生物生产与环境保护分析报告.ppt

* 化工学院 生物化工实验室 4.9.3.3 转基因植物生产PHB 植物转基因技术不仅是生命科学基础理论研究的有力手段，同时也为实现高效、优质、高产农业提供了捷径。现在已经可以利用植物作为生物反应器生产次生代谢物质、激素、抗体和多肽活性物质。 * 化工学院 生物化工实验室 4.9.4 PHB的提取技术 PHB的提取技术主要要考虑两个问题，一是方法的合理性问题，也即该方法的提取率、提取纯度、提取过程中PHB是否发生变化、操作过程的繁简等问题；二是该方法提取PHB的经济性好坏。下面介绍一些现在研究较多的提取方法。 4.9.4.1 有机溶剂法 基本原理是用有机溶剂改变膜的通透性，同时使PHB溶解到溶剂中，而非PHB的细胞物质则不能溶解，从而就可以将PHB提取出来。常用的有机溶剂有：四氢呋喃、氯仿、二氯乙烷、三氯乙烷、乙酸酐等。 * 化工学院 生物化工实验室 4.9.4.2 酶法提取PHB 酶法提取PHB的原理也是让大量的非PHB的细胞物质溶解而PHB不溶解，从而实现了PHB的分离与提纯。由于非PHB的细胞物质通常包括核酸、类脂物、磷脂、肽聚糖以及蛋白质等物质，因此一般要通过多种酶的多步或者协同作用来实现非PHB的细胞物质的溶解。而且单纯的使用酶进行PHB提取得到的产品的纯度不高，因此一般都要用表面活性剂或者是有机溶剂进行一下前处理或者后处理才能得到较高纯度的PHB。 * 化工学院 生物化工实验室 4.9.5 PHB的生物降解 PHB能为土壤及海水中存在的许多微生物所降解。一般在厌氧污水中降解最快，在海水中降解最慢。酶解机制可分为两步：第一步是PHB表面的－OH和－COOH基团数量增加；第二步是细菌解聚反应，酶将高聚物降解成单体，较低的pH值能阻止聚合物的分解。假单胞菌的解聚酶可将PHB降解为3HB单体、二聚体和三聚体从而进入细胞参与代谢。3HB二聚体进入细胞内，诱导该假单胞菌产生并释放更多的PHB解聚酶。 * 化工学院 生物化工实验室 表4-21中列出了不同条件下PHB降解的情况。 * 化工学院 生物化工实验室 4.9.6 PHB生产存在的问题及解决办法 PHB本身有其缺陷，如低的热稳定性、硬脆性等，作为工业材料尚有不足之处，而且共聚物韧性的提高也很有限。选择合适的增塑剂或者与其他天然、高分子共混或复合，可以弥补PHB的不足。目前，PHB的高生产成本影响了其广泛应用，围绕降低生产成本将是PHB研究开发的发展方向。 * 化工学院 生物化工实验室 PHAs是由100—30 000个相同或不同的羟基烷酸单体聚合而成的一种聚合酯。根据其单体的碳原子数，可将PHAs分为两类：短链长度PHAs，单体中含有3～5个碳原子；中链长度PHAs，单体中含有6～14个碳原子。PHAs的结构式如图4－15所示。 * 化工学院 生物化工实验室 图中R为不同链长的正烷基，也可以是支链的、不饱和或带取代基的烷基。因此当R为甲基时，其聚合物为聚-β-羟基丁酸（PHB）；R为乙基时，其聚合物为聚-β-羟基戊酸（PHV）。在一定条件下，两种或两种以上的单体可以形成共聚物，其典型代表是3HB和3HV组成的共聚物P（3HB-co-3HV），又写为PHBV。 * 化工学院 生物化工实验室 * 化工学院 生物化工实验室 4.6.3 可用于生产单细胞蛋白的原料 由于可生产单细胞蛋白的微生物种类很多，包括细菌、酵母菌、霉菌、藻类和担子菌等，因此能用于生产单细胞蛋白的原料也多种多样。 * 化工学院 生物化工实验室 4.6.4 单细胞蛋白的生产工艺 生产单细胞蛋白的一般工艺过程如图4-11所示。 * 化工学院 生物化工实验室 * 化工学院 生物化工实验室 4.6.4.1 利用酒糟生产单细胞蛋白 前苏联是一个严重缺乏蛋白质饲料的国家，因此他们很重视利用食品工业废水生产饲料酵母。图4-12是前苏联淀粉质原料酒糟生产干饲料酵母的工艺流程。 * 化工学院 生物化工实验室 * 化工学院 生物化工实验室 4.6.5 发展单细胞蛋白需注意的问题 单细胞蛋白如果要广泛的使用必须要注意以下几点： ① 单细胞蛋白的核酸含量高，若是人食用的单细胞蛋白必须要除去核酸； ② 单细胞蛋白可能会富集一些重金属之类的有毒物(特别是当生产单细胞蛋白的原料为工业废水时)，而且可能微生物会产生一些毒素； ③ 尽可能地降低单细胞蛋白的生产成本。 研究表明，人摄人藻类的每日允许量是30～40g，这类蛋白质含有丰富的β-胡萝卜素、维生素，但其可消化性不好，而且口感不太好。在藻类、酵母、酶菌和细菌中，都含有比较多的和酸，人每日摄人酵母核酸的最大允许量为2g，超过3g就会有引起肾结石等病的