现代生物技术与环境污染治理 (2).ppt

4.2固定化酶一、固定化酶及其特点固定化酶（ImmobilizedEnzyme）又称水不溶酶，是通过物理吸附法或化学键合法将水溶性酶和固态的不溶性载体相结合，使酶变成不溶于水但仍保持催化活性的衍生物。固定化酶的特点：比较稳定，可长时间保持酶的活性；可回收、再生、重复使用，适合于连续化、自动化和管道化工艺；第30页，共74页，星期日，2025年，2月5日可制成酶布、酶片、酶柱等多种形式。二、酶的分离提纯动植物提取vs微生物提取1选育：根据需要筛选产酶量高并已于培养和分离提取的优良菌株。2发酵培养：按照微生物生长和生产的最适条件进行培养，即发酵过程。3分离提取：用盐析、等电电沉淀等方法对发酵液提纯。4菌种保存：将酶制品浓缩、结晶，并在低温下保存。第31页，共74页，星期日，2025年，2月5日三、酶固定化方法1载体结合法包括共价结合法、离子结合法、物理吸附法、生物特异结合法四种。常用载体有：活性炭、多孔玻珠、高岭土、氧化铝等2交联法利用戊二醛、等交联剂使酶与酶发生交联（多功能基团形成共价键）而进行固定。第32页，共74页，星期日，2025年，2月5日3包埋法将酶包裹在凝胶格子或由半透明膜组成的胶囊中。A格子型：硅胶、聚丙烯酰胺凝胶网格子中B微胶囊型：类似细胞的功能，酶布的生产4逆胶束酶法逆胶束指表面活性剂等两性分子（亲水性、疏水性）在有机溶剂中自发形成的聚集体。逆胶束酶法指将酶以逆胶束的形式固定。意义：酶既能在水中反应，又能在有机溶液中反应5复合法：将以上方法综合使用第33页，共74页，星期日，2025年，2月5日第34页，共74页，星期日，2025年，2月5日第35页，共74页，星期日，2025年，2月5日四、可逆可溶性固定化酶酶在可溶状态下反应，反应后经简单操作可沉淀，回收利用。通过改变pH、温度等理化参数，或由金属离子的添加、去除等方法可获得可溶、不溶两种状态的天然及合成高分子物质，将酶共价键合于这些物质中即可产生可逆可溶性固定化酶。与酶共价反应物质：丙烯醛——丙烯酸共聚物、海藻酸等等第36页，共74页，星期日，2025年，2月5日五固定化酶反应器批量反应器装备简单、不能进行连续反应。连续反应器能进行连续进、出废水，效率高。第37页，共74页，星期日，2025年，2月5日第38页，共74页，星期日，2025年，2月5日第39页，共74页，星期日，2025年，2月5日4.3固定化细胞一、固定化细胞的特点优点：1固定化细胞比游离细胞稳定性高，催化效率高于离体酶；2比固定化酶操作简便，成本低廉；3能完成多步酶反应，反应时无需补加辅助因子；缺点：固定化细胞内含有庞大而复杂的酶系，其中有些酶是不需要的，甚至对反应是有害的，这是其不足之处。第40页，共74页，星期日，2025年，2月5日二、细胞的固定化方法自溶酶灭菌法：使细胞自溶酶失活，细胞及可重复使用。往往使细胞中其它酶系和自溶酶一起失活而不能广泛应用。絮凝吸附法：加入絮凝剂，被絮凝后的细胞再经冷冻或干燥处理后，可提高酶活性的稳定性和改善细胞壁的机械性能，是固定化细胞可以反复使用。常见絮凝剂：聚丙烯酰胺、活性硅胶等等第41页，共74页，星期日，2025年，2月5日固定化技术处理废水的优点：1处理效能高，成本低，稳定性高2可通过再培养恢复酶的相对活力，可重复利用3污染物处理特异性强固定化技术处理废水目前存在的问题1载体成本较高；2固定化材料对传质过程有阻碍，使酶活性大多低于游离细胞。三、固定化技术处理废水第42页，共74页，星期日，2025年，2月5日工程实例1用海藻酸钙包埋固定热带假丝酵母菌处理含酚废水2运用多孔陶珠固定具脱色功能的混合菌细胞处理印染废水3固定化藻细胞：除去氮磷(1)挂膜：人工水草，为菌藻混合体（2）固定：蓝藻类为主（3） COD(化学需氧量)的去除：第43页，共74页，星期日，2025年，2月5日（4）停留时间与氨氮去除的关系：（5）透明度、挂膜深度、补偿深度（6）微单元第44页，共74页，星期日，2025年，2月5日3.4废水jing化生物强化技术一、废水净化生物强化技术概述生物强化技术（Bioaugmentation）或生物增强技术就是为了提高处理系统的处理能力，而向该系统中投加从自然界中筛选的优势种群并通过基因组合技术产生的高效菌种，以去除某一种或某一类有害物质，促进系统内生物处理效率的方