13有機廢棄物的資源化——能源、材料、蛋白(文件)
【正文】 為參與下一階段生化反應的細菌群可利用的基質(zhì) ? 產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌群 – 將第一階段產(chǎn)生的有機代謝產(chǎn)物，如三碳及三碳以上的直鏈脂肪酸、二碳及二碳以上的醇、酮和芳香族有機酸等轉(zhuǎn)化為甲烷 39 Founded in 1895 ? 同型產(chǎn)乙酸菌群 – 混合營養(yǎng)型厭氧細菌，既能利用有機基質(zhì)產(chǎn)生乙酸，也能利用分子氫和二氧化碳產(chǎn)生乙酸 ? 產(chǎn)甲烷菌群 – 參與厭氧消化的最后一類也是最重要的一類細菌群 – 細胞壁中缺少肽聚糖，而含有多糖、多肽或多肽－多糖的囊狀物 – 從分類學上屬于古細菌 – 已分離得到約 40余種，常見的有產(chǎn)甲烷短桿菌屬、產(chǎn)甲烷桿菌屬、產(chǎn)甲烷球菌屬、產(chǎn)甲烷螺菌屬、產(chǎn)甲烷八疊球菌屬和產(chǎn)甲烷絲菌屬 – 能利用的能源物質(zhì)有氫氣 /二氧化碳、甲酸、甲醇、甲胺基類和乙酸 40 Founded in 1895 實際應用 – 發(fā)酵原料易得，小型化甲烷生產(chǎn)不必使用復雜的發(fā)酵工藝和設備 – 大規(guī)模甲烷生產(chǎn)需要對發(fā)酵參數(shù)進行嚴格控制，以獲得最大甲烷產(chǎn)量 農(nóng)村常用發(fā)酵生產(chǎn)甲烷的原料及沼氣產(chǎn)量 41 Founded in 1895 4 生產(chǎn)可生物降解塑料 PHAs ? 可降解塑料的分類 ? 以聚 β羥基烷酸（ PHAs）為原料制造的新型塑料，可被多種微生物完全降解，應用前景樂觀 42 Founded in 1895 PHAs的結(jié)構(gòu) 43 Founded in 1895 PHAs的特點 ? 多種微生物能在體內(nèi)累積 PHAs作為碳源和能源的儲存物 ? β羥基的手性決定了 PHAs具有光學活性，僅以 R構(gòu)型穩(wěn)定存在 ? 大多數(shù) PHAs的物理化學性質(zhì)是針對于 PHB（聚 β羥基丁酸 ）和 PHBV（ β羥基丁酸和 β羥基戊酸的共聚物 ）兩種聚合物進行的 44 Founded in 1895 PHAs和聚丙烯的性能比較 45 Founded in 1895 PHAs的用途 46 Founded in 1895 PHAs的優(yōu)缺點 ? 優(yōu)點是 – 生物可降解性，不污染環(huán)境 – 生物相容性，可用于醫(yī)學材料 ? 缺點是 – 熔化穩(wěn)定性較差，可通過發(fā)酵過程中加入其他單體以合成共聚體解決 – 易發(fā)脆，可通過淬火處理較大程度的解決 47 Founded in 1895 合成 PHAs的主要微生物 ? 1925年， Lemoigne從巨大芽孢桿菌中分離并鑒定了PHB，褐球固氮菌也可產(chǎn)生 PHB ? 1974年， Wallen和 Rohwedder從活性污泥的氯仿萃取液中得到了其他羥基烷酸單體和雜聚體 ? 1983年，專利報道可用微生物直接合成 PHBV共聚物 ? 目前發(fā)現(xiàn)的能夠生產(chǎn) PHAs的微生物包括光能和化能自養(yǎng)及異養(yǎng)菌，計 65個屬中的近 300種微生物 ? 研究較多的有產(chǎn)堿桿菌屬、固氮菌屬和紅螺菌屬等 48 Founded in 1895 產(chǎn) PHAs的商業(yè)化菌株 ? 應具備的基本性能 – 有對廉價碳源的利用能力 – 生長速度快 – 對底物轉(zhuǎn)化率高 – 胞內(nèi)聚合物含量高 – 聚合物分子質(zhì)量大 ? 目前成功應用的菌株主要是真養(yǎng)產(chǎn)堿桿菌 （ Alcaligenes eutrophus） ? 對菌種的改良集中在重組 E. coli中進行 49 Founded in 1895 A. Eutrophus和重組 E. coli生產(chǎn) PHB的比較 50 Founded in 1895 PHB的合成途徑及關(guān)鍵酶 ? 大多數(shù)微生物通過三步合成途徑合成 PHB – β酮裂解酶催化乙酰 CoA生成乙酰乙酰 CoA – 在依賴 NADPH的乙酰乙酰 CoA還原酶的作用下把乙酰乙酰 CoA還原成D()3羥基丁酰 CoA – 單體的 D()3羥基丁酰 CoA由 PHB聚合酶催化聚合生成 PHB 51 Founded in 1895 從乙酰CoA合成PHB的三種途徑 52 Founded in 1895 PHB生物合成中幾種酶的動力學特性參數(shù) 53 Founded in 1895 ? 某些微生物中同時存在五步合成途徑 – β酮裂解酶催化乙酰 CoA生成乙酰乙酰 CoA – 依賴 NADPH的乙酰乙酰 CoA還原酶催化 L(+)3羥基丁酰CoA的形成 – L(+)3羥基
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