5 发酵工程在环境污染治理中的应用
发酵工程在环境保护中的应用探讨
发酵工程在环境保护中的应用探讨环境工程专业李双自然界存在着丰富的微生物种群，在生物圈物质循环中着重充当分解者的角色。
微生物通过发酵作用，可以对物质进行降解与转化。
因此，利用微生物发酵工程的原理与技术，净化和处理环境污染物，可以实现废物资源化，提高整体工艺的效益，降低运行成本，同时达到减轻环境污染，保护环境的目的。
发酵工程是生物技术的瓶颈，固态发酵作为发酵工程一个重要的部分，在资源环境应用研究方面取得了重要进展。
1、发酵的概念发酵是微生物分解有机物，产生乳酸或乙醇和二氧化碳的过程，发酵必须依靠微生物酶的参与，并为微生物提供细胞生命活动所需的能量和各种细胞结构物质。
工业上的发酵是泛指一切依靠微生物的生命活动而实现的工业生产过程。
2、发酵的特点2.1发酵条件温和发酵过程一般来说都是微生物及其酶作用下的生物化学反应，通常在常温常压下进行，其反应条件也比较简单温和，因此发酵的过程要素条件一般比较容易控制。
2.2发酵原料广泛发酵所用的原料通常以淀粉、糖蜜或其他农副产品为主，还可以用许多环境中的废弃物，因此发酵原料来源广泛。
可以充分利用废水和废物中的有机物作为发酵的原料进行污染物的降解利用和资源化，达到废物资源化和环境保护的目的。
2.3发酵专一性强发酵过程是通过生物体的自动调节方式来完成的，更确切地讲，是通过微生物的酶来调节的，由于微生物的遗传特性及其酶的专一性，因此，发酵反应的专一性强，因而可以得到较为单—的发酵代谢产物。
2.4发酵的高效性微生物优良菌种是进行发酵的根本因素，是发酵取得良好效益的关键。
通过微生物诱变和菌种筛选，可以获得高产的优良菌株并使生产设备得到充分利用，也可以因此获得按常规方法难以生产的产品，因此发酵具有高效性。
2.5发酵的创新性随着科学技术的发展和人们对生物技术研究的深入，现代发酵工程除了使用微生物外，还可以用动植物细胞和酶，也可以用人工构建的“工程菌”来进行反应；反应设备也不只是常规的发酵罐，而是以各种各样的生物反应器取而代之，自动化、连续化程度高，使发酵水平在原有基础上有所提高和和创新。
论述发酵工程在环境净化中的应用
论述发酵工程在环境净化中的应用
发酵工程是以发酵工艺及过程管理方式，将原料加工成有机社会生产中有价值的产品的工程。
环境净化技术中，发酵工程可以用来处理废水、废油、污水等有机废物。
一方面，发酵工程可以将复杂的有机物质分解，加快有机物的自然恢复，进而减少空气污染，改善环境质量。
另一方面，可以采用好氧发酵处理废水，将废水中的有机物有效分解，从而大大减少水污染。
此外，通过发酵处理，可以将废油及其他有机废物分解成有机酸和其他有用物质，减少空气中的有毒物质和其他污染物，改善环境质量。
总之，发酵工程在环境净化中起到了重要作用，不仅可以降低污染排放，而且可以有效地回收有用物质，发挥着绿色环保、节能减排的作用。
高考生物发酵工程知识点
高考生物发酵工程知识点高考生物中的一项重要内容是发酵工程知识。
发酵工程作为应用生物学的重要分支，涉及到微生物在工业生产中的应用。
本文将从发酵工程的定义、原理和应用等方面进行探讨。
一、什么是发酵工程？发酵工程是指利用微生物（如真菌、细菌、酵母等）以及它们合成的代谢产物进行生物转化的一门学科。
它将微生物的生理、遗传、工艺等知识与工程原理和技术相结合，用于生物制药、食品工业、环境保护等领域。
二、发酵工程的原理在发酵过程中，微生物通过对底物（如糖、淀粉等）进行代谢，产生新的化合物。
这个过程涉及到微生物的生长、繁殖和产物生成的调控等多个方面。
首先，微生物的生长需要适宜的温度、适宜的pH值、充足的营养物质和酸碱平衡等。
这些条件的调节是发酵工程的关键。
例如，酵母菌的发酵适宜温度一般在20-30摄氏度，而细菌的发酵适宜温度一般在30-40摄氏度。
其次，微生物通过代谢途径将底物转化成所需的产物。
这是发酵过程的核心。
例如，乳酸菌发酵乳糖产生乳酸，酵母菌发酵葡萄糖产生酒精和二氧化碳等。
最后，发酵工程要对微生物进行合适的培养和培养基的设计。
培养基的设计需要根据微生物的营养需求来确定各种添加剂的浓度，以达到最佳的发酵效果。
三、发酵工程的应用发酵工程在生物制药、食品工业和环境保护等领域发挥着重要作用。
在生物制药方面，发酵工程被广泛应用于生产抗生素、激素、疫苗等药物。
通过合理设计和控制发酵工艺，可以提高药物的产量和质量，减少生产成本。
在食品工业方面，发酵工程被用于生产酸奶、啤酒、酱油等食品。
发酵过程可以改变底料的性质，增加食品的风味和营养价值。
在环境保护方面，发酵工程可以利用微生物对废水、废气等有害物质进行降解和转化，减少环境污染。
总之，高考生物中的发酵工程知识点涉及到了发酵工程的定义、原理和应用。
了解这些知识点对于理解和应用生物学具有重要意义，也为学生未来的学习和工作打下了基础。
希望同学们能够在高考中发挥得安稳，取得优异的成绩。
环保生物技术在大气污染治理中的应用
环保生物技术在大气污染治理中的应用摘要：城市经济的发展带来了严重的环境污染问题，如汽车尾气对大气环境的影响，工业废气废水对生态环境的影响等。
其中，受到人们广泛关注的是城市大气环境污染问题，主要是因为大气环境时刻影响着人们的生产生活。
因此，为了改善大气环境污染问题，要注重强化环保生物处理技术的应用。
关键词：环保生物技术；大气环境污染；污染治理技术引言环保生物技术主要是利用改变废气污染物的分子结构，来降低大气环境污染程度，甚至，可以将这些大气污染物质转化为可再次利用的资源。
其中，最具代表性的环保生物技术是发酵工程技术，就是将高风险污染物转化为低风险污染物以及可利用的资源，这种技术在保证废气处理环节安全性的同时，保证废气的处理效果。
一、过滤方法环保生物技术中的过滤方法是进行大气污染治理的常用方法，这种方法主要是对污染废气进行源头控制。
企业工厂在运营阶段都会产生废气，这些废气排放到大气环境中就会造成大气污染问题。
过滤法需要建设相应的过滤池，通过对气体进行过滤吸收，实现大气污染问题的有效控制。
同时，企业工厂在安装过滤设备的时候，不仅安装操作具有简单性和便利性的特点，在实际的经济成本投入方面也更容易被企业接受。
生物过滤法主要是在生物滤池中填充活性填料，并且，废气在经过加压预湿处理之后，从滤池的底部进入，废气中的污染物质再与填料表层的生物膜接触，被这部分生物膜所吸收，降解为“H2O+CO2+其它成分”，这些处理之后的废气可以直接排放出去。
这种处理方法具有设备少、操作简便、成本投入低、不添加营养物等诸多运行优势，但同时，也具有控制条件难、占地面积大等诸多运营劣势，主要是适用于行业中的有机废气处理，以及污水处理厂中的有机废气处理。
二、洗涤方法洗涤方法在大气污染治理工作中的应用，主要分为废气收集和悬浊液再生这两个步骤。
通常情况下，都是由装有填料的洗涤器和装有生物膜或者活性污泥的反应器构成。
废气从吸收设备的底部进入，逐渐向上浮动，并与顶部喷淋的生物悬浮液进行接触，经过传质过程逐渐进入到液相中，再进入到微生物细胞中，经分解之后由设备顶部排出。
现代生物技术在环境科学中的应用
现代生物技术在环境科学中的应用环境科学是一门涉及多个领域和技术的综合性学科，其目的是保护和改善环境，以保障人类和地球的可持续发展。
现代生物技术是环境科学中一种重要的工具，通过应用基因、细胞、组织、器官等技术，可以有效地解决环境问题，提高环境质量。
现代生物技术包括基因技术、细胞技术、组织技术、器官技术等，这些技术已被广泛应用于环境科学领域。
例如，基因技术可以用于监测环境污染、筛选耐受性强的微生物，以及基因工程菌的构建等；细胞技术可以应用于污染物的降解和转化；组织技术可以用于生态修复和环境治理等方面；器官技术则可以应用于水生生物的养殖和污染水体的处理等。
现代生物技术在环境科学中的应用非常广泛，下面举几个例子。
基因技术可以用于监测环境质量，如检测水体中的重金属离子、有机污染物等。
基因技术还可以用于预测气候变化，例如通过研究植物基因组学，可以了解植物对气候变化的适应性，从而预测未来的气候变化趋势。
现代生物技术还可以应用于野生动物管理，例如通过研究动物的基因组，可以了解其遗传特征和生活习性，为保护和管理野生动物提供科学依据。
未来，随着科技的不断发展和进步，现代生物技术在环境科学中的应用前景将更加广阔。
例如，通过研究微生物的基因组学，可以更好地了解其在环境中的作用和功能，从而为解决环境问题提供新的思路和方法。
通过应用现代生物技术，还可以培育出更具有环境适应性的植物和动物物种，为生态修复和环境治理提供更好的帮助。
现代生物技术已成为环境科学中不可或缺的重要工具，其应用前景非常广阔。
通过应用现代生物技术，我们可以更好地了解和保护环境，为地球的可持续发展做出更大的贡献。
随着人类活动的不断发展，环境污染和生态破坏问题日益严重。
为了应对这些问题，现代生物技术正在逐渐应用于环境科学领域，为环境保护和修复提供了新的解决方案。
本文将介绍现代生物技术的概念和分类，以及在环境科学中的应用。
现代生物技术是指利用生物系统、生物过程和生物制剂等手段来研究、开发、生产和应用环境保护、资源利用、生态修复等领域的技术。
发酵工程在环境科学的应用
发酵工程在环境科学的应用
一、发酵工程的概念及内容
发酵工程，是指采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术。
发酵工程的内容包括菌种的选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程和产品的分离提纯等方面。
二、发酵工程的应用领域
发酵工程目前已经在很多领域得到了广泛应用，主要体现现在以下几个方面
1、在医药工业上的应用：基于发酵工程技术，开发了种类繁多的药品，如人类生长激素、重组乙肝疫苗、某些种类的单克隆抗体、白细胞介素－
2、抗血友病因子等。
2、在食品工业上的应用：主要有三大类产品，一是生产传统的发酵产品，如啤酒、果酒、食醋等；二是生产食品添加剂；三是帮助解决粮食问题。
3、在环境科学领域的应用：污水处理中微生物的强化。
三、发酵工程在环境科学的应用
随着社会的不断发展和科学技术的不断创新,发酵工程在环境保护中的应用逐渐引起了人们的关注。
同时由于其在环境保护为人们营造了一个更为健康的生活环境,因而在我国经济不断发展的背景下,我国相关部门应采取相应的过程中大力推动发酵工程在环境保护中的进一步应用。
近年来，利用现代发酵及分离技术对大量的农作物麸皮、壳和秸杆以及各种果渣等有机废渣资源进行深层次的研究开发，从而获得高活性、高附加值的天然功能产品，引起了各国学者的广泛重视，其中以有机废渣为基本培养基，选择合适的微生物菌株(酵母、真菌或细菌)进行固态发酵，以获得高附加值的微生物代谢物。
浅谈生物工程技术及在环境保护中的应用
浅谈生物工程技术及在环境保护中的应用摘要：在过去的一段时间里，工业、农业、建筑业等各个行业的快速发展，极大地推动了社会进步与经济增长，但是也引发了严重的水污染、空气污染、土壤污染问题，严重降低了人们的生活质量，阻碍社会可持续发展。
在其情形下，做好环保工作势在必行，将生物工程技术应用于环保工作中，具备显著的优势。
关键词：生物工程技术；环境保护；应用1导言社会快速发展的背景下，环境污染问题引发了社会各界的高度关注，因此积极做好环保工作具有重要的现实意义。
生物工程技术属于新型技术，安全性高，成本低，将其应用于环境保护工作中，能够极大地优化传统环保工作模式，提升环保工作水平，改善人们的生活质量，实现人与自然的协调发展。
2生物工程技术在环保工作中的优势分析生物工程技术是一项综合性学科，涵盖多方面的高新技术，包括细胞工程、基因工程、微生物工程以及酶工程等等，在多项技术的支撑下，使得现代生物工程技术水平更高，功能更完善，在农业领域、食品领域以及医药领域中实现了广泛的应用，并且在环境污染治理及环境保护工作中也发挥着至关重要的作用。
新时期，环保工作迫在眉睫，和传统技术相比较而言，现代生物工程技术优势更加明显，具体来说，主要体现在以下几个方面。
首先，生物工程技术对于废弃物的处理，主要是通过降解并破坏其分子结构的方式实现的，并且经过讲解后的产物，能够实现再利用，在解决环境污染问题的同时，还实现了对资源的再利用，避免了浪费现象。
其次，发酵工程技术作为生物工程技术的重要组成部分，利用该技术来对污染物质进行处理并转化成为一些较为稳定的物质，包括:水、氮气、二氧化碳等等，这些物质无毒无害，不仅保证了安全性，同时也实现了污染源的有效消除，改善了环境质量。
3生物工程技术在环境保护中的具体应用3.1污水处理区别于传统物理、化学方法处理污水，利用生物工程技术处理污水，主要是利用生物的自我调节机制间接改善所处环境，有效分解和处理污水中的污染物，达到净化污水的目的。
发酵工程在环境保护中的应用探讨
发酵工程在环境保护中的应用探讨发布时间：2021-07-27T14:56:18.257Z 来源：《基层建设》2021年第13期作者：朱娟[导读] 摘要：随着我国经济建设的持续发展，环境保护也逐步提上日程，得到了众多专家学者的重视。
湖南鑫恒环境科技有限公司摘要：随着我国经济建设的持续发展，环境保护也逐步提上日程，得到了众多专家学者的重视。
在环境保护工作中，发酵工程无疑是其中的重点内容，其在环境保护当中的应用已受到了较多的关注。
我国政府相关部门也采取了一定的措施来推动发酵工程在环境保护中的运用。
本文主要对其在环境保护中的应用做阐述。
关键词：发酵工程；环境保护；应用一、引言在自然界中，存在一系列的微生物种群，它们在整个生物圈的循环当中，能起到一定的分解作用，有利于生物圈的循环与稳定。
微生物借助发酵能够降解物质，从而实现能量的转化。
现阶段，业界对微生物发酵已经做了大量的研讨，并基本形成一定的结论：微生物在发酵过程中所生成的物质，如果采用一定的程序对其进行有效的处理，可以切实提高整个发酵工程的生产效益，而且还能在此基础上实现废物资源的合理化利用，使整个工程的运行成本能够稳步降低，从而达到环境保护的最终目的。
图1为发酵器械。
图1：发酵器械二、发酵工程概念微生物在进行有机物分解的整个环节会生成乙醇、二氧化碳以及乳酸，这个环节其实就是发酵。
发酵必须与微生物酶共同作用方能够发挥出其作用，而微生物酶则可以为微生物输送维持生命的能量。
一般来讲，在工业生产的环节当中的发酵主要是指借助生物的生命活动来推动工业生产的顺利进行。
发酵工程主要是通过运用合理的方式，结合活性离体酶所发挥出来的功能，以此生成出一定的产品，或者通过借助微生物的独特作用来控制工业生产当中的某一特定环节。
大多数环境下，市场中国人比较了解的发酵工程，主要是通过借助酵母菌的作用来生产酒精、啤酒等产品，还有便是借助真菌的作用来制造医药用品。
在现阶段我国科学技术持续深化发展的背景下，发酵技术也获得了长足的进步，生物领域的专家已经逐步能够实现对微生物的控制，发酵工程在当下生物技术的发展中拥有十分广阔的未来。
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连续发酵的优点
• 操作条件的稳定有利于微生物的生长代谢，从而使 产率和产品质量也相应保持稳定 • 机械化和自动化能降低劳动强度 • 减少非生产占用时间，提高设备利用率 • 细胞生长状态一致，产物生产的持续性好 • 生产同样量产物所需生物反应器比分批发酵的小 • 测量仪器探头寿命延长 • 过程优化容易，有效提高发酵效率
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发酵工程的应用
• 现代发酵工程不仅包括菌体生产和代谢产物的发酵 生产，还包括微生物机能的利用
发酵法生产的物质
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发酵的基本过程
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菌种选育
• 发酵工业的生产水平取决于三个要素：生产菌种、 发酵工艺和设备 • 菌种选育的目的是为了改良菌种的特性，使其符合 工业生产的需要
• 上世纪40年代，抗生素大规模深层发酵工艺建立
• 随着新型发酵设备、发酵工艺和育种技术的发展，现代发酵 工程达到了一个新的高度
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微 生 物 发 酵 的 历 史
ห้องสมุดไป่ตู้4/46
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发酵工程的内容
• 发酵工程由三部分组成：上游工程、发酵工程和下 游工程
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发酵工业回顾
• 几千年前，人类开始酿酒、制酱、制奶酪等
• 1675年，列文虎克发明了显微镜，观察到了微生物
• 巴斯德证明酒精发酵是由于酵母菌引起的，发酵现象是由微 生物所进行的化学反应
• 柯赫建立了单种微生物的分离和纯培养技术，新的发酵产品 不断出现，以固态发酵和浅层液态发酵为主
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代谢控制发酵
• 利用遗传学的 方法或其他生 物化学方法， 人为的在 DNA分子水 平上改变和控 制微生物的代 谢，使有用目 的产物大量生 成和积累
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微生物细胞氨基酸、核苷酸的调节机制
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酶 的 生 物 合 成 和 活 性 调 控
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污泥堆肥中的微生物相
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补料分批发酵的优势
• 解除营养基质的抑制、产物反馈抑制和葡萄糖分解 阻遏效应 • 对于好氧发酵，避免在分批发酵中因一次性投入基 质过多而造成细胞大量生长，好氧过多，以致通风 搅拌设备不匹配的状况 • 某些情况下，还可以减少菌体生产量，提高产物的 转化率
• 与连续发酵相比，它不会产生菌种老化和变异问题， 其适用范围也比连续发酵广
– 宇宙射线、短波辐射、诱变物质等 – 碱基的互变异构作用，造成配对错误
• 自然突变的几率大约是10-9～10-8 • 自然突变可能导致菌种退化或对生产有益的转化 • 效率较低，容易退化
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诱变育种
• 诱变育种是诱发突变与随机筛选相结合的一种育种 技术，是工业微生物育种中使用最多的菌种改良手 段 • 人为利用物理、化学因素，使诱变的细胞内遗传物 质染色体或DNA的片段发生缺失、易位、倒位、重 复等畸变，或DNA的某一部位发生改变（点突变）， 从而使微生物的遗传物质DNA或RNA的化学结构发 生变化，引起微生物的遗传变异 • 诱发突变的频率远大于自然突变
发 酵 罐 的 结 构
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发酵过程监测
• 物理参数
– 温度、压力、流量、转速、粘度、泡沫位等
• 化学参数
– pH、溶氧、尾气、发酵液成分、离子浓度等
• 生物参数
– 生物量、ATP、蛋白质等
• 在线与非在线测量
• 间接测量
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发酵与产物分离耦联技术
• 在反应过程中及时将产物或有害物质从反应系统中 移出，可以保证生化反应高效进行，简化下游处理
• 真空发酵：真空减压，易挥发组分分离，只适用于厌氧 发酵 • 气提发酵：氮气、氢气或二氧化碳作为气提载体，将发 酵蒸气压大于水的挥发性产物带出，主要用于厌氧发酵 • 吸附发酵：吸附剂回收产物或副产物，减少抑制 • 膜分离发酵：膜分离设备与发酵设备耦联，膜生物反应 器 • 萃取发酵：双水相萃取
• 生物反应器的基本类型
– 搅拌式生物反应器（stirred tank reactor） – 鼓泡塔式反应器（bubble column） – 气升式反应器（airlift reactor）
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几 种 常 见 的 生 物 反 应 器
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发酵过程优化及控制
• 建立发酵过程模型，实现过程优化控制
描述细胞群体的数学模型
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非结构模型
发酵过程参数之间的关系
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发酵过程控制
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下 游 处 理 流 程
– 上游工程包括优良菌种的选育、最适发酵条件（pH、温度、 溶氧和营养组成）的确定、营养物的准备等 – 发酵工程主要指在最适发酵条件下，在发酵罐中大量培养 细胞和生产代谢产物的工艺技术。要求严格的无菌生长环 境。可分为分批发酵，补料分批发酵和连续发酵 – 下游工程指从发酵液中分离和纯化产品的技术。包括固液 分离技术，细胞破壁技术，蛋白质纯化技术，和产品的包 装处理技术。还要考虑发酵后的菌体与废物处理问题
• 制定筛选方案综合考虑出发菌株和诱变剂的选择， 并选择合适的诱变方法和剂量
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微 生 物 诱 变 育 种 流 程
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诱变育种的筛选
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初级代谢产物和次级代谢产物的比较
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dX X dt
max [S ]
Ks [ S ]
[ S1 ] [ S2 ] • 双基质限制生长动力学： max ( K [S ])( K [S ] ) s1 1 s2 2
• 基质抑制生长动力学：
max [ S ]
K s [ S ] [ S ]2 / Ki
– 提高其生产能力 – 能适应特定的工艺条件，如能利用廉价的原料、耐受性好
• 目前主要采用自然选育和诱变育种的方法，工作量 大，有一定盲目性 • 基因工程、细胞工程等育种方法具有定向性
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菌种分离、筛选的原则与步骤
• 菌种分离过程中需要考虑的主要因素
– – – – – 营养特性，能够利用廉价、来源丰富的原料 生长温度 遗传和生产能力的稳定性 转化能力和产物浓度高 易分离，本身无毒，也不产毒
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堆肥
• 依靠自然界广泛分布的细菌、真菌等微生物，有控 制的促进可被生物降解的有机物向稳定的腐殖质转 化的生物化学过程
– 好氧堆肥：发热阶段（中温微生物），高温阶段（好热纤 维素分解菌），降温和腐熟保肥阶段（中温微生物）；预 处理，一次发酵、二次发酵，后处理 – 厌氧堆肥：不设通气系统，温度低，腐熟及无害化所需时 间较长
固态发酵的优缺点
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固态发酵生物反应器类型
• 浅盘式生物反应器
• 填充床生物反应器
• 流化床生物反应器
• 转鼓式生物反应器
• 搅拌生物反应器
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浅盘生物反应器
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水平桨混合反应器
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细胞死亡动力学
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产物形成动力学
• L-P模型： d [ P]
dX k1 k2 X dt dt
– K1>0, K2=0时，为生长耦联型 – K1>0, K2>0时，为部分生长耦联型或混合型 – K1=0, K2>0时，为非生长耦联型
发酵动力学
• 细胞生长和死亡动力学
• 基质消耗动力学
• 氧消耗动力学
• CO2生成动力学
• 产物合成和降解动力学
• 代谢热生成动力学
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微生物生长动力学
微生物分批培养生长曲线
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Monod方程
• 对数期微生物增长： • Monod方程：
• 已应用于工业生产的有单细胞蛋白生产、废水生物处理等
• 固定化细胞技术与连续培养相结合，已应用于丙酮、丁酸、 异丙醇等重要工业溶剂
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发酵生物反应器
• 发酵罐是最重要的微生物细胞反应器
– – – – 染菌率低 大型化，有利于提高经济效益 过程优化可提高产量和降低成本 利于提高产品回收率和质量
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常用的诱变剂及其类型
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常 用 烷 化 剂 的 种 类
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诱变育种方案设计