)實踐相結(jié)合，或在生產(chǎn)企業(yè)進行現(xiàn)場教學，會取得更好的效果。
二、采用多媒體教學模式
工業(yè)微生物教學涉及大量形態(tài)、結(jié)構(gòu)的描述與講解，各種代謝調(diào)控機制也較為復雜，傳統(tǒng)的教學模式，會使學生感覺抽象無趣和晦澀難懂，而應(yīng)用多媒體模式有助于提高教學效果。如在講解“微生物的形態(tài)結(jié)構(gòu)”時，運用大量色彩鮮明、形象生動的圖片和動畫，對學生了解微生物的立體結(jié)構(gòu)有很大的幫助。又如講授“乳糖操縱子模型說明底物對酶合成的阻遏”時，如果制作成動畫展示，就能形象地把酶合成受到阻遏的過程表現(xiàn)出來，這樣能夠把復雜的問題簡單化，且形象生動，便于學生理解和記憶。另外，教師在制作多媒體課件時還能隨時更新內(nèi)容和添加最新研究動態(tài)和成果，做到授課內(nèi)容與時俱進。
三、以能力目標要求安排教學教師
目前高校工業(yè)微生物教學大多是一個教師獨立講授全部教學內(nèi)容。然而，由于學科的飛速發(fā)展，一位教師很難對工業(yè)微生物學的方方面面都有較為深入的了解，這樣就使教學只是停留在書本上，沒有自己的研究和見解。為改善此種情況，可以在充分發(fā)揮教師特長的基礎(chǔ)上將教師資源進行合理整合，根據(jù)課程內(nèi)容，合理安排最合適的教師參與教學過程。教師的講授內(nèi)容可以聯(lián)系主講教師近幾年的研究課題，因此能夠保證討論的深度和廣度。由于不同教師學術(shù)背景和風格各異，具有完全不同的教學個性，他們在教學中聯(lián)系各自的科學研究和自身體會，大大增強了課程教學的靈活性與個性化，極大地培養(yǎng)了學生的科學思維能力和創(chuàng)新能力，拓寬了學生的視野。這種教學組織方式可以充分保證每位教師都能將精力集中在自己的優(yōu)勢研究方向上，既減輕了教師的教學負擔，又能最大限度地發(fā)揮教師的特長。
四、以學生為教學中心組織教學
目前，國內(nèi)高校大多數(shù)課堂教學都是教師一言堂的情況，因為缺乏與學生的互動，很難調(diào)動學生的學習積極性。教育觀念、教學方法的改革已成為當前高校教育改革最迫切的任務(wù)之一，其核心是使高校教學由現(xiàn)在的以教師為中心向以學生為中心的轉(zhuǎn)變，使教學成為交互式和討論式，激發(fā)學生主動學習的積極性，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維能力。強調(diào)學生在教學過程中的主導地位，不是教師想教什么，而是強調(diào)學生們想學什么。通過這種方式的教學，每位學生都能得到自己想要的知識，滿足了不同層次學生的實際需要。目前國內(nèi)高校的反饋與評價通常也是在學期結(jié)束之后，學生對教師的評價也大多流于形式。如果教師能夠在學期過程中及時獲得學生對教學的反饋與評價，特別是在教學中需要改革和提高的地方，以及學生真正想學什么，才能真正有效地提高教學質(zhì)量。由于學生畢業(yè)后去向不同，有些學生畢業(yè)后選擇以學術(shù)研究為職業(yè)，有些學生則直接進入企業(yè)從事研發(fā)和銷售工作等。因而，應(yīng)該針對學生不同就業(yè)情況及其相應(yīng)知識要求分別輔導、因材施教。教學過程中應(yīng)重視對學生的答疑輔導，對于學生提出的某些共性問題安排課堂討論，師生間形成良好的互動，可以極大地改善教學效果。還可以安排教學助理研究生開設(shè)大量輔導課，及時解決學生學習中遇到的難點。
五、以培養(yǎng)學生自主學習能力為中心組織教學
培養(yǎng)學生自主學習的能力已成為高等教育的共識。要做到這一點，除在課堂教學中要更新教學觀念、改革講授方式外，還必須充分利用各種現(xiàn)代化的手段，鼓勵學生在課后對教學過程的主動參與，并對所學知識進行積極討論及進一步深入學習。［5］充分應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)，將工業(yè)微生物學課程介紹、教師介紹、教學要求、學習方法、指定教材、教學大綱以及主要授課課件等放在校園網(wǎng)上，這樣可以提高學生學習的自主性。學生能充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，在需要時可以隨時上網(wǎng)查閱有關(guān)資料，與教師互動，解決學習困難。通過網(wǎng)絡(luò)學習，學生能夠?qū)W會如何從網(wǎng)絡(luò)資源中選擇自己需要的資料，進一步提高學習效率。這種教學方式有利于達成課程的教育目標，同時也改變了學生的課堂學習行為，拓展了學生在課堂外的學習。另外，工業(yè)微生物學是一門實驗性、實踐性很強的學科，很多學生在課堂上雖然看到了一些生產(chǎn)過程和設(shè)備圖片，但仍然缺乏實際生產(chǎn)概念。鼓勵學生了解和參加生產(chǎn)實踐，教師可以介紹一些與教學內(nèi)容有關(guān)的生產(chǎn)企業(yè)（如啤酒廠、制藥廠、生物工程公司等），讓學生了解生產(chǎn)的實際過程，及時將理論知識和生產(chǎn)實踐相結(jié)合，加深對理論知識的理解。通過觀察實際生產(chǎn)操作和運行，發(fā)現(xiàn)尚需解決的問題，并帶著問題查閱資料或與老師討論，尋找解決方法，形成學習、實踐、再學習、再實踐的良性循環(huán)的求知習慣。
在工業(yè)微生物課程教學實踐中，我們對教學內(nèi)容和教學方法作了一些改革，注重收集最新研究成果，增加了基礎(chǔ)理論知識與科學研究和實際生產(chǎn)相結(jié)合的內(nèi)容，使教學內(nèi)容更加豐富和完善。采用多媒體課件授課并增加生產(chǎn)現(xiàn)場教學內(nèi)容，提高了學生的學習興趣和求知欲，教學質(zhì)量得到明顯提高。學生踴躍加入到教師的科研小組，參與實驗設(shè)計和操作，也得到了一些有意義的實驗結(jié)果。作為實驗和實踐性較強的課程，工業(yè)微生物學相關(guān)知識、信息量擴增較快，因此在教學內(nèi)容上要注重課程基礎(chǔ)性、系統(tǒng)性、先進性與應(yīng)用性的有機統(tǒng)一，引入新的教學手段和教學方法，培養(yǎng)學生把所學知識化繁為簡，并進行系統(tǒng)歸納和總結(jié)的能力，并在此基礎(chǔ)上，有意識地培養(yǎng)學生利用所學知識進行實踐應(yīng)用的能力。
摘要：隨著社會的發(fā)展與進步，重視微生物在含油工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用具有重要的意義。本文以包鋼冷軋廢水為例主要介紹微生物在含油工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞 ： 鋼鐵 工業(yè) 廢水 處理 微生物
引言：
微生物技術(shù)在生活污水和可生化性較好的工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用由來已久，但對于可生化性較差的工業(yè)廢水，尤其是含油工業(yè)廢水處理中應(yīng)用得很少。因為微生物處理對COD：BOD和BOD：N：P的比例有較為嚴格的要求，而工業(yè)含油廢水如軋鋼廢水中BOD較低而COD較高，氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的含量又非常低，特別是冷軋含廢油水中油和添加劑含量均較高，可生化性差，通過常規(guī)自然馴化得到的菌群在短期內(nèi)是無法適應(yīng)，處理效果不理想，因此應(yīng)用得較少。近年來，隨著微生物技術(shù)的發(fā)展和其減量化、無害化處理的優(yōu)勢不斷突現(xiàn)，國內(nèi)國際已經(jīng)陸續(xù)開始進行專門針對含油廢水處理的專性菌的馴化培養(yǎng)和組合優(yōu)化，以適應(yīng)不同的水質(zhì)。因此，難生化降解的冷軋含油廢水也被列入微生物處理技術(shù)的應(yīng)用范疇內(nèi)。
1.國內(nèi)外冶金行業(yè)生化法處理廢水的發(fā)展現(xiàn)狀
含油工業(yè)廢水屬難處理水，生化性能很差，國內(nèi)大都采用物化處理的方法，即采用破乳、加藥、混凝、沉淀、過濾以及強氧化的工藝，而這些處理工藝大都存在工藝復雜，安全性差，運行成本高，污泥量大，處理后出水水質(zhì)不穩(wěn)定或難以達標排放等問題，而且存在著二次污染的問題。
微生物處理技術(shù)主要是通過微生物的代謝，使廢水中的油，CODcr轉(zhuǎn)化為水和二氧化碳，因此，是一種減量化無害化處理的理想方法。因為不產(chǎn)生二次污染和污染物的真正減量化，所以生物處理技術(shù)成為最廣泛使用的廢水處理技術(shù)。雖然傳統(tǒng)的生物處理工藝對難降解有機物的處理效率不高，但隨著生物工程技術(shù)的發(fā)展，微生物在高濃度難降解有機工業(yè)廢水的處理方面得到了長足的發(fā)展。利用微生物的可變異性，通過微生物活性和濃度的強化，可以開發(fā)出適合于處理高濃度難降解有機工業(yè)廢水處理的技術(shù)及設(shè)備。目前許多國家都在進行這方面的研究，其中加拿大的EPI處于領(lǐng)先地位。近年來，美、日、意、新西蘭，比利時等國家采用生物濾池結(jié)合加拿大EPI（環(huán)保研究所）培養(yǎng)的新型EPICIN EPIZYM微生物處理各種工業(yè)及城市污水處理取得了很好的效果。我國之前由于沒有專性的微生物菌種，微生物處理技術(shù)在鋼鐵行業(yè)也沒有實質(zhì)性的應(yīng)用，與國外的先進技術(shù)還有很大的差距，因此必須積極趕上去。目前，我國一方面通過微生物菌種的引進，另一方面通過長期的馴化和優(yōu)選，得到了一些適合我國國情和可應(yīng)用于各種不同廢水水質(zhì)的微生物菌種。
以生物濾池的問世為標志的生物膜反應(yīng)器技術(shù)在走過了100多年的發(fā)展歷程后，與活性污泥法一同成為現(xiàn)代污水處理技術(shù)的最重要組成部分。研究和實踐表明，生物膜不僅可以取代活性污泥法用于生活污水和工業(yè)廢水的二級生物處理，而且還具有運行穩(wěn)定，抗沖擊負荷能力強，更經(jīng)濟節(jié)能，無污泥膨脹問題，同時具有硝化和反硝化功能，可實現(xiàn)封閉運轉(zhuǎn)以無異味等獨特的優(yōu)勢。近年來生物膜工藝發(fā)展迅速，相當多的研究和工程實踐使得人們對生物膜的特征及其基礎(chǔ)理論研究不斷加深，現(xiàn)有工藝也得到進一步的完善。與此同時也出現(xiàn)了各種新型生物膜反應(yīng)器及其組合工藝，并逐步形成了一套較完整的生物膜法污水處理系列工藝和設(shè)備。
2.包鋼冷軋廢水處理工藝
包鋼生產(chǎn)過程中產(chǎn)生四種廢水,其水質(zhì)水量分別如下：
a.濃含油廢水9.6m3/h，含油量1-11g/l，CODcr2000-15000mg/1，主要來源為酸洗－連軋機組的乳化液站和各液壓潤滑站地坑；
b.稀含油廢水50m3/h，含油量100-1000mg/l，CODcr1000-2500mg/1，主要來源為濃含油廢水處理系統(tǒng)出水和熱鍍鋅線堿洗系統(tǒng)排放的廢液；
c.酸堿廢水llOm3/h ，pH 2-12，CODcr0-400mg/1，主要來源為酸洗－連軋機組的酸再生站、酸洗機組漂洗水和熱鍍鋅機組漂洗水；
d.含鉻廢水2m3/h，每3個月排放一次，懸浮物80000-100000mg/l，Cr6+≤10000mg/l，來源為熱鍍鋅機組的鈍化廢液。
包鋼新建冷軋廢水處理站一座，專門接收和處理冷軋生產(chǎn)線所產(chǎn)生的全部廢水，處理后的出水達到國家二級排放標準，排入包鋼排水總網(wǎng)，經(jīng)最終處理后排放。
廢水處理站的處理工藝流程如圖1．1所示，共分為四個部分：濃含油廢水處理系統(tǒng)、稀含油廢水處理系統(tǒng)、酸堿廢水處理系統(tǒng)、含鉻廢水處理系統(tǒng)。其中稀含油廢水包括酸洗－連軋機組含油廢水、熱鍍鋅機組、磨床排放的含油廢水以及超濾系統(tǒng)出水，主要處理系統(tǒng)是采用的微生物處理技術(shù)。各機組稀含油廢水先進入稀含油廢水調(diào)節(jié)池前的分配槽，經(jīng)水量分配后進入調(diào)節(jié)池。調(diào)節(jié)池內(nèi)設(shè)刮油刮渣機一臺，刮除表層浮油，底部污泥刮至污泥槽。調(diào)節(jié)池廢水用廢水提升泵提升至pH調(diào)節(jié)池，經(jīng)二級pH調(diào)整后廢水進入微生物反應(yīng)池，考慮到含油廢水的溫度可能較高，不宜直接進入。微生物反應(yīng)池，需要先將廢水溫度冷卻至25～35℃后再進行生化處理。冬天可超越冷卻塔系統(tǒng)。
微生物反應(yīng)池是一種接觸氧化生物膜反應(yīng)器，池內(nèi)設(shè)半軟性填料，底層設(shè)可變孔軟管，采用羅茨風機曝氣，配備微生物反應(yīng)罐，在初期運行和日常運行過程中，根據(jù)實際情況需要，定期向微生物反應(yīng)池投加經(jīng)過優(yōu)化篩選組合的聯(lián)合菌群，使廢水中快速建立一條有效降解烴類、脂類等有機污染的生物群，對廢水中各種復雜的脂肪族和芳香族進行生物降解，同時投加與之配伍的營養(yǎng)劑和抗表面活性劑，以維持聯(lián)合菌群的優(yōu)勢和活性，有效地提高廢水的可生化性和去除效率。由于大部分的有機物和石油通過微生物的代謝作用已轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水，廢水中的油含量和化學需氧量等污染指標均符合國家二級排放標準的要求。微生物反應(yīng)池的出水進入斜板沉淀池，使生化處理后的廢水中的無機物、剩余污泥和部分生物污泥、細菌的代謝產(chǎn)物得到高效的沉淀去除。同時根據(jù)進入斜板沉淀池的廢水水質(zhì)，加入少量的高效絮凝劑，以提高混凝沉淀的效率。沉淀的污泥進入污泥濃縮池，上清液排放至排放水池或酸堿廢水處理系統(tǒng)?？紤]到運行成本和維護優(yōu)勢微生物菌群的反應(yīng)活性，并提高廢水的可生化性，斜板沉淀池排泥向微生物反應(yīng)池的污泥回流率為20％。斜板沉淀池的剩余污泥泵送至污泥濃縮池，進一步濃縮脫水后定期外運。泥餅含水率小于75％。
3．微生物處理技術(shù)的目的和意義
隨著中國國民經(jīng)濟的發(fā)展迅速，市場對鋼材的需求正在迅速擴大，刺激了國內(nèi)鋼鐵行業(yè)發(fā)展迅速，而冷軋生產(chǎn)線為鋼鐵行業(yè)的主要發(fā)展方向，它的生產(chǎn)過程產(chǎn)生的高濃度難降解的含油工業(yè)廢水除了生化處理至今尚未有一個良好的解決方法。
采用微生物處理技術(shù)運行穩(wěn)定，功能可靠，運行管理方便，投資費用和處理成本低。結(jié)合實際工程，謹慎合理地選擇工藝路線，可確保處理系統(tǒng)長期運行安全可靠，出水穩(wěn)定達標排放。同時可以合理地解決污泥的出路問題，避免二次污染等問題。
由于上海寶鋼2030冷軋生產(chǎn)線的成功應(yīng)用，以及隨后上海寶鋼1800冷軋生產(chǎn)線、邯鋼1650冷軋生產(chǎn)線和包鋼1560冷軋生產(chǎn)線的采用，國內(nèi)有越來越多的冷軋項目開始采用微生物處理技術(shù)來處理冷軋和鍍鋅產(chǎn)生的高含油、高COD廢水。但是，應(yīng)用于冷軋含油廢水處理的微生物處理技術(shù)在我國發(fā)展的時間并不長，難以找到與此有關(guān)且切實有效的參考依據(jù)，無法形成一套成熟的理論，致使處于探索階段的各個鋼鐵企業(yè)無法有大的進展。包鋼冷軋含油廢水處理系統(tǒng)污水處理站的研究和應(yīng)用旨在努力探索一套冷軋含油廢水微生物處理系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)，以指導廢水處理站的生產(chǎn)運行，從而為研究提供強有力的現(xiàn)實基礎(chǔ)和微生物技術(shù)處理冷軋含油廢水的應(yīng)用理論。
結(jié)束語
隨著我國高科技技術(shù)的快速發(fā)展，微生物技術(shù)已成為我國二十一世紀重點開發(fā)、研究的方向，在工業(yè)廢水處理中的有著廣泛的應(yīng)用前景，微生物技術(shù)不僅起到凈化環(huán)境的重要作用，減少污染和改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，也為保護環(huán)境和國家的經(jīng)濟建設(shè)和社會可持續(xù)發(fā)展做出了積極貢獻。
【摘要】 工業(yè)微生物學在教學內(nèi)容和教學方法上,還需經(jīng)過多方面的改革探討。本文從工業(yè)微生物學這門課程的教學環(huán)節(jié)和實驗環(huán)節(jié)出發(fā),結(jié)合教學過程中的一些問題,對教學方法和教學內(nèi)容進行了探討實踐,使學生對工業(yè)微生物學產(chǎn)生了較濃厚的興趣,達到了教改的目的。
【關(guān)鍵詞】工業(yè)微生物;教學;初探
項目來源:吉林農(nóng)業(yè)大學質(zhì)量工程課題 《生物工程特色專業(yè)》項目資助。
工業(yè)微生物學是微生物學的一個重要分支,它涉及食品、醫(yī)藥、化工、環(huán)境保護等許多領(lǐng)域,與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人們?nèi)粘Ｉ钣忻芮新?lián)系。現(xiàn)在,工業(yè)微生物學的相關(guān)產(chǎn)業(yè)已成為整個國民經(jīng)濟的重要支柱,并隨著對微生物研究和應(yīng)用的不斷深入拓展,將會得到更大的發(fā)展。學習工業(yè)微生物學課程,對人類的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略有著十分重要的意義。
工業(yè)微生物學授課范圍適用于生物工程、制藥工程等專業(yè)。在吉林農(nóng)業(yè)大學生命科學學院主要是生物物理碩士學位課,由于開設(shè)時間不長,在教學內(nèi)容和教學方法上,還需經(jīng)過多方面的改革探討。
1.工業(yè)微生物學教學方法的探討
1.1根據(jù)本專業(yè)學生的特點,因材施教
由于此門課程是研究生課程,所以要根據(jù)學生本科學習階段所開設(shè)課程,在教學方法上作適當調(diào)整,可以采用與學生互動和啟發(fā)式的教學方式,就是在教師的誘導、點撥下,使學生積極思考并自己先做出判斷的教學方式。工業(yè)微生物學是注重應(yīng)用的一門學科,鼓勵自主探究,鼓勵對學習內(nèi)容和過程的反思等。例如鼓勵學生將所學東西和自己的科研方向相結(jié)合來加以證明;課堂上,鼓勵學生隨時提問題,大家一起參與討論。通過這些方法,課堂氣氛活躍了,學習興趣也得到了很大的提高。主要表現(xiàn)在兩個方面教學效果比較好:一方面可以讓學生根據(jù)自己未來科研方向開展工業(yè)微生物相關(guān)知識、試驗設(shè)計的查閱;另一方面可以讓學生以報告的形式找到切入點,談?wù)勛约旱南敕ɑ蛟囼炈悸贰?
1.2采用計算機輔助教學模式
利用計算機多媒體技術(shù)輔助教學是目前高校多采用的一種教學手段,相對于板書教學有著它自身的優(yōu)點,計算機多媒體技術(shù)是指:計算機綜合處理多種媒體信息,如文本、圖形、圖像、音頻和視頻,使多種信息建立邏輯連接,集成為一個系統(tǒng)并具有交互性。工業(yè)微生物學的教學涉及大量的形態(tài)描述與試驗設(shè)計的講解及較復雜的各種調(diào)控機制,如采用計算機多媒體技術(shù)能很好地解決了這些問題,教學效果能得到較大的提高。
1.3選擇合適的教材和參考資料
對于研究生的教學教材來講,因為好多研究生階段的學生在本科階段并沒有學習有關(guān)微生物的基本知識,所以教材除了要有基本知識點外,還要有適合研究的擴展性知識、應(yīng)用性知識。因此,可以參考像岑沛霖等編輯的《工業(yè)微生物學》(化學工業(yè)出版)的基礎(chǔ)部分講解,更要參考像楊汝德編輯的《現(xiàn)代工業(yè)微生物學教程》(高等教育出版社)的應(yīng)用性教材,另外更要查閱國內(nèi)外重要查閱國內(nèi)外重要期刊,講解現(xiàn)在工業(yè)微生物主要的研究熱點和方向,結(jié)合學生各自的研究方向跟學生進行探討?？傊?參考教材和資料要盡可能豐富。
2.工業(yè)微生物學教學內(nèi)容的探討
2.1理論知識與科研的結(jié)合
工業(yè)微生物學涉及許多領(lǐng)域,如食品、化工、制藥和環(huán)境保護,而且發(fā)展非常迅速,信息也在隨時進行更新。在教學中除了選擇信息量大、適合教學和自學的優(yōu)秀教材外, 由于此門課程是研究生課程因此在教學工作中,應(yīng)注意和科研相結(jié)合,閱讀專業(yè)的文獻材料或?qū)δ硞€課題進行研究后,把最新工業(yè)微生物學發(fā)展動態(tài),熱點話題或取得的新成果給學生講解,及時完善了教學內(nèi)容的更新。或者讓學生同學圍繞自己感興趣的問題查閱一些資料,然后以作報告的形式在課堂上進行講解,使他們把知識和科研很好的結(jié)合在一起,這樣既可增加學生學習的自覺性和積極性,又會有事半功倍的學習效果。
2.2理論知識與實驗教學的結(jié)合
工業(yè)微生物學是一門實驗性很強的學科,特別注重微生物的應(yīng)用,所以實驗教學環(huán)節(jié)對鞏固基礎(chǔ)理論知識,掌握實驗技能,提高靈活應(yīng)用基礎(chǔ)理論與技術(shù)解決實際問題的能力,具有很好的效果。本課程也開設(shè)了一些設(shè)計性和驗證性的實驗課,使理論教學和實驗教學很好的結(jié)合。這樣一來,一般都是學生學了理論知識后,就進行相關(guān)的實驗操作,如有不了解或者感到抽象的知識點,可以在實驗課中得到很好的解決。
2.3理論知識與實踐的結(jié)合
在講授基礎(chǔ)理論課時,我們將工業(yè)微生物學的基礎(chǔ)知識、基本理論與工業(yè)生產(chǎn)實踐相結(jié)合進行詳細的講解,及時穿插一些實用的小知識,并盡量做到前后呼應(yīng),學生也積極響應(yīng),希望學到更多的教材以外的東西。例如,在緒論中講解工業(yè)微生物發(fā)展趨勢時,向?qū)W生們講述了酸奶制作, 使學生學習本課程的興趣有了很大的提高,并開闊了知識眼界;講解菌種篩選內(nèi)容時,又以乳酸菌新菌種篩選為例,較詳細的講述了篩選過程,并與誘變育種的內(nèi)容相結(jié)合,使學生對菌種選育的基本過程有了系統(tǒng)的了解。同時學生通過查閱資料發(fā)現(xiàn):人們適用酸奶的最佳時間是飯后1~2小時,因為這個時候人胃中的酸堿度適中,不會影響乳酸菌的作用,使他們的知識得到了進一步的補充。
總之,在深化教學改革過程中, 我們按照課程建設(shè)的目標及要求,在教學過程中逐步加強課程的教法和教學內(nèi)容的摸索探討,改革課程組織形式,建立一個較好的教學模式和體系,培養(yǎng)學生的獨立思考和創(chuàng)新能力,取得了較好的效果。
