1、 現代生物技術導論論文 姓名：包紅英 學號：0968100636 學院：機械工程學院發酵工程在環境保護中的應用探討 摘要：本文闡述了發酵的概念、特點，分析了發酵工程的基本原理和過程，探討了發酵工程在環境保護中的應用，展望了其在環境保護中的應用前景，為環保工作者提供思考。 自然界存在著豐富的微生物種群，在生物圈物質循環中著重充當分解者的角色。微生物通過發酵作用，可以對物質進行降解與轉化，一方面合成自身細胞成分，另一方面，產生新的有用的產品。因此，利用微生物發酵工程的原理與技術，凈化和處理環境污染物，可以實現廢物資源化，提高整體工藝的效益，降低運行成本，同時達到減輕環境污染，保護環境的目的。本文闡

2、述了發酵的概念和特點，分析了發酵工程的基本原理和過程，探討了發酵工程在環境保護中的應用，展望了其在環境保護中的應用前景，為環保工作者提供思考。發酵是微生物分解有機物，產生乳酸或乙醇和二氧化碳的過程，發酵必須依靠微生物酶的參與，并為微生物提供細胞生命活動所需的能量和各種細胞結構物質。廣義上的發酵是指利用微生物生產有用代謝產物的一種生產方式；狹義上的發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，以體內的某些有機物作為最終氫（電子）受體的產能過程；工業上的發酵是泛指一切依靠微生物的生命活動而實現的工業生產過程。 發酵過程一般來說都是微生物及其酶作用下的生物化學反應，通常在常溫常壓下進行，其

3、反應條件也比較簡單溫和，而發酵工程的三大過程要素是溫度、pH值和氧氣，因此發酵的過程要素條件一般比較容易控制。 關鍵詞: 發酵工程；發酵；環境保護；微生物 自然界存在著豐富的微生物種群，在生物圈物質循環中著重充當分解者的角色。微生物通過發酵作用，可以對物質進行降解與轉化，一方面合成自身細胞成分，另一方面，產生新的有用的產品。因此，利用微生物發酵工程的原理與技術，凈化和處理環境污染物，可以實現廢物資源化，提高整體工藝的效益，降低運行成本，同時達到減輕環境污染，保護環境的目的。本文闡述了發酵的概念和特點，分析了發酵工程的基本原理和過程，探討了發酵工程在環境保護中的應用，展望了其在環境保護中的應用前

4、景，為環保工作者提供思考。一、發酵的概念發酵是微生物分解有機物，產生乳酸或乙醇和二氧化碳的過程，發酵必須依靠微生物酶的參與，并為微生物提供細胞生命活動所需的能量和各種細胞結構物質。廣義上的發酵是指利用微生物生產有用代謝產物的一種生產方式；狹義上的發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，以體內的某些有機物作為最終氫（電子）受體的產能過程；工業上的發酵是泛指一切依靠微生物的生命活動而實現的工業生產過程。二、發酵的特點（1）發酵條件溫和發酵過程一般來說都是微生物及其酶作用下的生物化學反應，通常在常溫常壓下進行，其反應條件也比較簡單溫和，而發酵工程的三大過程要素是溫度、pH值和氧氣，因

5、此發酵的過程要素條件一般比較容易控制。（2）發酵原料廣泛發酵所用的原料通常以淀粉、糖蜜或其他農副產品為主，還可以用許多環境中的廢棄物，因此發酵原料來源廣泛。同時原料中只要加入少量的有機和無機氮源就可進行微生物發酵反應，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物作為發酵的原料進行污染物的降解利用和資源化，達到廢物資源化和環境保護的目的。（3）發酵專一性強發酵過程是通過生物體的自動調節方式來完成的，更確切地講，是通過微生物的酶來調節的，由于微生物的遺傳特性及其酶的專一性，因此，發酵反應的專一性強，因而可以得到較為單的發酵代

6、謝產物。（4）發酵的高效性微生物優良菌種是進行發酵的根本因素，是發酵取得良好效益的關鍵。通過微生物誘變和菌種篩選，可以獲得高產的優良菌株并使生產設備得到充分利用，也可以因此獲得按常規方法難以生產的產品，因此發酵具有高效性。（5）發酵的創新性隨著科學技術的發展和人們對生物技術研究的深入，現代發酵工程除了使用微生物外，還可以用動植物細胞和酶，也可以用人工構建的“工程菌”來進行反應；反應設備也不只是常規的發酵罐，而是以各種各樣的生物反應器取而代之，自動化、連續化程度高，使發酵水平在原有基礎上有所提高和和創新，因此發酵具有創新性。三、發酵工程的原理發酵的基本原理是單一菌種在培養基中的純培養，因此優良菌

7、種的選育和發酵過程中對雜菌污染的防治至關重要。優良菌種的選育是發酵取得良好效益的關鍵，因此必須采取合理的菌種選育方法，獲得性能優良穩定的菌種。此外，發酵過程雜菌防治是生產成敗的關鍵，除了必須對設備進行嚴格消毒處理和空氣過濾外，反應必須在無菌條件下進行。污染了雜菌，生產上就要遭到巨大的經濟損失，感染了噬菌體，對發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酵過程的始終，因此對雜菌的防治和控制是發酵成敗的關鍵。四、發酵工程的過程發酵工程的過程一般可以分為原料預處理、發酵準備、發酵過程以及產品分離提純四個階段。（1）發酵原料的預處理發酵的原料豐富，來源廣泛，在環境中還可以用許多廢棄物，如

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

9、的角度可分成不同的類型。根據是否需要氧氣分為厭氧發酵（靜置發酵）和好氧發酵（通氣發酵）；根據發酵培養基的性質分為固態發酵和液態發酵；根據發酵原料的添加方式分為分批發酵、補料分批發酵及連續發酵等。發酵過程還包括過程檢測、發酵條件的控制、發酵條件對菌種代謝的影響。由于發酵過程實質上是在生物反應器中，微生物將有機物轉化為本身的細胞結構物質，同時生產目的產物的過程，同時由于使用的微生物菌種不同，代謝規律不一，因此可以在實際中采用不同的發酵方法。（4）產品的分離和純化產品的分離和純化是將所需要的產物從發酵液中分離出來的過程，亦即是從發酵液中分離提取符合質量指標的制品的過程，也稱后處理。主要包括細胞破碎，

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，結晶，蒸餾，干燥包裝等過程和單元操作，當然由于發酵的目的不同，產品不一樣，產品分離純化的步驟也不相同。五、發酵工程的應用微生物發酵技術已經廣泛運用于環境保護的多方面，以下重點介紹幾項經多年開發，已接近產業化的微生物發酵技術。（1）亞硫酸鹽紙漿廢液乙醇發酵亞硫酸鹽紙漿廢液中含有較多的木質素和相當數量的糖類，總固形物約9%-17%，其中有機物占總固形物的85%-90%。亞硫酸鹽紙漿廢液中可發酵性糖的來源主要是半纖維素。亞硫酸鹽紙漿廢液經過預處理后，添加N、P，在發酵罐中加入絮狀酵母，通入空氣攪拌，進行乙醇發酵，可生產乙醇。（2）

11、酵母循環系統酵母循環系統是一種利用酵母的新式食品廢水處理系統，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。與細菌活性污泥系統相比，酵母廢水系統的性能大大提高。酵母廢水處理系統日處理能力達到10-15BODkg/m3，是細菌法的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量最大的廢物。目前以綠色木霉生產纖維素酶制劑，其酶活力已經得到很大的提高，并據此開發了纖維素酶解糖化工藝。此外利用纖維素肥料生產單細胞蛋白的技術也在不斷地改進。80年代全世界用纖維素原料的水解液生產SCP 已達50104t。同時利用纖維素生產乙醇，被認為

12、是解決能源危機和減少能源污染的一條有效途徑。（4）有機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濟損失達80 億元，而這些廢棄物中含有許多有利用價值的物質和能量組成，各種有機物就是其中之一。運用微生物發酵，對廢棄物進行無害化、資源化、減量化處理，可以達到變害為寶，化害為利的目的。傳統的靜態發酵堆肥法就是將有機廢棄物進行厭氧發酵，制成有機肥，使固體廢棄物無害化處理的過程。有機廢物經堆肥化處理后，可以成為優良的土壤改良劑和優質肥料。而高效快速的堆肥技術也是20 世紀60 年代以來國內外競相研究的重點之一。堆肥方法已從傳統的露天靜態堆肥向快速堆肥法發展，如DANO工藝可以節省投資，提高處理能力。六、發酵工程在環境保護中的應用前景展望隨著發酵工程技術在環境保護中的應用，隨著全球范圍內對環境保護的高度重視，為發酵工程及其技術在環境保護中的應用展示了更為廣闊的前景。我國微生物發酵工程在環境保護上的應用還處于初級階段，發酵工程技術在環保中進一步開發需要得到我們社會、同行及主管部門的廣泛支持。大力開發以廢物資源化為主體的微生物發酵工程技術研究，大力推進發酵工程技術在環境保護中的應用，帶動整個環?？萍嫉陌l展，并為環保市場提供高品質的環