新品介绍
γ2聚谷氨酸的微生物合成与应用
施庆珊Ξ
(广东省微生物研究所,广东广州510070)
摘 要:γ2聚谷氨酸为一种水溶性的、可生物分解和可食用且对人和环境无毒的生物高分子产品,这些特性使得γ2聚谷氨酸及其衍生物在过去几十年来在食品、化妆品、医药和水处理等领域有广阔的应用前景。国外在γ2聚谷氨酸的研发及生产方面已经非常领先,已有产品规模生产,相比之下,我国在这方面还处于起步阶段,研究仅限于实验室阶段,离产业化还有很长一段距离。本文介绍了微生物合成γ2聚谷氨酸的方法,γ2聚谷氨酸的理化特性及用途。
关键词:γ2聚谷氨酸;微生物合成;氨基酸
Biosynthesis and Application of γ2Polyglutamic Acid
S HI Qi ng 2shan
(Guangdong Institute of Microbiology ,Guangzhou 510070,China )
Abstract :γ2Polyglutamic acid (γ2PG A )is a biopolymeric product exhibiting water solubility ,biodegradation ,edibil 2ity and non 2toxicity to human and environment ,making its wide application in many fields as food ,cosmetics ,medicine and water treatment in the past https://www.doczj.com/doc/9d8599250.html,pared with advanced level in research and commercial production of γ2PG A abroad ,China has a long way to go as its situation of researching is still in laboratory.This article focuses on the biological synthetic method for γ2polyglutamic acid ,its physical and chemical performances and usages of γ2PG A.
K ey w ords :γ2polyglutamic acid ;biosynthesis ;amino acid
氨基酸聚合物可分为两类:一类是氨基酸的天
然聚合物———蛋白质、多肽激素、酶及活性肽;一类是人工或生物方法合成的聚合物,它包括天然活性肽及其类似物,如催产素、加压素、释放素L HG 类似物、聚谷氨酸(以下简称γ2P G A )、聚赖氨酸和聚精氨酸等。获得氨基酸聚合物的方法有两种:一是通过生物方法大量积累产物后提取或从天然物质中提取;二是人工合成。人工合成有单一氨基酸组成的均聚氨基酸主要有3种:一是利用碳酰氯的NCA 法,二是氨基酸羟基转化为活性酯和氨基缩合的活性酯法,三是酶法合成。通过生物方法有廉价生产的可能性,对工业部门来说是很有用的。
1937年Ivanovics 等人首先发现炭疽芽孢杆菌的夹膜含有γ2聚谷氨酸(γ2P G A );1942年Bovar 2nick 等人发现有些芽孢杆菌属细菌能通过发酵培养
积累γ2P G A ;1973年Troy 发现γ2聚谷氨酸是
B acill us anthracis 细胞夹膜的一种化学组分,它是一种水溶性的酰胺化合物,可以通过芽孢杆菌的变
种来生产〔1,2〕
。γ2P G A 是从左旋2谷氨酸(有的菌种
可不必加L 2谷氨酸)经发酵而制成,为一种全天然、多功能性、生物降解的生物高分子产品,它由氨基酸单体通过均聚或共聚而成。由于主链上存在大量肽键,在体内极易受酶的作用,降解生成无毒的寡肽或谷氨酸,具有优良的生物相容性和生物降解性。聚谷氨酸分子链上具有大量活性较高的侧链羧酸(—COOH ),易于和一些药物结合生成稳定的复合物,可作为药物载体,也可借改性使之具有不同的性质,如高亲水性等(如适度交联形成三维空间的网络结构,即可制成高吸水性树脂),满足实际应用的不同
需求。γ2P G A 分子量范围从1万～200万,可以制
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02?Ξ
收稿日期:2004203201
基金项目:广东省科学院自然科学基金项目(2002202205) 作者简介:施庆珊(19662),男,副研究员,从事工业微生物菌种选育及发酵工艺的研究和开发工作。
Vol.12,No.11精细与专用化学品第12卷第11期Fine and Specialty Chemicals
2004年6月6日
成不同的分子量应用于各种不同领域。比如,γ2 P G A具食品安全性,可作为膳食纤维、保健食品、食品增稠剂〔3〕、安定剂或作为化妆品用的保湿剂〔4〕;γ2P G A可作成水胶,具有极高吸水能力,可吸水达3500倍〔5〕,极适合于农业土壤和环保产品之应用;γ2P G A可以转化成各种不同的金属盐类,具不同p H值,并有特殊的阴离子表面特性,适用于组织培养和许多其它行业如食品、化妆品、生物医学和工业的应用等。
1 聚谷氨酸的微生物合成
111 菌种
γ2P G A生物合成的微生物菌株主要是芽孢杆菌属的某些种,如 B.anthracis〔5〕和 B.licheni2 f ormis A TCC9945a〔6〕、B.lichenif ormis A TCC 9945〔7〕(以前叫B.subtilis A TCC9945)等。根据细胞生长的营养要求是否需要L2谷氨酸,可以把γ2 P G A产生菌分为两大类〔8〕,一类是培养时需要L2谷氨酸才能积累γ2P G A,这类菌种主要有 B.an2 thracis〔9〕、B.subtilis M R2141〔9〕、B.lichenif orm is
A TCC9945〔7〕、B.lichenif ormis A TCC9945a〔6〕、
B acill us subtilis I FO3335〔1〕和B acill us subtilis F222 01〔10〕等,一类是培养时不需要L2谷氨酸也能积累γ2P G A,如B.subtilis5E〔1〕、B.subtilis var.polyg2 l utam icum〔1〕、B.lichenif ormisA35〔11〕、B.subtilis2 TA M24〔12〕等。
112 发酵工艺
γ2P G A发酵生产所用碳源一般采用谷氨酸盐(也可作氮源)、葡萄糖、果糖、麦芽糖、甘油、柠檬酸盐等,γ2P G A摇瓶发酵过程如下所示。
(1)斜面种接种于固体活化培养基(成分:胰蛋白胨10g/L、酵母膏5g/L、NaCl10g/L、琼脂20g/ L);菌种活化培养,置于37℃培养箱活化培养一天,再冷藏于4℃。
(2)将上述约1cm2面积之菌种刮下,接于100mL液态活化培养基(成分同前,但不加琼脂)中,置37℃,150r/m振荡培养2天。
(3)以1%(v/v)接种量接入摇瓶培养基中(成分:L2谷氨酸20g/L、柠檬酸12g/L、甘油80g/L、N H4Cl7g/L、K2HPO4015g/L、MgSO4?7H2O015g/ L、FeCl3?6H2O0104g/L、CaCl2?2H2O0115g/L、Mn2 SO4?H2O01104g/L,用酸或碱调节p H值为615);在37～40℃、150～250r/m摇床振荡培养3～4天。
(4)进行γ2P G A分离纯化及产量测定。
不同菌种、培养基和发酵工艺条件,γ2P G A的产率是不同的,一般产率在5～50g/L。某些菌种可用氯化铵代替L2谷氨酸钠作氮源进行发酵,由于培养基中不需提供谷氨酸,可显著降低发酵原料成本,但产率较低。
113 分离纯化
将发酵完毕的液体缓慢倒入离心管,置入超高速离心机,在4℃控温下以21000r/m离心20min,以去除菌体,并取其上清液。将上清液与乙醇以1∶4比例混和再置于超高速冷冻离心机中,在4℃控温下以21000r/m离心40min,最后将离心管底部的白色沉淀物取出,至于0～4℃冰箱冷冻干燥24h,既可得γ2P G A粗产品。粗产品可进一步溶解在100～200倍(w/v)的蒸馏水中,用浓硫酸调节p H值至310,然后用离子交换树脂脱盐,全部脱盐液冷藏3天,离心分离析出沉淀,得到的滤渣用甲醇洗净后, 40℃减压干燥2天,即可得到γ2P G A纯品。
2 聚谷氨酸的理化特性
211 化学结构
γ2P G A是一种水溶性的酰胺化合物,由单个谷氨酸分子在γ2羟基和α2氨基形成酰胺键而连接成的多聚体,见图1。
_NH CH
COOH
CH2CH2Cη
O
图1 γ2PG A的结构式〔1〕
212 物理性质
选用游离酸型的γ2P G A,根据滴定量测定p Ka 值,p Ka≈2.23,这与谷氨酸的α羧基的p Ka值大体一致〔13〕。金属盐(钠型)的γ2P G A的比旋光度= -710(C=110,H2O)。游离酸型的γ2P G A能够溶于二甲亚砜、热的N,N2二甲基酰胺和N2甲基吡咯烷酮。用DSC(示差热量分析)及G A(热重量分析)法研究了它的热性质,得出分解温度为23518℃、熔点为22315℃,热分解物为茶褐色。
213 分子量和光学异构体比
γ2P G A分子量的测定是采用Shimadzu6A GPC(G el Permeation Chromatography)色谱系统和6A折射指数侦察仪(Asahipak GS2620H)及Tosoh TSKgel GMPWXL凝胶柱在25℃中进行的。采用
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2004年6月6日施庆珊:γ2聚谷氨酸的微生物合成与应用
50mM NaCl和乙酮(4∶1)作为洗脱液,以017mL/min 的流速通过凝胶柱进行洗脱,用来分析的样品浓度为1mg/mL;注射200μL的样品进行分析;用聚苯乙烯磺酸的钠盐作为标准进行校正。也可以采用Shi2 madzu6A GPC色谱系统配合两条Asahipak GSM2 700H凝胶以1mL/min的流速进行洗脱〔9〕。光学异构体比值(γ2P G A中D型和L型谷氨酸的比例)采用GITC(2,3,4,62四2O2乙酰基2β2D2吡喃葡萄糖异硫氰酸盐)诱导法〔13〕测定。采用不同菌株和不同发酵工艺生产的γ2P G A其分子量和异构体比也会不同,γ2P G A分子量一般介于10万～100万之间,光学异构体比D∶
L=60∶
40。
3 聚谷氨酸的用途
通过微生物合成的聚谷氨酸是一种高分子量的聚合物,由于它的分子链上有大量游离羧基,使其具有一般聚羧酸的性质,如强吸水、能与金属螯合等特点,此外,大量的活性位点便于材料的功能化,因此用途十分广泛。
(1)医药
聚谷氨酸在医药上有广泛的应用,主要作为药物的缓释、靶向载体和外用药物的载体。聚谷氨酸作为生物降解型高分子,其降解产物能通过正常的新陈代谢或被机体吸收利用或被排出体外,主要用于药物释放和送达载体及非永久性植入装置,它除了可满足一般物理、化学性能要求外,还可满足生物相容性要求。如Cell Therapeutics公司(CTI)开发的抗肿瘤药物———聚谷氨酸紫杉醇P G2TXL(CT2 2103),该产品用水溶性生物可分解的聚合体载体以增加紫杉醇输送到肿瘤部位的能力,注射剂量为120mg/kg小鼠的P G2TXL可使肺癌细胞减少75%,而只用紫杉醇(paclitaxel)只使肺癌细胞减少58%〔14〕。同时P G2TXL比紫杉醇更能抗肿瘤细胞的耐药〔15〕。P G A的医药用途还表现在它可作为外用药物的载体,P G A与明胶有较好的兼容性,适用制作外科及手术用的粘胶剂、止血剂及密封剂。
(2)化妆品与日化用品
聚谷氨酸最大特点之一是保湿性极强。利用这一特性,国外已成功开发了一种滋润肌肤效果极佳的化妆液。这种新型化妆乳液能在皮肤上形成薄膜防止水分蒸发,这一点与许多传统化妆液差不多。但它在进入皮肤深层之后,还具有恢复甚至重造皮肤自我湿润系统的功能。原来,随着年龄的增长或生理疲劳的加剧,皮肤的自我湿润功能会逐渐减弱乃至消失,而这种化妆液起到促使自我修复系统“起死回生”的作用。
利用多聚谷氨酸还可制取一种新型护发液。头发的最外层覆盖有一种叫毛鳞片的物质,如毛鳞片脱落,头发就易受到损伤。而将这种新型护发液涂抹在头发表层,形成的薄膜不仅能防止头发内水分的蒸发,而且其中的粘性成分还能发挥类似胶水的作用,把即将脱落的毛鳞片完全或部分修复。
用放射线照射多聚谷氨酸,其分子结构即会发生变化,由此吸收水分的特点还会增加。据试验,每克经过放射线处理的多聚谷氨酸竟然可吸收多达1kg的水。利用这一特点,掺入多聚谷氨酸成分的尿布吸收尿液的性能可比传统纸质尿布强2～5倍〔5〕。此外,普通纸尿布都是以化学合成物质为原料制取的,作垃圾处理时并不能完全还原到土壤中去,于是对环境会造成污染。
(3)农业
聚谷氨酸等既具有生物可降解性、又具有高吸水性,向人们展示了其在固沙植被领域的广阔应用前景。在沙漠及缺水地区进行绿化,由于土壤干旱,植物种子很难发芽。为此,日本九州大学农学系教授原敏夫等人,以日本的纳豆丝(聚谷氨酸)为原料,开发出了一种吸水性极强的纳豆树脂(可吸自重5000倍的水),从而使沙漠及缺水地区绿化有了理想的种子包衣材料。只要用这种树脂把植物种子包起来,在沙漠及缺水地区种植,可很快发芽,效果十分理想。
(4)其它应用
聚谷氨酸是一种出色的绿色塑料,可广泛用于从食品包装到一次性餐具及其他各种工业用途中,它在自然界可迅速降解,不会造成环境污染;寡聚谷氨酸可作为各种食品的苦味掩盖剂,是高钠调味剂的替代品,可为糖尿病患者和高血压患者所用,正作为健康饮食的组成成分而被广泛使用。此外,γ2 P G A还可作为增稠剂、膳食纤维、保健食品、安定剂等应用于食品工业和作为蔬菜、水果的防冻剂等应用于农业领域〔16〕;水或废水处理中可作为金属螯合剂或吸附剂和生物絮凝剂;研究发现聚谷氨酸的衍生物P G A酯是一种性能良好的耐热塑料〔17〕,P G A 苄酯可制成高强度纤维。
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聚氨基酸耐有机溶媒、耐热,抗逆性良好。日本已经工业化生产了聚谷氨酸2γ2甲酯(PM G),主要被用于合成皮革(表面处理剂)或纤维处理剂。聚氨基酸作为固体皮膜以及微孔性材料,对水蒸气透过性有其独到特征,目前这种具有卓越防水性和高透湿性的纤维布料和丝绸已经投放市场。
4 结束语
进入20世纪90年代以来,氨基酸、多肽的结构和生理活性相互关系是生物化学、药物化学、高分子材料等交叉学科十分活跃的研究课题之一。由于聚氨基酸具有生物可降解性,已成为生物医学材料研究和应用的热点。另外,可借助于计算机技术,设计不同的培养基配方和发酵控制工艺,配合使用不同微生物菌种,生产不同分子量的γ2P G A以满足不同的需要。通过生物合成具有特殊功效的氨基酸聚合物,这将是21世纪氨基酸工业的发展趋势之一。
γ2P G A最吸引人的特性在于它是水溶性的、无离子的、可食用的,这些特性使得它有大量潜在的应用前景,随着从廉价的资源生产可生物降解的多聚物用量的增加,以及γ2P G A许多新的领域的拓展,对γ2P G A生物合成的兴趣又重新振兴起来,目前,世界上有很多研究小组在从事γ2P G A生物合成的研究。
日本是世界上最大氨基酸生产国与输出国。日本科学家在聚合氨基酸的研究开发方面已领先于世界。味之素株式会社已开发成功γ2聚谷氨酸,它是利用纳豆菌为工业微生物对谷氨酸进行聚合化获得的,目前该项目已投产。
台湾味精生产商味丹国际用3年时间也已成功研发出吸水效能极高的聚谷氨酸(P G A),味丹斥资620万美元在越南平顺建设P G A厂房,2004年下半年投产,估计毛利率达35%以上,高于味丹的平均毛利率,越南味丹需向总公司交专利费用。
Cell Therapeutics公司(CTI)开发的聚谷氨酸紫杉醇已授予日本中外制药公司在日本、韩国、台湾及其他一些亚洲市场独家开发和销售的权利,据报道,销售良好。
我国在这方面的研究开发尚处于起步阶段,只有少数科研单位进行聚氨基酸的研究和开发,如聚谷氨酸高吸水性树脂、聚谷氨酸2表阿霉素偶合物等,但研究的深度、广度等均与国外有较大的差距,研究工作仅限于实验室,离产业化有较大的距离,因此建立完整、系统、大规模的γ2P G A的微生物生产方法是今后亟待解决的课题。□
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2004年6月6日施庆珊:γ2聚谷氨酸的微生物合成与应用
微生物实验知识总结与实践应用经过这学期学习和实验操作，我对《微生物实验》有了一些初步的认识，也从中学习到了有用的知识。《微生物学实验》是要求我们掌握实验知识的基本操作和技能训练，初步了解和掌握先进的技术和方法，与迅速发展的科学前沿接轨。微生物：包括细菌、病毒、真菌以及一些小型的原生动物、显微藻类等在内的一大类生物群体，它个体微小，却与人类生活关系密切。涵盖了有益有害的众多种类，广泛涉及健康、食品、医药、工农业、环保等诸多领域。我将我这学期学到的微生物学知识，结合生活和工业当中的一些应用，归纳如下：在吾尔恩老师的带领下，我们先从最基本的知识学起。 （1）无菌操作技术：高温对微生物具有致死效应，因此微生物在转接过程中，一般再火焰旁进行，并用火焰直接灼烧接种环，已达到灭菌的目的。在做实验时要保持严谨的态度，以后的实验中多数操作都必须再火焰旁进行。 （2）培养基的制备：培养基是人工配置的生物生长繁殖或积累代谢产物的营养基质，用以培养、分离、鉴别微生物或积累代谢产物。自然界中培养基的种类很多，但是不同的培养基中，一般含有水分、碳源、氮源、无机盐和生长因子等，不同类别的微生物对PH值的要求一般不同。 （3）消毒与灭菌：灭菌是用理化方法杀死一定物质中的微生物的微生物学基本技术。灭菌的彻底程度受灭菌时间与灭菌剂强度的制约。微生物对灭菌剂的抵抗力取决于原始存在的群体密度、菌种或
环境赋予菌种的抵抗力。灭菌是获得纯培养的必要条件，也是食品工业和医药领域中必需的技术。是指用物理或化学的方法杀灭全部微生 物，使之达到无菌保障水平。经过灭菌处理后，未被污染的物品，称无菌物品。经过灭菌处理后，未被污染的区域，称为无菌区域。 （4）平板分离与活菌计数：平板分离计数法是将待测菌液经适当稀释，涂布在平板上。经培养后在平板上形成肉眼可见的菌落。根据稀释倍数和取样量计算出样品中细胞密度。平板分离法主要有：1.平板划线分离法。2.稀释涂布平板法。 （5）革兰氏染色法：革兰氏染色法可将细菌分为革兰氏阳性细菌（G+）和革兰氏阴性细菌（G-）两种类型。这是两种细菌细胞壁结构和组成的差异决定的。大肠杆菌是革兰氏阴性杆状细菌，金黄色葡萄球菌是革兰氏阳性细菌，经过革兰氏染色后两者呈现不同的颜色，在显微镜下便于进行观察…… 我们学习微生物实验技术，就是要把微生物的实验技能应用于实践生产，培养繁育细菌收集细菌代谢产物，应用于药业、工业，产生经济利益。制备培养基是微生物实验技术操作的重要环节，按照培养基的功能分类培养基的类型有：1.选择培养基。2.鉴别培养基。在工业生产中常常应用于培养微生物的主要是-发酵罐。我将微生物在生产生活中的应用总结如下： 微生物技术的应用在当今社会中已取得了很大的作用，在工业、农业、医药业、畜牧业等各个行业中都取得了长足的进展，但相对于
目录 年产50吨L-谷氨酸的工艺设计 1文献评述 1.1产品概述 1.1.1名称 学名：L-谷氨酸-水化合物； 商品名：L-谷氨酸。因L-谷氨酸起源于小麦，故俗称麸酸。 英文名：MonosodiumL-glutamate 其它名称： L-2-Aminoglutaricacid,H-Glu-OH,L-glutamicacid,L(+)-glutamicacid,H-L-Glu-OH,S-2-Aminopentanedioicacid 1.1.2产品规格及标准 结构式： 分子式C6H14N4O2.C5H9NO4 分子量321.33 1.1.3理化性质 L-谷氨酸为白色鳞片状晶体。无臭，稍有特殊的滋味和酸味。呈微酸性。微溶于冷水，易溶于热水，几乎不溶于乙醚、丙酮和冷醋酸中，不溶于乙醇和甲醇。
247-249℃分解，200℃升华，相对密度1.538（20/4℃），旋光度[α]＋30-＋33°。 1.1.4产品用途 （1）食品业 氨基酸作为人体生长的重要营养物质，不仅具有特殊的生理作用，而且在食品工业中具有独特的功能。 （2）日用化妆品等 谷氨酸为世界上氨基酸产量最大的品种，作为营养药物可用于皮肤和毛发。聚谷氨酸是一种出色的环保塑料，可用于食品包装、一次性餐具及其它工业用途，可在自然界迅速降解，不污染环境。随着科学的进步，研究的深入，谷氨酸新的应用领域将越来越广。 （3）医药行业 谷氨酸还可用于医药，因为谷氨酸是构成蛋白质的氨基酸之一，虽然它不是人体必须的氨基酸，但它可作为碳氮营养与机体代谢，有较高的营养价值。2、工业生产方法的选择和论证 2.1L-谷氨酸生产方法的选择与确定 2.1.1传统工艺中L-谷氨酸的生产方法有两种：合成法和发酵法。（1）合成法 丙烯腈与氢和一氧化碳在高温，高压和催化剂的作用下得到β-氰基丙醛（OHCCH2CH2CN），后者与氰化钾和氯化铵进行斯脱拉克（Straker）反应生成氨基腈。将氨基腈用氢氧化钠水解，得谷氨酸二钠，然后用硫酸中和，生成D，
各类中药化学成分的主要生物合成途径 乙酸-丙二酸途径:脂肪酸类,酚类,醌类；甲戊二羟酸途径:萜类,甾类；莽草酸途径:即桂皮酸途径,苯丙素类,木脂素类,香豆素类；氨基酸途径 :生物碱类 溶剂提取法（常用溶剂及极性） （1）溶剂按极性分类：三类，即亲脂性有机溶剂、亲水性有机溶剂和水。溶剂按极性由弱到强的顺序如下：石油醚＜四氯化碳＜苯＜二氯甲烷＜氯仿＜乙醚＜乙酸乙酯＜正丁醇＜丙酮＜甲醇（乙醇）＜水。 甲醇（乙醇）是最常用的溶剂,能用水任意比例混合. 分子大,C多,极性小,反之,大..按相似相溶原理,极性大的溶剂提取极性大的化合物 提取方法 ①煎煮法：挥发性及加热易破坏,多糖类不宜用。 ②浸渍法：不用加热，适用于遇热易破坏或挥发性成分，含淀粉或黏液质多的成分,但效率不高。 ③渗漉法：效率较高。④回流提取法:受热易破坏的成分不宜用。⑤连续回流提取法：有机溶剂，索氏提取器或连续回流装置。⑥水蒸气蒸馏法: 适于具挥发性，能随水蒸气蒸馏而不被破坏的。挥发油、小分子生物碱、酚类、游离醌类等：⑥超临界萃取法:以CO2为溶剂.用于极性低的化合物，室温下工作,几乎不用有机溶剂,环保 分离方法 ①吸附色谱：利用吸附剂对被分离化合物分子的吸附能力的差异，而实现分离的一类色谱。硅胶用于大多数中药成分；氧化铝用于碱性或中性亲脂性成分如生物碱、萜、甾；活性炭用于水溶性物质如氨基酸、糖类和某些苷类；聚酰胺用于酚醌如黄酮、蒽醌及鞣质。②凝胶色谱：主要是分子筛作用，根据凝胶的孔径和被分离化合物分子的大小而达到分离目的。③离子交换色谱：基于各成分解离度的不同而分离。主要用于生物碱、有机酸及氨基酸、蛋白质、多糖等水溶性成分的分离纯化。④大孔树脂色谱：一类没有可解离基团，具有多孔结构，不溶于水的固体高分子物质。它可以通过物理吸附有选择地吸附有机物质而达到分离的目的。是反相的性质，一般被分离物质极性越大，越先被洗脱下来，极性越小，越后洗脱下来。应用于中药有效部位或有效成分的分离富集。⑤分配色谱：利用物质在固定相和流动相之间分配系数不同而达到分离。正相色谱：固定相极性>流动相极性，用于分离极性和中等极性的成分。常用固定相：氰基或氨基键合相；常用流动相为有机溶剂。反相色谱：固定相极性<流动相极性，用于离非极性和中等极性的成分，常用C18或C8键合相。常用流动相为甲醇-水或乙腈-水。 糖和苷类化合物 糖：多羟基醛或多羟基酮及其衍生物、聚合物的总称 苷：糖或糖额衍生物与另一非糖物质通过糖的端基碳原子连接而成，又称配糖体 构型D，L，α，β : 向上D,向下L; 同侧:β异侧:α 苷键酸水解：苷键原子首先发生质子化，然后苷键断裂生成苷元和糖的阳碳离子中间体，在水中阳碳离子经溶剂化，再脱去氢离子形成糖分子。难易顺序：N-苷>O-苷>S-苷>C-苷。强酸水解：得到糖，苷元易破坏；弱酸水解：得到次级苷，确定糖的连接顺序；两相酸水解：保护苷元 酶水解：对难以水解或不稳定的苷，在酶水解条件温和，不会破坏苷元，可得到真正的苷元 显色反应 Molish反应:加入5%α-萘酚乙醇液，沿管壁缓慢滴入浓硫酸，在两层液面间会出现一个紫色环。又称α-萘酚反应.说明含有糖类或苷类. (但碳苷和糖醛酸例外,呈阴性.) 菲林和多伦反应:阳性,有还原糖.可以利用这两个反应来区别还原糖和非还原糖。 单糖：都是还原糖。双糖：麦芽糖、乳糖为还原糖。蔗糖为非还原糖 苷键构型的判断 糖苷的1H-NMR：成苷的端基质子H的耦合常在较低场。如:β构型J H1-H2=6~9Hz(8左右)；α构型J H1-H2=2~3.5Hz (4左右) 醌类 酸性（规律） -COOH > 二个β-OH > 一个β-OH >二个α- OH > 一个α–OH 可用PH 梯度萃取分离。 其结果为①和②被5%碳酸氢钠溶液提出；③被5%碳酸钠提出；④被1%氢氧化钠提出；⑤只能被5%氢氧化钠提出 可用PH梯度萃取分离。 颜色反应 1、Feigl反应：全部醌类均阳性。碱性条件加热,紫色 2、Borntrager’s反应：也叫碱液试验,羟基蒽醌阳性。——颜色变化与OH数目及位置有关,红-紫色. 3、醋酸镁反应：含α-酚羟基或邻二酚羟基的蒽醌类阳性。 4、与活性亚甲基试剂反应kesting-Craven和无色亚甲蓝显色反应: 苯醌和萘醌类的专属反应.在碱性条件下 5、对亚硝基-二甲苯胺反应: 蒽酮类的特异性反 应.(唯一).蒽酮就是9或10位没有被取代的羟基 蒽酮类. 醌类化合物的提取与分离 (大题,看书) pH梯度萃取法P82 例:大黄蒽醌苷类的分离 苯丙素类（一个或几个C6-C3） 香豆素：一般具有苯骈α-吡喃酮母核的天然产物 母核（画） 内酯性质和碱水解反应 碱性开环,酸性闭环。但长时间加热,异构化,不可 恢复闭环. 显色反应有荧光性质 1、Gibb’s反应: 试剂：2，6-二氯（溴）苯醌氯 亚胺 C6位没取代,阳性,蓝色 2、Emerson反应试剂：4-氨基安替比林,铁氰化 钾反应 C6位没取代,阳性,红色 木脂素鉴识 Labat反应：具有亚甲二氧基的木脂素加浓硫酸 后，再加没食子酸，可产生蓝绿色 黄酮（C6-C3-C6） 结构与基本骨架(芦丁,槲皮素,鼠李糖,葡萄糖的 结构都要求会写)138页 经典结构是2-苯基色原酮，现在泛指两个苯环通 过三个碳原子相互连接而成的一类化合物 黄酮类：以2-苯基色原酮为母核，且3位上无含 氧基团取代的一类化合物 黄酮醇：在黄酮基本母核的3位上连有羟基或含 氧基团 二氢黄酮：黄酮基本母核的2、3位双键被氢化而 成 二氢黄酮醇：黄酮醇类的2、3位被氢化的基本母 核 交叉共轭体系：黄酮结构中色原酮部分本身无 色，但在2位上引入苯环后，即形成交叉共轭体 系，通过电子转移、重排，使共轭链延长而显出 颜色。在7位或4’位上引入-OH及-OCH3等助色 团后，产生p-π共轭，使化合物颜色加深。 溶解度：游离黄酮一般难溶于水，易溶于甲醇、 乙醇、乙酸乙酯、氯仿、乙醚等有机溶剂及稀碱 水中。引入羟基增多，水溶性增大，脂溶性降 低；而羟基被甲基化后，脂溶性增加。黄酮苷一 般易溶于水、甲醇、乙醇等强极性溶剂中，但难 溶于苯、氯仿、乙醚等有机溶剂中 平面型如黄酮、黄酮醇、查尔酮等溶解度较小， 非平面型如二氢黄酮及二氢黄酮醇的溶解性较 大，异黄酮的也较大 酸性：7,4’-二OH黄酮＞7-或4’-OH黄酮＞一 般酚羟基＞5-OH黄酮 显色反应：（1）HCl-Mg反应：样品溶于甲醇或乙 醇1ml中，加入少许Mg，再加几滴浓HCl，一两 分钟显红~紫红色。（2）AlCl3反应：样品的乙醇 溶液和1%乙醇溶液AlCl3反应，生成黄色络合 物。（3）锆盐-枸橼酸反应：可鉴别黄酮类化合 物是否纯在3-或5-OH。样品的甲醇溶液加2%二氯 氧锆甲醇溶液。黄色不褪，有3-OH或3，5-OH， 如果减褪，无3-OH而有5-OH pH梯度萃取法：5%NaHCO3可萃取7，4’-二羟基 黄酮，5%NaCO3可萃取7-或4‘-羟基黄酮， 2%NaOH可萃取一般酚羟基的黄酮，4%NaOH可以萃 取5-羟基黄酮。 柱色谱分离 硅胶柱：利用极性差异，几乎适用于任何类型黄 酮（主要分离异黄酮、二氢黄酮，二氢黄酮醇及 高度驾机皇或乙酰化的黄酮及黄酮醇） 聚酰胺柱：通过酰胺羰基与黄酮类化合物分子上 的酚羟基形成氢键缔合而产生。化合物结构与Rf 值：酚羟基少＞多；易形成分子内氢键＞难；芳 香化程度低＞高；异黄酮＞二氢黄酮醇＞黄酮＞ 黄酮醇；游离黄铜＞单糖苷＞双糖苷＞叁糖苷 （含水移动相做洗脱剂）；有机溶剂做洗脱剂反 之。洗脱能力由弱至强；水＜甲醇或乙醇（浓度 由低到高）＜丙酮＜稀氢氧化钠水溶液或氨水＜ 甲酰胺＜二甲基甲酰胺＜尿素水溶液 紫外 黄酮类型带II(弱峰) 带I(强峰) 取代) 黄酮醇(3-OH 游离) 250-280 358-385 异黄酮245-270 310-330肩峰 二氢黄酮/醇370-295 300-330 查耳酮220-270低强度340-390 氢谱: 黄酮或黄酮类H-3是一个尖锐的单峰出现在 6.3 处 邻位耦合:耦合常数为8Hz左右 间位耦合:2-3Hz 对位耦合:很弱,数值很小或没有 5,7-二OH黄酮δppm：H-6小于 H-8 . 7- OH 黄酮: δppm：H-6 > H-8 6’δ比较大,5’较小 同时还要看 单峰S,就没有邻,间位双锋d说明有邻位或间位 其中一个双双锋dd就说明有邻,和间两个 生物合成途径 经验异戊二烯法则：基本碳架均是由异戊二烯以 头-尾顺序或非头-尾顺序相连而成；生源异戊二 烯法则：甲戊二羟酸是各种萜类化合物生物合成 的关键前体 单萜：无环，单环，双环，三环，环烯醚。知道 卓酚酮，环烯醚萜，薄荷醇，青蒿素的二级结构 和性质 性质：萜类多具苦味，单萜及倍半萜可随水蒸气 蒸馏，其沸点随其结构中的C5单位数、双键数、 含氧基团数的升高而规律性升高 提取：挥发性萜可用水蒸气蒸馏法；一般萜可用 甲醇或乙醇提取；萜内酯可先用提取萜的方法提 取出总萜，然后利用内酯的特性，用碱水提取酸 化沉淀的方法纯化；萜苷多用甲醇、乙醇或水提 取 柱色谱：吸附剂多用硅胶。中性氧化铝。含双键 者可用硝酸银络合柱色谱分离（利用硝酸银可与 双键形成π络合物，而双键数目位置及立体构型 不同的萜在络合程度及络合稳定性方面有一定差 异）。洗脱剂多以石油醚、正己烷、环己烷分离 萜烯，或混以不同比例的乙酸乙酯分离含氧萜 鉴识：卓酚酮类的检识 (硫酸铜反应：绿色结 晶)；环烯醚萜的检识(Weiggering法：蓝色/紫红 色；Shear反应：黄变棕变深绿)；薁类的检识 (Ehrlich反应：蓝紫绿；对－二甲胺基苯甲醛) 挥发油 也称精油，是存在于植物体内的一类具有挥发 性、可随水蒸气蒸馏、与水不相容的油状液体。 分为：芳香族，萜类，脂肪族 检识：化学测定常数：酸值、酯值、皂化值 提取方法：①蒸馏法：提取挥发油最常用的方 法，对热不稳定的挥发油不能用。②溶剂萃取 法：脂溶性杂质较多。③吸收法：油脂吸收法， 用于提取贵重挥发油。④压榨法：该方法可保持 挥发油的原有新鲜香味，但可能溶出原料中的不 挥发性物质。⑤二氧化碳超临界流体萃取法：有 防止氧化热解及提高品质的突出优点，用于提取 芳香挥发油 三萜 醋酐-浓硫酸反应（Liebermann-Burchard） 红－紫－蓝－绿色－褪色（甾体皂苷） 黄－红－紫－蓝－褪色（三萜皂苷） 胆甾醇沉淀法：胆甾醇复合物——乙醚回流提 取，去除胆甾醇，得皂苷。因为甾体皂苷比三萜 皂苷形成的复合物稳定. 甾类 C21甾醇C2H5 昆虫变态激素8-10个碳的脂肪烃 强心苷不饱和内酯环 甾体母核的C-17位上均连一个不饱和内酯环。根 据内酯环的不同：五元不饱和内酯环叫甲型强心 苷元；六元不饱和内酯环叫乙型。 苷和糖连接的顺序分: I型强心苷：苷元-(2，6-二去氧糖)x-(D-葡萄
( 安全论文 ) 单位：_________________________ 姓名：_________________________ 日期：_________________________ 精品文档 / Word文档 / 文字可改 微生物技术在城市生活垃圾处理中的应用(新编版) Safety is inseparable from production and efficiency. Only when safety is good can we ensure better production. Pay attention to safety at all times.
微生物技术在城市生活垃圾处理中的应用 (新编版) 摘要：本文结合堆肥化、卫生填埋两种现行的城市生活垃圾处理工艺，主要介绍了城市生活垃圾生物处理过程中的微生物种群，以及通过分析开发出的新的微生物技术，指出了应用于城市生活垃圾处理的高效的微生物技术的研究方向。 关键词：城市生活垃圾微生物强化微生物处理技术基因工程 随着城市化进程在全球范围的加速，城市化带来的环境污染和人类聚居状况恶化等问题，已成为世界各国共同关心的问题。城市生活垃圾（Municipalsolidwaste,简称MSW）是在城市日常生活及为城市生活提供服务的活动中产生的固体废弃物，是城市环境的主要污染物之一。目前，城市生活垃圾处理处置的方法主要包括卫生填埋（Sanitarylandfill）、堆肥化(Composting)、焚烧(Incineration)
三种，其中前两种处理方式均属于生物处理技术。具体来说，MSW生物处理技术就是城市生活垃圾中固有的或外添加的微生物，在一定控制条件下，进行一系列的生物化学反应，使得MSW中的不稳定的有机物代谢后释放能量或转化为新的细胞物质，从而MSW逐步达稳定化的一个生化过程。 1.城市生活垃圾生物处理中主要的微生物 MSW生物处理技术主要包括好氧和厌氧生物处理。好氧生物处理如：好氧堆肥、生物反应器填埋等，其工艺中的微生物主要有细菌、放线菌、真菌等微生物种群。厌氧生物处理，如：厌氧消化、厌氧填埋等，其工艺中的微生物又称“瘤胃微生物”，主要有水解细菌、产氢产乙酸菌群和产甲烷菌群等。 1.1城市生活垃圾好氧生物处理中的微生物 1.1.1细菌 在MSW好氧生物降解过程中，细菌凭借强大的比表面积，可以快速将可溶性底物吸收到细胞中，进行胞内代谢。总的来说，其数量要比放线菌和真菌多得多。当然，在不同的环境中分离的细菌在
1、史前期（约8000 年前一1676 ) ,各国劳动人民,①未见细菌等微生物的个体；②凭实践经验利用微 生物是有益活进行酿酒、发面、制酱、娘醋、沤肥、轮作、治病等）。 在17世纪下半叶，荷兰学者吕文虎克用自制的简易显微镜亲眼观察到细菌个体之前，对于一门学科来说尚没形成。这个时期称为微生物学史前时期。在这个时期，实际上人们在生产与日常生活中积累了不少关于微生物作用的经验规律，并且应用这些规律，创造财富，减少和消灭病害。民间早已广泛应用的酿酒、制醋、发面、腌制酸菜泡菜、盐渍、蜜饯等等。古埃及人也早已掌握制作面包和配制果酒技术。 这些都是人类在食品工艺中控制和应用微生物活动规律的典型例子。积肥、沤粪、翻土压青、豆类作物与其它作物的间作轮作，是人类在农业生产实践中控制和应用微生物生命活动规律的生产技术。种痘预防天花是人类控制和应用微生物生命活动规律在预防疾病保护健康方面的宝贵实践。尽管这些还没有上升为微生物学理论，但都是控制和应用微生物生命活动规律的实践活动。 2、初创期（1676 一1861 年）,列文虎克,①自制单式显微镜,观察到细菌等微生物的个体；②出于个人 爱好对一些微生物进行形态描述。微生物的形态观察是从安东·列文虎克（Antony Van Leeuwenhock 1632-1732）发明的显微镜开始的，它是真正看见并描述微生物的第一人，他的显微镜在当时被认为是最精巧、最优良的单式显微镜，他利用能放大50～300倍的显微镜，清楚地看见了细菌和原生动物，而且还把观察结果报告给英国皇家学会，其中有详细的描述，并配有准确的插图。1695年，安东·列文虎克把自己积累的大量结果汇集在《安东·列文虎克所发现的自然界秘密》一书里。他的发现和描述首次揭示了一个崭新的生物世界——微生物世界。这在微生物学的发展史上具有划时代的意义。这是首次对微生物形态和个体的观察和记载。随后，其他研究者凭借显微镜对于其它微生物类群进行的观察和记载，充实和扩大了人类对微生物类群形态的视野。但是在其后相当长的时间内，对于微生物作用的规律仍一无所知。这个时期也称为微生物学的创始时期。 3、奠基期（1861 一1897 年）,巴斯德,①微生物学开始建立；②创立了一整套独特的微生物学基本研究方法；③开始运用“实践―理论―实践”的思想方法开展研究；④建立了许多应用性分支学科；⑤进入寻找人类动物病原菌的黄金时期。继列文虎克发现微生物世界以后的200年间，微生物学的研究基本上停留在形态描述和分门别类阶段。直到19世纪中期，以法国的巴斯德和德国的柯赫为代表的科学家才将微生物的研究从形态描述推进到生理学研究阶段，揭露了微生物是造成腐败发酵和人畜疾病的原因，并建立了分离、培养、接种和灭菌等一系列独特的微生物技术。从而奠定了微生物学的基础，同时开辟了医学和工业微生物等分支学科。巴斯德和柯赫是微生物学的奠基人。(1)巴斯德 巴斯德原是化学家，曾在化学上做出过重要的贡献，后来转向微生物学研究领域，为微生物学的建立和发展做出了卓越的贡献。主要集中在下列三个方面：①彻底否定了“自然发生”学说。“自生说”是一个古老学说，认为一切生物是自然发生的。到了17世纪，虽然由于研究植物和动物的生长发育和生活循环，是“自生说”逐渐消弱，但是由于技术问题，如何证实微生物不是自然发生的仍是一个难题，这不仅是“自生说”
紫草宁生物合成途径中的代谢与调控 1.背景知识介绍 1.1 紫草及紫草宁 紫草（学名：Lithospermum erythrorhizon），为紫草科紫草属植物。又名山紫草、紫丹、紫草根，分布于日本、朝鲜以及中国大陆的辽宁、山西、湖南、甘肃、山东、湖北、广西、四川、陕西、贵州、江西、河北、河南等地，生长于海拔50米至2,500米的地区，多生长在山坡草地，目前尚未由人工引种栽培。紫草是一种重要的药用植物，其功效是凉血，活血，解毒透疹。用于血热毒盛，斑疹紫黑，麻疹不透，疮疡，湿疹，水火烫伤。紫草根部富含红色的萘醌类次生代谢产物——紫草宁及其衍生物。 紫草宁又称紫草素，英文名称：Shikalkin，英文别名： 5,8-Dihydroxy-2-(1-hydroxy-4-methylpent-3-enyl)naphthalene-1,4-dione，即5,8-二羟基-2-[(1R)-1-羟基-4-甲基戊-3-烯基]萘-1,4-二酮，结构式如下： 紫草宁为赤褐色针状晶体(由苯重结晶)。熔点149℃。旋光度-167°±10°(在苯中)。能溶于普通有机溶剂，以及甘油动植物油脂和碱性水溶液。难溶于碳酸氢碱溶液。与氢氧化碱金属作用显蓝色。 由于紫草素具有多种生物学活性，以紫草素为先导化合物开发抗炎、抗肿瘤、抗病毒新药的研究已成为热点课题，除此之外，紫草素还是良好的天然色素，已广泛用于食品、化妆品和印染工业中。 1.2紫草宁及其衍生物的药理作用
1.2.1 抗肿瘤活性 近年来，紫草次生代谢物的抗肿瘤活性倍受关注。紫草素能够抑制肝癌肿瘤细胞增殖[1]、诱导生殖系统肿瘤细胞凋亡[2]，并兼具调控机体免疫的功能。紫草素在体外一定浓度范围内能抑制人白血病Ｋ562细胞增殖，诱导其凋亡。甲基丙烯酰紫草素具有较好的体内外抗肿瘤作用，作用机制可能与诱导细胞凋亡和抑制NF-zB p50的活性有关[3]。乙酰紫草素可通过诱导细胞凋亡来抑制胃癌SGC-7901细胞在体内外的增殖[4]。 1.2.2 抗炎活性 紫草素能有效减轻由中波紫外线（UVB）引起的表皮角蛋白细胞炎症，起到保护皮肤的作用；还可以减弱小神经胶质细胞的炎症反应，达到保护神经系统的作用。 1.2.3 降胆固醇活性 研究发现，从硬紫草根部氯仿提取物中分离出的三种化合物—乙酰紫草素、异丁基紫草素和β-羟基异戊酰紫草素均具有抑制人类酰基辅酶Ａ-胆固醇酰基转移酶-1和人类酰基辅酶Ａ-胆固醇酰基转移酶-2的活性。酰基辅酶Ａ-胆固醇酰基转移酶是胆固醇生物合成途径的关键酶，乙酰紫草素、异丁基紫草素和β-羟基异戊酰紫草素通过抑制该酶的活性，从而达到降低胆固醇含量，防治动脉粥样化的目的。 紫草的药理作用除了上述内容之外，还有降血糖活性，抗生育、抗免疫缺陷、抗凝血、保肝护肝、抗前列腺素生物合成、抗菌及清除活性氧作用等。 1.3紫草及紫草宁的市场 紫草是我国传统中药材，多家中药饮片厂以紫草为主要原料研制开发生产了约500多种（规格）中成药、特药、新型中药，以及几十种中药饮片。这些产品投入市场后很受消费者欢迎，销量增加，对紫草的需求量也随之逐年大幅攀升。
味精生产工艺及发展趋势 1866年，谷氨酸首先由德国人H. Riffhausen博士用硫酸水解面筋制得[6]。1908年，日本人池田与铃木发现谷氨酸能用蛋白质酸水解法生产，一年后味之素公司开始了味精的工业化生产。 1923年，我国开始了通过蛋白质酸解法生产味精。该工艺原料利用率低，产1t味精需30t小麦，工作环境差，劳动强度大，并且污染严重。生产发展速度缓慢，最高年产量也不超过4,000t[4]。 1956年，从自然界中分离到了一种谷氨酸产生菌，即谷氨酸棒杆菌，这是味精生产史上的重大变革。1957年开始了通过发酵法生产味精的时代。 1957年，我国组织有关高校、科研院所和企事业单位，开始了谷氨酸产生菌的选育工作，于1965年成功选育谷氨酸产生菌，当年首先在天厨厂投入生产。 40年来，由于我国味精工业在菌种选育、发酵工艺优化、提取工艺和废水处理等各方面的研究工作，使我国味精工业不断向前发展，味精产量年平均增长率为17%。与20世纪60年代相比，产酸率由50g/L提高到目前的120-140g/L；糖酸转化率由40%-50%提高到60%以上；发酵周期也有相应的缩短，由40 h缩短到30h；提取收率也由90%提高到96%以上；生产成本也大大降低；发酵罐也由50m3扩大到800m3；国内味精年产量由1957年的年产2,000t增加到目前的年产200万t左右[7]。目前，我国已成为世界味精的生产中心，占世界总产量的70%。 发酵法生产谷氨酸的成功，是整个发酵工业的伟大创举，同时也大大促进了其它发酵产品的研究与生产[2]。 1 L-谷氨酸生产菌的选育 对于工业发酵来说，决定发酵生产水平的因素主要有菌种性能、发酵工艺及下游提取工艺等。在这些因素中，菌种的产酸水平是内因，是决定发酵成败的关键。国外一般采用青霉素等强制发酵法生产谷氨酸，产酸较高(120-160g/L)[13]；而国内味精厂采用生物素亚适量方法，该方法产酸低，转化率低，原料利用率低，因此开展菌种选育工作一直味精工业发展史上的重点内容[14]。 1.1传统诱变育种技术 微生物细胞内各种代谢产物的积累，都是受到菌体自我调节机制的影响。正常情况下，菌种不会过量合成某种代谢产物，当通过育种手段解除其自我调节机制时，某种产物就会过量积累。随着谷氨酸棒杆菌各代谢途径及其调节机制的深入了解，使得通过代谢控制发酵原理进行育种更加理性化。 通过诱变育种对菌种进行定向筛选，可达到解除微生物细胞内的自我调节机制，达到过量积累目的产物的目的。常见的方法包括选育具有结构类似物抗性、营养缺陷型、目的产物分解能力缺陷型等遗传标记的突变株。诱变育种简单易行，
利用微生物技术处理废水 摘要随着工业的发展,污水成分已愈来愈复杂。某些难降解的有机物质和有毒物质,需要运用微生物的方法进行处理,污水具备微生物生长和繁殖的条件,因而微生物能从污水中获取养分,同时降解和利用有害物质,从而使污水得到净化。废水生物处理是利用微生物的生命活动,对废水中呈溶解态或胶体状态的有机污染物降解作用,从而使废水得到净化的一种处理方法。废水生物处理技术以其消耗少、效率高、成本低、工艺操作管理方便可靠和无二次污染等显著优点而备受人们的青睐。 关键词污水生物处理好氧生物处理厌氧生物处理水质 1. 污水生物处理的特征 1.1 污水与污水生物处理 污水中的污染物质成分极其复杂，一般生活污水的主要成分是代谢废物和食物残渣，工业废水可能含有较多的金属、酚类、甲醛等化学物质。此外污水中还含有大量非病原微生物和少量病原菌及病毒。污水的生物处理就是以污水中的混合微生物群体作为工作主体，对污水中的各种有机污染物进行吸收、转化，同时通过扩散、吸附、凝聚、氧化分解、沉淀等作用，以去除水中的污染物。因此，污水生物处理实际上是水体自净的强化，不同的是，在去除了污水中的污染物后，必须将微生物从出水中分离出来，这种分离主要是通过微生物本身的絮凝和原生动物、轮虫等的吞食作用完成的。 1.2 生化需氧量及生物处理的应用 在污水处理中，通常是以有机物在氧化过程中所消耗的氧量这一综合性指标来表示有机污染物的浓度，如生化需氧量（BOD）和化学需氧量（COD）。生化需氧量是指在特定的温度和时间（通常这5 d、20℃下，微生物分解污水中有机物所消耗的氧量，称为BOD5。BOD5约占生化需氧总量的2/3，故采用BOD5来表示污水中可降解有机物的浓度是比较合适的。但污水中有机物并不是都能较快降解的，在工业废水中，可以结合COD等指标表示有机污染物的浓度。 只有BOD高的废水才适宜采用生物处理，COD很高但BOD不高的废水不宜采用生物处理。对于有毒的废水，只要毒物能降解，就可用生物法处理，关键是控制毒物浓度和驯化
1）生物素营养缺陷型 ?作用机制:生物素是脂肪酸生物合成最初反应的关键酶乙酰CoA羧化酶的辅酶,参与 了脂肪酸的合成,进而影响脂肪酸的合成.当磷脂合成量少到正常的1/2左右时,细胞变形,Glu向膜外泄漏. ?控制关键:使用该类突变株必须限制发酵培养基中生物素亚适量(5-10 g/L).在发酵 初期(0-8小时),细胞正常生长,当生物素耗尽后,在菌的再次倍增时,开始出现异常形态细胞,即完成了细胞从生长型到积累型转换. 2）油酸营养缺陷型 ?作用机制:油酸营养缺陷型丧失了合成油酸的能力,通过控制油酸使磷脂合成量减少 到正常量的1/2左右. ?控制关键:保证在培养基中油酸亚适量,完成细胞从生长型到生产型的转换. （3）添加表面活性剂 ?添加表面活性剂(如吐温60)或不饱和脂肪酸(C16-18),也能造成细胞渗漏,积累谷氨 酸. ?机理:两者在脂肪酸合成时对生物素有拮抗作用,导致磷脂合成不足,形成不完整的细 胞膜. ?关键:控制好脂肪酸或表面活性剂的时间和浓度,必须在药剂加入后,在这些药剂存在 下进行分裂,形成产酸型细胞. （4）添加青霉素 ?机理:青霉素抑制谷氨酸生产菌细胞壁后期的合成,细胞膜在失去保护,在渗透压的作 用下受损,向外泄露谷氨酸. ?控制关键:一般在进入对数生长期的早期(3-6小时)添加.添加青霉素后倍增的菌体不 能合成完整的细胞壁,完成细胞功能的转换. 谷氨酸发酵强制控制工艺 ?为了稳产,克服培养基原料中某些成分不易控制带来的影响,在谷氨酸发酵时可采取 “强制控制”的方法,如:“高生物素高吐温”或“高生物素高青霉素”的方法. ?控制方法:在发酵培养基中预先配加一定量(过量)的纯生物素,大大地削弱每批原料 中生物素含量变化的影响,高生物素、大接种量能促进菌体迅速增殖.再在菌体倍增的早期加入相对高的吐温或青霉素,形成产酸型细胞.固定其它条件,确保高产稳产。谷氨酸发酵 ? 1.适应期:尿素分解出氨使pH上升.糖不利用.2-4h. 措施:接种量和发酵条件控制使适应期缩短. ? 2.对数生长期:糖耗快,尿素大量分解使pH上升,氨被利用pH又迅速下降.溶氧急剧 下降后维持在一定水平.菌体浓度迅速增大,菌体形态为排列整齐的八字形.不产酸.12h. 措施:及时供给菌体生长必须的氮源及调节pH,在pH7.5-8.0时流加尿素;维持温度30- 32℃ ? 3.菌体生长停止期:谷氨酸合成. 措施:提供必须的氨及pH维持在7.2-7.4.大量通**,控制温度34-37 ℃. ? 4.发酵后期:菌体衰老,糖耗慢,残糖低. 措施:营养物耗尽酸浓度不增加时,及时放罐. 发酵周期一般为30h. 二、谷氨酸发酵的生化过程
100学年度第一学期微生物应用技术 Final Examination 学生__________ 学号:_____________ ★请勿选择你报告的题目来回答 I. 解释名词 (30分选六题): 1. 何谓Molecular farming, 为何用植物? 2. 生分解性 3. 芽孢杆菌在工业上的应用优势 （1）Bacillus及其代谢产物已广泛应用于食品、医药、饲料中，目前尚未发现有任何毒副作用，是一种安全的菌种。 （2）Bacillus可以耐受不良的环境，如80℃的高温环境，pH2-3的酸性环境。 并且对营养要求简单，代谢快，易于分离和保存。 （3）Bacillus不仅对革兰氏阳性菌有抑菌作用，对革兰氏阴性菌和真菌也有抑制效果。 4. 生物相容性 用来描述生物医用材料与生物体相互作用情况的概念。 若生物材料相容性好，表示： a.该材料能够与身体相互适应 b.不会对身体有显着或严重的不良反应 c.身体也不会引起材料性能的改变 可分为：血液反应、免疫反应、组织反应、生物化学反应 5. 解说液化淀粉的功用 6. Plant Transformation 7. 白色生技的应用 8. NDM-1超级细菌 9. 抗药性结核分枝杆菌产生 10. 专利三特性 （1）排他性：为了保护一发明或创作其正当权益，而向政府提出申请，经过审查认为符合专利法的规定，因而给予申请人在一定期间享有专有排除 他人未经其同意而制造、贩卖、使用或为上述目的而进口该物品之权， 或专有排除他人未经其同意而使用该方法及使用、贩卖或为上述目的而 进口该方法直接制成物品之权，这种排他性就是专利权特性。 （2）时间性：发明、新型、新式样专利均自公告之日起给予专利权。 专利权只在专利权期限内有效，期限届满，权力消灭，技术内容即成公 共财产。 （3）地域性：专利系采属地主义，因此，虽已向外国申请专利，但如欲在我国
微生物应用技术答案B 一、填空题（每空0.5分，共15分） 1、互生、共生、拮抗 2、有机质化、无机质化 3、共代谢作用、唯一碳源和能源 4、侵染性、专一性、有效性 5、生物体、生理活性物质 6、微生物杀菌剂、微生物除草剂、微生物植物生长调节剂 7、白色农业 8、乳酸菌、肠道细菌 9、同型乳酸发酵菌株、异型乳酸发酵菌株和兼性异型乳酸发酵菌株。 10、酵解、磷酸己糖、三羧酸循环 11、感官鉴定、化学鉴定、物理指标、微生物检验 12、防腐剂保藏法、辐照食品保藏法 二、名词解释（每题5分，共30分） 1、微生物拮抗关系：是指一种微生物在其生命活动过程中，产生某种代谢产物或改变环境条件，从而抑制其他微生物的生长繁殖，甚至杀死其他微生物的现象。 2、微生物肥料：微生物肥料是指一类含有活的微生物并在使用后能获得特定肥料效应，能增加植物产量或提高产品质量的微生物制剂。 3、微生物农药：是指由“微生物”（包括细菌、真菌、病毒、原生动物、线虫或基因修饰的微生物）及其代谢产物和由它加工而成的具有杀虫、杀菌、除草、杀鼠或调节植物生长等具农药活性的物质。 4、微生物饲料：微生物饲料是指利用微生物个体繁殖或其新陈代谢活动来生产和调制的饲料，包括提供反刍动物能量的青贮饲料、提供各种动物蛋白质的单细胞蛋白、作为动物饲料添加剂使用的微生物酶制剂及益生菌剂等。 5、菌群演替：在一个生态区域中，原有的微生物菌群经过一般的发展时期后，由于某种内外环境因素的改变，原有的微生物菌群被另一种新的微生物菌群所取代。
6、食品的腐败变质：是指食品在一定的环境因素影响下，由微生物为主的多种因素作用下所发生的有害的变化，即造成其原有化学性质或物理性质和感观性状发生变化，降低或失去其营养价值和商品价值的过程 三、写出下列英文缩写的中文全称（每空1分，共10分） 根土比（R/S）五日生化需氧量（BOD5） 根圈促生细菌（PGPR）苏芸金芽孢杆菌（B.t.) 菌体蛋白（SCP）光合细菌（PSB） 乳酸菌（LAB）超高温瞬时灭菌法（UHT） 水分活度（Aw）糖酵解途径（EMP） 四、简答题(每题9分，共45分) 1、试述微生物在碳循环中的作用。 微生物在碳循环中的作用：微生物在碳素循环中具有非常重要的作用，它们既参与固定CO2光合作用，又参与再生CO2的分解作用。 （1）光合作用：参与光合作用的微生物主要是藻类，蓝细菌和光合细菌，它们通过光合作用，将大气中和水体中的CO2合成为有机碳化物。特别是在大多数水生环境中，主要的光合生物是微生物，在有氧区域以蓝细菌和藻类占优势；而在无氧区域则以光合细菌占优势。 （2）分解作用：自然界有机碳化物的分解，主要是微生物的作用。 陆地和水域的有氧条件中，通过好氧微生物分解被彻底氧化为CO2；在无氧条件中，通过厌氧微生物发酵被不完全氧化成有要酸、甲烷、氢和CO2。 2、简述根瘤的形成过程（主要步骤）。 特定的根瘤菌与相应的豆科植物相互辩认使根瘤菌特异地吸附在根毛上→二者相互作用使根毛变形，主要表现卷曲或分枝→细菌进入根内→形成侵入线→侵入线发展，进入根皮层后导致一部份细胞转化为分生组织，细胞分裂和分化，根瘤开始发育→根瘤菌从侵入线内释放到根瘤细胞中繁殖，而后转化成类菌体形态→豆血红蛋白出现，固氮作用开始。 3、微生物农药的优缺点（与化学农药相比）。 优点： 1、无污染，不积累 2、微生物农药对防治对象不产生抗性 3、对害虫天敌危害小 4、持效期长 5、刺激植物生长 6、取材容易，费用低廉 7、操作简单，安全可靠 缺点： 1、药效发挥缓慢 2、制剂成分复杂，活性成分易分解
思考题 名词解释 应用微生物学、 微生物：微生物是一切肉眼看不见或看不清的微小生物，个体微小，结构简单，通常要用光学显微镜和电子显微镜才能看清楚的生物，统称为微生物。微生物包括细菌、病毒、霉菌、酵母菌等。（但有些微生物是可以看见的，像属于真菌的蘑菇、灵芝等。）、 细菌：广义的细菌即为原核生物是指一大类细胞核无核膜包裹，只存在称作拟核区（nuclear region)(或拟核)的裸露DNA的原始单细胞生物，包括真细菌（eubacteria）和古生菌（archaea）两大类群。人们通常所说的即为狭义的细菌，狭义的细菌为原核微生物的一类，是一类形状细短，结构简单，多以二分裂方式进行繁殖的原核生物，是在自然界分布最广、个体数量最多的有机体，是大自然物质循环的主要参与者。 放线菌：放线菌（Actinomycete）是原核生物的一个类群。大多数有发达的分枝菌丝。菌丝纤细，宽度近于杆状细菌，约0.5～1微米。可分为：营养菌丝，又称基质菌丝，主要功能是吸收营养物质，有的可产生不同的色素，是菌种鉴定的重要依据；气生菌丝，叠生于营养菌丝上，又称二级菌丝。、 酵母菌：子囊菌、担子菌等几科单细胞真菌的通称。可用于酿造生产，有的为致病菌。是遗传工程和细胞周期研究的模式生物。 霉菌：是丝状真菌的俗称，意即"发霉的真菌"，它们往往能形成分枝繁茂的菌丝体，但又不象蘑菇那样产生大型的子实体。在潮湿温暖的地方，很多物品上长出一些肉眼可见的绒毛状、絮状或蛛网状的菌落，那就是霉菌。 微生物培养基：通常只人工配制的适合微生物生长繁殖或积累代谢产物的营养物质。广义上说，凡是支持微生物生长繁殖的介质或材料均可以作为微生物的培养基。培养基种类繁多。 微生物农药：直接利用细菌、真菌和病毒等产生的天然活性物质或生物活体本身开发的，对植物病虫草害进行防治的农药。 群体生长：一个微生物细胞在合适的外界环境条件下，不断吸收营养物质并进行新陈代谢。如果同化作用速度超过了异化作用，则其原生质总量不断增加，于是出现个体生长现象。如果这是平衡生长，即各个细胞组分是按恰当比例增长时，到达一定程度就会发生繁殖，从而引起个体数目增加，这时原有的个体已经发展为一个群体。随着群体中各个个体的进一步生长，就引起了这一群体的生长。在微生物的研究和应用中，只有群体生长才有实际意义。 分批培养：一个微生物细胞在合适的外界环境条件下，不断吸收营养物质并进行新陈代谢。如果同化作用速度超过了异化作用，则其原生质总量不断增加，于是出现个体生长现象。如果这是平衡生长，即各个细胞组分是按恰当比例增长时，到达一定程度就会发生繁殖，从而引起个体数目增加，这时原有的个体已经发展为一个群体。随着群体中各个个体的进一步生
N 月桂酰基谷氨酸的合称及其性能测定 一、实验目的 1、锻炼基本实验操作技能 2、掌握基本仪器分析操作 3、培养实验设计意识 二、实验原理 合成方法采用肖顿—鲍曼反应法。主要反应式如下1酰化2缩合3酸化4成盐 副反应：1月桂酰氯的水解 生成的月桂酰氯会发生水解生成月桂酸2 月桂酰氯与谷氨酸钠的羧基成酐反应 三、实验用品 月桂酸（0.5mol ）、二氯化砜（0.9mol ，1:1.8mol ）、谷氨酸钠（1mol ）、NaOH （摩尔分率30%）、盐酸（1：1）、丙酮、乙醇溶液、pH 试纸
四、实验仪器 三口烧瓶、循环水式真空泵、旋转蒸发仪、水浴锅、pH计、烘箱、反应器（带搅拌子） 五、实验步骤 1.月桂酰氯的制备 将一定量的月桂酸投入三口烧瓶(量为200.32g/mol，取0.5mol），与摩尔比是A（单因素）倍的SOCl2(缓慢滴加，0.9mol)，搅拌下于T1℃（80）下反应M（单因素理论值2.5h，3.5h）小时，减压（或者常压）蒸馏出过量的SOCl2，之后油泵减压蒸馏收集月桂酰氯。 可以红外光谱用吸收峰值1800cm-1，饱和基，（酸酐也被吸收，但第一部吴酸酐生成） 2.N—酰基谷氨酸钠的制备 向带有搅拌子的反应器中加入一定量的（1.5）谷氨酸钠（+水），用浓度为30%NaOH 溶液调节pH（单因素）至10，在加入适量的丙酮与水的混合溶剂（Vw：Vacetone,2:1）充分搅拌下，同时向其中缓慢滴加0.5mol月桂酰氯原料和0.5mol浓度为30%的NaOH溶液，保持反应体系的温度维持在T2℃，保持pH在10～11之间，滴加完后升温至25℃再反应2.5h。待反应完毕后，回收有机溶剂（旋转蒸发仪，温度，时间？），不同N-酰基谷氨酸钠后处理方式有差异。 3.N-酰基氨基酸钠的准备 向盛有N—酰基谷氨酸钠烧杯中加入盐酸溶液酸化至pH=1～2，加热到40℃，用一定量的乙醚，石油醚结晶出N—月桂酰谷氨酸。 先溶解然后向其加入等量的浓度为30%的NaOH乙醇溶液。冷却析出后，过滤烘干得产品。 4、性能测定 4.1表面张力 4.2临界胶束浓度 4.3饱和吸附量 4.4单个吸附分子所占的平均面积 六、注意事项 注意副反应 酰氯极易溶解于水（主要额副反应），因此所用仪器必须干燥无水；亚硫酰氯与脂肪酸反应制备酰氯。副产物均为其他易于分离；需先控制反应物料的比例（直到SOCl2增加至反应转化率无明显提高），因此需要先保持温恒定温度。之后在最佳比例给出的时候，确定
大学生选修课应用微生物学论文 当人类在发现和研究微生物之前，把一切生物分成截然不同的两大界－动物界和植物界。随着人们对微生物认识的逐步深化，从两界系统经历过三界系统、四界系统、五界系统甚至六界系统，直到70年代后期，美国人Woese等发现了地球上的第三生命形式－古菌，才导致了生命三域学说的诞生。该学说认为生命是由古菌域（Archaea）、细菌域（Bacteria）和真核生物域（Eucarya）所构成。在图示“生物的系统进化树”中，左侧的黄色分枝是细菌域；中间的褐色和紫色分枝是古菌域；右侧的绿色分枝是真核生物域。 生物界的微生物达几万种，大多数对人类有益，只有一少部份能致病。有些微生物通常不致病，在特定环境下能引起感染称条件致病菌。能引起食品变质，腐败，正因为它们分解自然界的物体，才能完成大自然的物质循环。 微生物技术作为生命科学和生物技术的主要分支之一，是它们发展的先导和基础，特别是在解决人类所面临的人口健康、资源紧缺、粮食危机等方面，其具有不可替代的重要作用。下面本文将在微生物在污水处理和制氢两个方面论述微生物在环保和能源方面的巨大作用。 古菌域包括嗜泉古菌界（Crenarchaeota）、广域古菌界（Euryarchaeota）和初生古菌界（Korarchaeota）；细菌域包括细菌、放线菌、蓝细菌和各种除古菌以外的其它原核生物；真核生物域包括真菌、原生生物、动物和植物。除动物和植物以外，其它绝大多数生物都属微生物范畴。由此可见，微生物在生物界级分类中占有特殊重要的地位。 在当今社会中，随着全球工业和经济的迅速发展，人们对能源的需求正在逐渐增大，但目前人类使用的绝大部分是不可再生的矿物质能源，其数量是十分有限的，从而造成了能源的短缺。与此同时，在人类发展的过程中，由于不注重对环境的保护而一味的发展，对地球造成了大量的污染，这些污染已严重影响了人类社会的发展，甚至关系到人类的生死存亡。因此有科学家预测说能源和环保将是人类社会在今后发展的两大主题。 生命进化一直是人们关注的热点。Brown等依据平行同源基因构建的“Cenancestor”生命进化树，认为生命的共同祖先Cenancestor是一个原生物。原生物在进化过程中产生两个分支，一个是原核生物（细菌和古菌），一个是原真核生物，在之后的进化过程中细菌和古菌首先向不同的方向进化，然后原真核