时间：2022-04-12 10:27:11
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摘要：为了保证工业循环冷却水安全、有效地运行，必须消除微生物的危害，应对循环冷却水中微生物进行严格控制。水中加氯控制微生物是一个有效的方法。但由于工业循环冷却水的pH大都在8～9，因此不宜用氯杀菌灭藻。当前，利用二氧化氯控制微生物是简单、安全、经济、有效的方法。
关键词：工业循环冷却水 微生物 氯消毒机理 二氧化氯
一、概述
根据“全国节约用水办公室”的调查，我国的工业用水效率较低。1999年每万元工业增加值取水量约330m3，是日本的18倍，美国的22倍。1999年的全国工业用水的循环率只有53%，而美国2000年为94%，相差41%。按我国工业节水“十五”规划要求，到2005年，万元工业增加值取水量下降到230m3，国家重点工业企业全部达到节水型企业标准。对高用水行业均有明确的节水目标。到2005年，火电行业取水量控制在580亿m3内，年均下降313%，工业用水循环率达到96%；钢铁行业取水量控制在2312亿m3以内，年均下降5.5%，工业用水循环率达到91%以上；石化行业取水量控制在2916亿m3，年均下降1.1%，工业用水循环率平均达到95%。各行各业要达到“十五”规划目标，任重而道远。提高工业冷却水的循环利用率，是提高工业节水的一个重要举措。要保证工业循环冷却水安全、有效运行，对循环冷却水中污垢、腐蚀及微生物的危害均应得到有效控制。本文重点讨论工业循环冷却水中微生物的危害及控制。
二、循环冷却水中的微生物
在一般工业冷却水中有微生物，但并不很多。一些实测数据表明，工业冷却水补水中细菌数为10-50个/毫升。但这种水一进入循环冷却水系统，细菌数就很快增加到106-107个/毫升，这是因为循环冷却水为微生物的生长繁殖提供了适宜条件。首先是温度，细菌生长的适宜温度是10-45℃，而在循环冷却水中恰好得到满足。此外，氧气和营养物质在循环水的循环过程中，也不断得到补给（冷却水在冷却过程中，水在喷淋时与空气接触，空气中的尘埃和氧气带入水中）。而细菌的繁殖又是非常快的，一般20-30分钟分裂一次，一个细菌经过24小时就要分裂成1021-1022个。循环冷却水中到微生物可分为细菌、真菌和藻类三种。
1.细菌。细菌是单细胞的生物，每个细胞是一个独立生活个体，许多单细胞个体往往聚集为群体。其中，每个单细胞依然是独立生活。细菌极其微小，其直径或长度一般只有0.5-1.0微米，少数也可达80-150微米。而其形状各异，有球状的、杆状的、弧状的和螺旋状的。
2.真菌。真菌与细菌不同之处，在于真菌是有细胞核的生物，在每个细胞内都有细胞核。因此，真菌显然比细菌要进终得多。其形态与细菌也有很大差异。
3.藻类。藻类是微生物中的植物类，具有光合作用。但绝大多数藻类生长在水中，不论在咸水还是淡水中，都有藻类生存，形态复杂多异。一般按其光合色素可分为十门，即蓝绿藻、丝藻、红藻、黄藻、褐藻、硅藻、金藻、甲藻、裸藻和轮藻。
三、微生物的危害
1.粘泥危害。微生物在冷却水系统中大量繁殖时，会使水质变臭、变黑；大量生物粘泥粘在冷却设备上，造成传热效率下降，输水管道中阻力增加，能耗增加。在工业冷却水系统中，细菌形成粘泥菌团、球衣和铁细菌等。其中以球衣菌为主的粘泥较硬实，在金属表面附着力很强，还能抵抗一般杀生剂的作用。对于藻类形成的粘泥，除了堵塞管道，降低热交换设备的传热性能外，由于藻类不断繁殖及死亡，又为工业冷却水中的其他细菌提供了生长的养料，使循环水水质更加恶化。真菌的大量繁殖也会造成严重粘泥危害，如地霉及水霉型菌落，极易挂在粗糙的表面，粘聚由冷却塔带入的泥沙，影响管道输水能力，降低冷却设备传能效率。由于微生物粘泥的危害，使冷却水系统的污泥热阻很快上升，正常运行受到威胁。
2.腐蚀危害。微生物的腐蚀主要是由于微生物生长，导致在冷却设备管壁上，造成差异充气电池的腐蚀。例如铁细菌的滋生，把可溶性Fe2+氧化成Fe（OH）3，使铁受到腐蚀。粘泥底部的缺氧区也易受到铁细菌的腐蚀。铁细菌引起的腐蚀大多为点蚀或结节状腐蚀。这种腐蚀有较大的穿透速度，造成冷却设备破坏，甚至系统的停产。以硫酸盐还原菌为例，它常生活在缺氧的粘泥、锈蚀物及垢下，体内有过氧化氢酶，其生命活动过程中的极化作用，加速了金属的腐蚀，对工业冷却设备造成严重威胁。
四、控制微生物的方法
对于微生物的控制，主要从以下几个方面综合进行：①改善补充水的水质，减少补充水中微生物的含量；②在循环冷却水系统中增加旁通过滤，将微生物及其粘泥从过滤器中过滤出循环冷却水；③用杀生剂对微生物进行杀生处理。本文重点讨论利用杀生剂对微生物的杀生处理。
杀生剂对微生物的杀毒和抑制作用主要是：①摧毁和破坏微生物细胞结构；②干扰细胞物质的生物合成；③干扰微生物能量新陈代谢。
1.二氧化氯杀生剂。二氧化氯是一种广谱性杀生剂，它渗入细菌细胞内，将RNA或DNA（核酸）氧化，从而阻止细胞的合成代谢，并使菌类死亡；二氧化氯对苯环具有一定的亲和性，能使苯环发生变化，灭杀藻类；二氧化氯还具有较强的氧化还原性能，它对水中残存的有机物进行氧化，切断了各类菌藻所需的养料，减缓菌藻的繁殖；二氧化氯具有无味、无毒、无腐蚀性。因此在工业循环冷却水中应用比液氯更安全有效。同时，二氧化氯的氧化性是液氯的2.5倍，杀生效果明显高于液氯，在工业冷却水中，一般投加量为2～5mg/L，具体投加量应视水质而定。二氧化氯还具有独特的性能，它可在pH为3～9的广泛范围内有效地杀菌。由于这个特点，更适宜于高pH的工业循环冷却水中作为杀生剂的应用。
2.非氧化性杀生剂。任何一种杀生剂，只要长期应用后，微生物对这类杀生剂会有抗药作用。因此，为了提高杀生效果，应辅助投加非氧化性杀生剂。非氧化性杀生剂的种类也很多，常用的有季胺盐、烯醛、重金属盐及二硫氰基甲烷（MT）类等。季胺盐是阳离子型化合物，可以吸附在细菌上，与细胞壁上负电荷形成静电键，在细胞壁上产生压力，引起细胞的溶解和死亡；季胺盐还能破坏细胞的半渗透膜组织及细胞内化游物质荷酶，使蛋白质变质，达到杀菌目的。国内还有利用各类杀生剂及活性酶之间的协同作用复配而成非氧化性杀生剂，如有机硫类化合物活性酶与季铵盐等复配，用于工业循环冷却水的杀菌灭藻，粘泥剥离等均有显著的效果，是新一代的非氧化性的杀生剂。
五、结语
1.在工业循环冷却水中，为了保证系统安全、有效地运行，必须对水中的微生物进行严格地控制，消除微生物的危害。
2.氯是一种价格低廉，使用方便，杀菌效果良好的杀生剂。而工业循环冷却水运行pH大都在8～9，因此氯作为工业循环冷却水的杀生剂不适宜。
3.二氧化氯是一种广谱性杀生剂，使用安全可靠，杀生效果优于氯，并且不受水中pH的限制，可作为工业循环冷却水中首选的杀生剂。
摘要：主要论述了微生物絮凝剂的种类和特点，微生物絮凝剂产生菌，微生物絮凝的机理，影响絮凝活性的因素及在食品工业废水处理、乳化液的油水分离、发酵液的固液分离等处理中的应用，并展望了今后微生物絮凝剂领域的研究重点。
关键词：微生物絮凝剂；食品工业；水处理；应用
目前微生物絮凝剂的研究和应用越来越受到重视。微生物絮凝剂是一类由微生物菌体所分泌的一些分泌物或其产生的代谢产物，它是利用微生物技术，通过细菌、真菌等微生物发酵、提取、精制而得的。微生物絮凝剂作为一种新型微生物产品，具有絮凝范围广泛，效率高，运行方式灵活，无毒，可消除二次污染，使液体中不易降解的固体悬浮颗粒、菌体细胞及胶体粒子等凝集、沉淀。微生物絮凝剂多数相对分子质量较大，达到104～106。分离纯化的微生物絮凝剂主要有多聚糖、糖蛋白、糖脂、脂蛋白、DNA、RNA、纤维素等，其中以多聚糖和糖蛋白类物质占绝大多数。
一、微生物絮凝剂产生菌
至今发现的具有絮凝性的微生物达32个种［1］，其中细菌18种，真菌9种，放线菌5种，由它们生产的絮凝剂中，最具代表性的为以下三种：1976年Nakamura J.用酱油曲霉生产的絮凝剂AJ7002；1985年，H.Takagi用拟青霉属生产的絮凝剂PF101，对啤酒酵母、血红细胞、活性污泥、纤维素粉、活性炭、硅藻土和氧化铝等有良好的絮凝效果；1986年R.Kurane等人利用红平红球菌研制成功微生物絮凝剂NOC-1，对大肠杆菌、酵母菌、泥浆水、河水、粉煤灰水等均有极好的絮凝和脱色效果，是目前发现的絮凝效果最好的微生物絮凝剂。
二、微生物絮凝剂的分类
1.直接利用微生物细胞的絮凝剂，如某些细菌、霉菌、放线菌和酵母菌，它们大量存在于土壤、活性污泥和沉积物中。
2.利用微生物细胞提取物的絮凝剂，如酵母菌细胞壁的葡聚菌、甘露聚糖、蛋白质和N-乙酸葡萄糖胶等成分均可以作为絮凝剂。
3.利用微生物细胞代谢产物的絮凝剂，微生物细胞分泌到细胞外的代谢产物，主要有细菌的荚膜（菌胶团）和粘液质，除水分外，其余主要成分为多糖及少量的多肽、蛋白质、脂类及复合物，其中多糖在某种程度上可作为絮凝剂。
三、微生物絮凝剂的絮凝机理［2］
1.“桥联作用”机理
“桥联作用”机理认为微生物絮凝剂是一种具有长链线状的结构的生物大分子物质，其借助静电引力、范德华力或者氢键的作用吸附多个不同的胶体颗粒，并在颗粒间产生“架桥”现象，生成粗大的絮团而沉淀下来。研究显示细菌细胞之间有胞外聚合物搭桥相连，正是这些桥使细胞丧失了原有胶体的稳定性而紧密聚合并在液体中沉淀下来。
2.“电性中和”机理
胶体颗粒的絮凝过程中，电中和效应也是不容忽视的。溶液中带有多个电荷的多价电解质能够与颗粒表面带相反电荷发生中和，从而减弱颗粒间彼此的相互排斥力，促进颗粒的絮凝沉降。
3.“卷扫作用”机理
该机理认为当微生物絮凝剂投加到一定量时可形成小粒聚体，在重力作用下迅速网捕，卷扫水中胶粒而产生沉淀分离，称为“卷扫作用”或“网捕作用”。
此外还有荚膜学说、病毒假说等多种理论可以解释絮凝机理。微生物絮凝剂作为带电荷的生物大分子，作用机理尚处于探讨和完善阶段。对于微生物絮凝剂的絮凝机理，其中的架桥机理是被广泛接受并认同的。
四、影响絮凝活性的因素
1.微生物絮凝剂本身特性的影响
（1）分子量。微生物絮凝剂的主要成分中含有亲水的活性基团，如氨基、羟基、羧基等，故其絮凝机理与有机高分子絮凝剂（利用其线性分子的特点起到一种粘接架桥作用而使颗粒絮凝）相同。絮凝剂分子量的大小对其絮凝效果有一定的影响，分子量越大的，絮凝活性越高；当絮凝剂的分子量减小，絮凝活性会明显下降。
（2）胶体颗粒表面电荷的影响。胶体颗粒表面电荷对絮凝有重要影响。相反电荷的聚合电解质能减少颗粒表面电荷密度，以至颗粒可以彼此充分紧密接近，使吸引力变得有效。
一般无分支结构的絮凝剂，絮凝效果较好；产生菌培养后期形成的絮凝剂絮凝效果较好。
2.反应条件
微生物絮凝剂的絮凝效果受加剂量、pH值、金属离子、温度、搅拌速度、水质等多种反应条件的影响。
（1）絮凝剂的投加剂量。每一种絮凝剂都有最佳投加剂量，过多或过少，絮凝效果均会下降。据分析，投加剂量的最佳值约是固体颗粒表面吸附大分子化合物达到饱和一半时的吸附量，此时大分子在固体颗粒上架桥几率最大。
（2）pH值。不同的絮凝剂对pH值变化所表现的效果也不一样，同种絮凝剂对不同的被絮凝物具有不同的pH初始值要求。故每一种絮凝剂都有其最适的pH值范围，大于或小于某一pH值都会影响微生物絮凝剂及其被絮凝物表面电荷、带电状态及中和电荷的能力。在最适的pH值范围内，微生物絮凝剂表现出良好的絮凝活性。
（3）温度。适当改变温度可提高絮凝效率。由于絮凝物质结构上含有蛋白质或肽链的絮凝剂一般都是热不稳定的，高温可使这些高分子物质空间结构改变，导致变性，从而使絮凝活性下降。而由糖类构成的絮凝剂则是热稳定的，它们对温度不敏感，絮凝剂活性不随温度的改变而改变，或者改变较少。例如R.erythropolis产生的絮凝剂在100℃的水中加热15min后，其絮凝活性下降50%。
（4）金属离子的种类和浓度。微生物絮凝剂受金属离子的种类和浓度影响较大。不同的絮凝剂，其适合的离子种类有所差异，目前研究较多的有二价离子中的Ca2+、Mg2+、Mn2+等，以及三价离子中的Al3+、Fe3+等；不同的金属离子在适当的浓度下与悬浮颗粒以离子键相结合，从而提高絮凝活性，这对于提高微生物絮凝剂的絮凝活性有重要意义。若金属离子的浓度过高，由于大量离子占据了絮凝剂分子的活性部位，把絮凝剂分子与悬浮颗粒隔开而抑制絮凝活性。
五、微生物絮凝剂在食品工业水处理中的应用
1.食品工业废水
由于微生物絮凝剂具有安全、无毒的特性，逐渐在食品工业废水处理中被采用，并可达到满意的效果。如用微生物絮凝剂普鲁兰处理味精废水，其COD和SS的去除率可达到40%左右，其浊度去除率可达99%［3］。用絮凝剂A-9处理淀粉厂的黄浆废水，其处理效果也明显优于目前使用的其它化学絮凝剂，且可回收其蛋白质成分作饲料。
2.乳化液的油水分离
乳化液中加入特定的絮凝剂，在一定程度上可使油水分离。如用Alcaligenes latus培养物可以很容易地将棕搁酸从其乳化液中分离出来。试验表明，向100mL的0.25%乳化液中加入10mLAlcaligenes latus培养液和1mL聚合氨基葡聚糖，乳化液中形成明显可见的油滴并浮于表面，下层清液的COD值从原来的450mg/L下降为235mg/L，下清液的COD去除率为48%，远好于无机絮凝剂和人工合成的高分子絮凝剂。
3.发酵产品的固液分离
利用絮凝剂对细胞具有优良的沉降性能来去除发酵液中的菌体，可大大减少能耗，降低成本，且操作简单，管理方便。在酿酒工业中，用具有絮凝性能的酵母替代没有絮凝性能的酵母可以酿出质量更好的啤酒；另外，在生物乙醇和面包发酵酵母的生产中也应用了这种絮凝剂，并可达到良好去除固体物的效果，减少处理时间，有助于降解不稳定生物物质以及节省成本。
六、结论
微生物絮凝剂作为一种新型的絮凝剂，虽然现在主要应用于废水处理方面，但在食品工业中也将有着良好的应用前景，并显示有强大的生命力。微生物絮凝剂将可能在未来取代或大部分取代传统的无机高分子和合成有机高分子絮凝剂，但微生物絮凝剂的应用还大多处于菌种的筛选阶段，存在成本较高的缺点，无法适应工业化生产的需要。目前，推广应用微生物絮凝剂的关键是应进一步降低微生物絮凝剂的生产成本。为此，今后的工作应主要集中在以下几个方面：①改进培养条件，研制出低成本的培养源。②优良絮凝剂高产菌株的筛选及产生菌的诱变育种和基因控制。③要达到大规模的工业化生产，需对微生物絮凝剂的合成条件和影响絮凝活性的因素进行更深入的研究，以便寻找廉价的培养基和控制絮凝剂发挥作用的最优条件。
【摘 要】文章介绍了工业微生物课程的特点及进行教学改革的必要性，并从教学内容、教学模式以及组织教学方法等方面对工业微生物课程教学改革进行了探讨。
【关键词】工业微生物 教学 改革
工业微生物学是微生物学的一个重要分支，它从工业生产需要出发研究微生物的生命活动规律，以及人为控制微生物代谢的规律性，从而利用微生物转化生产所需产品，是生物工程、生物制药等专业的必修课程之一。其内容和应用涉及到食品、医药、化工、环境保护等许多领域，与工农业生产和人们日常生活关系紧密。目前，工业微生物学的相关产业已成为整个国民经济的重要支柱，并随着对微生物研究和应用的不断深入拓展，工业微生物将会得到更大的发展。学习工业微生物学课程，对人类可持续发展的战略意义重大。工业微生物学是一门新兴的学科，单独作为教程的时间不长，存在的问题较多。本文针对教学内容、教学模式以及组织教学方法等方面进行探讨。
一、教学内容应体现基础理论知识与科研、实验教学和生产生活实践的有机结合
工业微生物学涉及许多领域，发展迅速，面对相关科学知识的大量增加，如何取舍和合理安排课程内容，明确教学目标，是全球高校共同面对的课题。目前教学大纲规定的教学内容太过陈旧，虽然罗列了大量的知识点，却较少兼顾学生的需要和社会的需求。社会对人才类型和层次的需求是多样化和动态性的。对生物教育而言，既需要从事科技研究的研究型人才，也需要从事设计和研发的工程型人才，同时还需要技术支撑与改进的技能型人才。因此，工业微生物讲授的课程内容应具有前沿性和实用性。内容既要紧跟学科发展，注重讲授最新研究内容和引用最新国际一流期刊发表的资料，这样对将来攻读研究生的学生具有启发性，还要针对本科毕业后进入企业就业的学生需求，系统讲授微生物菌种选育、微生物发酵及其控制等与学生将来从事专门领域工作相关的知识。由于信息随时更新，这就要求教学中所使用的教材、实践环节、教师的教学大纲不断更新，始终保持讲授学科专业的前沿知识。教学内容不仅要包括传统的微生物学知识，还要包括最新工业微生物学发展动态、热点话题和取得的新成果，以更新知识点、完善教学内容。工业微生物学是一门实验性很强的学科，特别注重微生物的应用，所以实验教学环节对巩固基础理论知识、掌握实验技能、提高灵活应用基础理论与技术解决实际问题的能力具有很好的效果。［1～2］另外，工业微生物学具有很强的应用性，讲授内容如果能将工业微生物学的基础知识、基本理论与工业生产实践相结合，或在生产企业进行现场教学，会取得更好的效果。［3］
二、采用多媒体教学模式［4］
工业微生物教学涉及大量形态、结构的描述与讲解，各种代谢调控机制也较为复杂，传统的教学模式，会使学生感觉抽象无趣和晦涩难懂，而应用多媒体模式有助于提高教学效果。如在讲解“微生物的形态结构”时，运用大量色彩鲜明、形象生动的图片和动画，对学生了解微生物的立体结构有很大的帮助。又如讲授“乳糖操纵子模型说明底物对酶合成的阻遏”时，如果制作成动画展示，就能形象地把酶合成受到阻遏的过程表现出来，这样能够把复杂的问题简单化，且形象生动，便于学生理解和记忆。另外，教师在制作多媒体课件时还能随时更新内容和添加最新研究动态和成果，做到授课内容与时俱进。
三、以能力目标要求安排教学教师
目前高校工业微生物教学大多是一个教师独立讲授全部教学内容。然而，由于学科的飞速发展，一位教师很难对工业微生物学的方方面面都有较为深入的了解，这样就使教学只是停留在书本上，没有自己的研究和见解。为改善此种情况，可以在充分发挥教师特长的基础上将教师资源进行合理整合，根据课程内容，合理安排最合适的教师参与教学过程。教师的讲授内容可以联系主讲教师近几年的研究课题，因此能够保证讨论的深度和广度。由于不同教师学术背景和风格各异，具有完全不同的教学个性，他们在教学中联系各自的科学研究和自身体会，大大增强了课程教学的灵活性与个性化，极大地培养了学生的科学思维能力和创新能力，拓宽了学生的视野。这种教学组织方式可以充分保证每位教师都能将精力集中在自己的优势研究方向上，既减轻了教师的教学负担，又能最大限度地发挥教师的特长。
四、以学生为教学中心组织教学
目前，国内高校大多数课堂教学都是教师一言堂的情况，因为缺乏与学生的互动，很难调动学生的学习积极性。教育观念、教学方法的改革已成为当前高校教育改革最迫切的任务之一，其核心是使高校教学由现在的以教师为中心向以学生为中心的转变，使教学成为交互式和讨论式，激发学生主动学习的积极性，培养他们的创新思维能力。强调学生在教学过程中的主导地位，不是教师想教什么，而是强调学生们想学什么。通过这种方式的教学，每位学生都能得到自己想要的知识，满足了不同层次学生的实际需要。目前国内高校的反馈与评价通常也是在学期结束之后，学生对教师的评价也大多流于形式。如果教师能够在学期过程中及时获得学生对教学的反馈与评价，特别是在教学中需要改革和提高的地方，以及学生真正想学什么，才能真正有效地提高教学质量。由于学生毕业后去向不同，有些学生毕业后选择以学术研究为职业，有些学生则直接进入企业从事研发和销售工作等。因而，应该针对学生不同就业情况及其相应知识要求分别辅导、因材施教。教学过程中应重视对学生的答疑辅导，对于学生提出的某些共性问题安排课堂讨论，师生间形成良好的互动，可以极大地改善教学效果。还可以安排教学助理研究生开设大量辅导课，及时解决学生学习中遇到的难点。
五、以培养学生自主学习能力为中心组织教学
培养学生自主学习的能力已成为高等教育的共识。要做到这一点，除在课堂教学中要更新教学观念、改革讲授方式外，还必须充分利用各种现代化的手段，鼓励学生在课后对教学过程的主动参与，并对所学知识进行积极讨论及进一步深入学习。［5］充分应用网络技术、多媒体技术，将工业微生物学课程介绍、教师介绍、教学要求、学习方法、指定教材、教学大纲以及主要授课课件等放在校园网上，这样可以提高学生学习的自主性。学生能充分利用网络资源，在需要时可以随时上网查阅有关资料，与教师互动，解决学习困难。通过网络学习，学生能够学会如何从网络资源中选择自己需要的资料，进一步提高学习效率。这种教学方式有利于达成课程的教育目标，同时也改变了学生的课堂学习行为，拓展了学生在课堂外的学习。另外，工业微生物学是一门实验性、实践性很强的学科，很多学生在课堂上虽然看到了一些生产过程和设备图片，但仍然缺乏实际生产概念。鼓励学生了解和参加生产实践，教师可以介绍一些与教学内容有关的生产企业（如啤酒厂、制药厂、生物工程公司等），让学生了解生产的实际过程，及时将理论知识和生产实践相结合，加深对理论知识的理解。通过观察实际生产操作和运行，发现尚需解决的问题，并带着问题查阅资料或与老师讨论，寻找解决方法，形成学习、实践、再学习、再实践的良性循环的求知习惯。
在工业微生物课程教学实践中，我们对教学内容和教学方法作了一些改革，注重收集最新研究成果，增加了基础理论知识与科学研究和实际生产相结合的内容，使教学内容更加丰富和完善。采用多媒体课件授课并增加生产现场教学内容，提高了学生的学习兴趣和求知欲，教学质量得到明显提高。学生踊跃加入到教师的科研小组，参与实验设计和操作，也得到了一些有意义的实验结果。作为实验和实践性较强的课程，工业微生物学相关知识、信息量扩增较快，因此在教学内容上要注重课程基础性、系统性、先进性与应用性的有机统一，引入新的教学手段和教学方法，培养学生把所学知识化繁为简，并进行系统归纳和总结的能力，并在此基础上，有意识地培养学生利用所学知识进行实践应用的能力。
摘要：随着社会的发展与进步，重视微生物在含油工业废水处理中的应用具有重要的意义。本文以包钢冷轧废水为例主要介绍微生物在含油工业废水处理中的应用。
关键词 ： 钢铁 工业 废水 处理 微生物
引言：
微生物技术在生活污水和可生化性较好的工业废水处理中的应用由来已久，但对于可生化性较差的工业废水，尤其是含油工业废水处理中应用得很少。因为微生物处理对COD：BOD和BOD：N：P的比例有较为严格的要求，而工业含油废水如轧钢废水中BOD较低而COD较高，氮、磷等营养物质的含量又非常低，特别是冷轧含废油水中油和添加剂含量均较高，可生化性差，通过常规自然驯化得到的菌群在短期内是无法适应，处理效果不理想，因此应用得较少。近年来，随着微生物技术的发展和其减量化、无害化处理的优势不断突现，国内国际已经陆续开始进行专门针对含油废水处理的专性菌的驯化培养和组合优化，以适应不同的水质。因此，难生化降解的冷轧含油废水也被列入微生物处理技术的应用范畴内。
1.国内外冶金行业生化法处理废水的发展现状
含油工业废水属难处理水，生化性能很差，国内大都采用物化处理的方法，即采用破乳、加药、混凝、沉淀、过滤以及强氧化的工艺，而这些处理工艺大都存在工艺复杂，安全性差，运行成本高，污泥量大，处理后出水水质不稳定或难以达标排放等问题，而且存在着二次污染的问题。
微生物处理技术主要是通过微生物的代谢，使废水中的油，CODcr转化为水和二氧化碳，因此，是一种减量化无害化处理的理想方法。因为不产生二次污染和污染物的真正减量化，所以生物处理技术成为最广泛使用的废水处理技术。虽然传统的生物处理工艺对难降解有机物的处理效率不高，但随着生物工程技术的发展，微生物在高浓度难降解有机工业废水的处理方面得到了长足的发展。利用微生物的可变异性，通过微生物活性和浓度的强化，可以开发出适合于处理高浓度难降解有机工业废水处理的技术及设备。目前许多国家都在进行这方面的研究，其中加拿大的EPI处于领先地位。近年来，美、日、意、新西兰，比利时等国家采用生物滤池结合加拿大EPI（环保研究所）培养的新型EPICIN EPIZYM微生物处理各种工业及城市污水处理取得了很好的效果。我国之前由于没有专性的微生物菌种，微生物处理技术在钢铁行业也没有实质性的应用，与国外的先进技术还有很大的差距，因此必须积极赶上去。目前，我国一方面通过微生物菌种的引进，另一方面通过长期的驯化和优选，得到了一些适合我国国情和可应用于各种不同废水水质的微生物菌种。
以生物滤池的问世为标志的生物膜反应器技术在走过了100多年的发展历程后，与活性污泥法一同成为现代污水处理技术的最重要组成部分。研究和实践表明，生物膜不仅可以取代活性污泥法用于生活污水和工业废水的二级生物处理，而且还具有运行稳定，抗冲击负荷能力强，更经济节能，无污泥膨胀问题，同时具有硝化和反硝化功能，可实现封闭运转以无异味等独特的优势。近年来生物膜工艺发展迅速，相当多的研究和工程实践使得人们对生物膜的特征及其基础理论研究不断加深，现有工艺也得到进一步的完善。与此同时也出现了各种新型生物膜反应器及其组合工艺，并逐步形成了一套较完整的生物膜法污水处理系列工艺和设备。
2.包钢冷轧废水处理工艺
包钢生产过程中产生四种废水,其水质水量分别如下：
a.浓含油废水9.6m3/h，含油量1-11g/l，CODcr2000-15000mg/1，主要来源为酸洗－连轧机组的乳化液站和各液压润滑站地坑；
b.稀含油废水50m3/h，含油量100-1000mg/l，CODcr1000-2500mg/1，主要来源为浓含油废水处理系统出水和热镀锌线碱洗系统排放的废液；
c.酸碱废水llOm3/h ，pH 2-12，CODcr0-400mg/1，主要来源为酸洗－连轧机组的酸再生站、酸洗机组漂洗水和热镀锌机组漂洗水；
d.含铬废水2m3/h，每3个月排放一次，悬浮物80000-100000mg/l，Cr6+≤10000mg/l，来源为热镀锌机组的钝化废液。
包钢新建冷轧废水处理站一座，专门接收和处理冷轧生产线所产生的全部废水，处理后的出水达到国家二级排放标准，排入包钢排水总网，经最终处理后排放。
废水处理站的处理工艺流程如图1．1所示，共分为四个部分：浓含油废水处理系统、稀含油废水处理系统、酸碱废水处理系统、含铬废水处理系统。其中稀含油废水包括酸洗－连轧机组含油废水、热镀锌机组、磨床排放的含油废水以及超滤系统出水，主要处理系统是采用的微生物处理技术。各机组稀含油废水先进入稀含油废水调节池前的分配槽，经水量分配后进入调节池。调节池内设刮油刮渣机一台，刮除表层浮油，底部污泥刮至污泥槽。调节池废水用废水提升泵提升至pH调节池，经二级pH调整后废水进入微生物反应池，考虑到含油废水的温度可能较高，不宜直接进入。微生物反应池，需要先将废水温度冷却至25～35℃后再进行生化处理。冬天可超越冷却塔系统。
微生物反应池是一种接触氧化生物膜反应器，池内设半软性填料，底层设可变孔软管，采用罗茨风机曝气，配备微生物反应罐，在初期运行和日常运行过程中，根据实际情况需要，定期向微生物反应池投加经过优化筛选组合的联合菌群，使废水中快速建立一条有效降解烃类、脂类等有机污染的生物群，对废水中各种复杂的脂肪族和芳香族进行生物降解，同时投加与之配伍的营养剂和抗表面活性剂，以维持联合菌群的优势和活性，有效地提高废水的可生化性和去除效率。由于大部分的有机物和石油通过微生物的代谢作用已转化为二氧化碳和水，废水中的油含量和化学需氧量等污染指标均符合国家二级排放标准的要求。微生物反应池的出水进入斜板沉淀池，使生化处理后的废水中的无机物、剩余污泥和部分生物污泥、细菌的代谢产物得到高效的沉淀去除。同时根据进入斜板沉淀池的废水水质，加入少量的高效絮凝剂，以提高混凝沉淀的效率。沉淀的污泥进入污泥浓缩池，上清液排放至排放水池或酸碱废水处理系统。考虑到运行成本和维护优势微生物菌群的反应活性，并提高废水的可生化性，斜板沉淀池排泥向微生物反应池的污泥回流率为20％。斜板沉淀池的剩余污泥泵送至污泥浓缩池，进一步浓缩脱水后定期外运。泥饼含水率小于75％。
3．微生物处理技术的目的和意义
随着中国国民经济的发展迅速，市场对钢材的需求正在迅速扩大，刺激了国内钢铁行业发展迅速，而冷轧生产线为钢铁行业的主要发展方向，它的生产过程产生的高浓度难降解的含油工业废水除了生化处理至今尚未有一个良好的解决方法。
采用微生物处理技术运行稳定，功能可靠，运行管理方便，投资费用和处理成本低。结合实际工程，谨慎合理地选择工艺路线，可确保处理系统长期运行安全可靠，出水稳定达标排放。同时可以合理地解决污泥的出路问题，避免二次污染等问题。
由于上海宝钢2030冷轧生产线的成功应用，以及随后上海宝钢1800冷轧生产线、邯钢1650冷轧生产线和包钢1560冷轧生产线的采用，国内有越来越多的冷轧项目开始采用微生物处理技术来处理冷轧和镀锌产生的高含油、高COD废水。但是，应用于冷轧含油废水处理的微生物处理技术在我国发展的时间并不长，难以找到与此有关且切实有效的参考依据，无法形成一套成熟的理论，致使处于探索阶段的各个钢铁企业无法有大的进展。包钢冷轧含油废水处理系统污水处理站的研究和应用旨在努力探索一套冷轧含油废水微生物处理系统的运行数据，以指导废水处理站的生产运行，从而为研究提供强有力的现实基础和微生物技术处理冷轧含油废水的应用理论。
结束语
随着我国高科技技术的快速发展，微生物技术已成为我国二十一世纪重点开发、研究的方向，在工业废水处理中的有着广泛的应用前景，微生物技术不仅起到净化环境的重要作用，减少污染和改造传统产业，也为保护环境和国家的经济建设和社会可持续发展做出了积极贡献。
【摘要】 工业微生物学在教学内容和教学方法上,还需经过多方面的改革探讨。本文从工业微生物学这门课程的教学环节和实验环节出发,结合教学过程中的一些问题,对教学方法和教学内容进行了探讨实践,使学生对工业微生物学产生了较浓厚的兴趣,达到了教改的目的。
【关键词】工业微生物;教学;初探
项目来源:吉林农业大学质量工程课题 《生物工程特色专业》项目资助。
工业微生物学是微生物学的一个重要分支,它涉及食品、医药、化工、环境保护等许多领域,与工农业生产和人们日常生活有密切联系。现在,工业微生物学的相关产业已成为整个国民经济的重要支柱,并随着对微生物研究和应用的不断深入拓展,将会得到更大的发展。学习工业微生物学课程,对人类的可持续发展战略有着十分重要的意义。
工业微生物学授课范围适用于生物工程、制药工程等专业。在吉林农业大学生命科学学院主要是生物物理硕士学位课,由于开设时间不长,在教学内容和教学方法上,还需经过多方面的改革探讨。
1.工业微生物学教学方法的探讨
1.1根据本专业学生的特点,因材施教
由于此门课程是研究生课程,所以要根据学生本科学习阶段所开设课程,在教学方法上作适当调整,可以采用与学生互动和启发式的教学方式,就是在教师的诱导、点拨下,使学生积极思考并自己先做出判断的教学方式。工业微生物学是注重应用的一门学科,鼓励自主探究,鼓励对学习内容和过程的反思等。例如鼓励学生将所学东西和自己的科研方向相结合来加以证明;课堂上,鼓励学生随时提问题,大家一起参与讨论。通过这些方法,课堂气氛活跃了,学习兴趣也得到了很大的提高。主要表现在两个方面教学效果比较好:一方面可以让学生根据自己未来科研方向开展工业微生物相关知识、试验设计的查阅;另一方面可以让学生以报告的形式找到切入点,谈谈自己的想法或试验思路。
1.2采用计算机辅助教学模式
利用计算机多媒体技术辅助教学是目前高校多采用的一种教学手段,相对于板书教学有着它自身的优点,计算机多媒体技术是指:计算机综合处理多种媒体信息,如文本、图形、图像、音频和视频,使多种信息建立逻辑连接,集成为一个系统并具有交互性。工业微生物学的教学涉及大量的形态描述与试验设计的讲解及较复杂的各种调控机制,如采用计算机多媒体技术能很好地解决了这些问题,教学效果能得到较大的提高。
1.3选择合适的教材和参考资料
对于研究生的教学教材来讲,因为好多研究生阶段的学生在本科阶段并没有学习有关微生物的基本知识,所以教材除了要有基本知识点外,还要有适合研究的扩展性知识、应用性知识。因此,可以参考像岑沛霖等编辑的《工业微生物学》(化学工业出版)的基础部分讲解,更要参考像杨汝德编辑的《现代工业微生物学教程》(高等教育出版社)的应用性教材,另外更要查阅国内外重要查阅国内外重要期刊,讲解现在工业微生物主要的研究热点和方向,结合学生各自的研究方向跟学生进行探讨。总之,参考教材和资料要尽可能丰富。
2.工业微生物学教学内容的探讨
2.1理论知识与科研的结合
工业微生物学涉及许多领域,如食品、化工、制药和环境保护,而且发展非常迅速,信息也在随时进行更新。在教学中除了选择信息量大、适合教学和自学的优秀教材外, 由于此门课程是研究生课程因此在教学工作中,应注意和科研相结合,阅读专业的文献材料或对某个课题进行研究后,把最新工业微生物学发展动态,热点话题或取得的新成果给学生讲解,及时完善了教学内容的更新。或者让学生同学围绕自己感兴趣的问题查阅一些资料,然后以作报告的形式在课堂上进行讲解,使他们把知识和科研很好的结合在一起,这样既可增加学生学习的自觉性和积极性,又会有事半功倍的学习效果。
2.2理论知识与实验教学的结合
工业微生物学是一门实验性很强的学科,特别注重微生物的应用,所以实验教学环节对巩固基础理论知识,掌握实验技能,提高灵活应用基础理论与技术解决实际问题的能力,具有很好的效果。本课程也开设了一些设计性和验证性的实验课,使理论教学和实验教学很好的结合。这样一来,一般都是学生学了理论知识后,就进行相关的实验操作,如有不了解或者感到抽象的知识点,可以在实验课中得到很好的解决。
2.3理论知识与实践的结合
在讲授基础理论课时,我们将工业微生物学的基础知识、基本理论与工业生产实践相结合进行详细的讲解,及时穿插一些实用的小知识,并尽量做到前后呼应,学生也积极响应,希望学到更多的教材以外的东西。例如,在绪论中讲解工业微生物发展趋势时,向学生们讲述了酸奶制作, 使学生学习本课程的兴趣有了很大的提高,并开阔了知识眼界;讲解菌种筛选内容时,又以乳酸菌新菌种筛选为例,较详细的讲述了筛选过程,并与诱变育种的内容相结合,使学生对菌种选育的基本过程有了系统的了解。同时学生通过查阅资料发现:人们适用酸奶的最佳时间是饭后1~2小时,因为这个时候人胃中的酸碱度适中,不会影响乳酸菌的作用,使他们的知识得到了进一步的补充。
总之,在深化教学改革过程中, 我们按照课程建设的目标及要求,在教学过程中逐步加强课程的教法和教学内容的摸索探讨,改革课程组织形式,建立一个较好的教学模式和体系,培养学生的独立思考和创新能力,取得了较好的效果。
【关键词】 微生物转化技术；,,,,生物催化；,,,,关键中间体
摘要： 对微生物转化技术在现代医药工业应用上的独特优势，特别是在手性药物或药物中间体制备、借助微生物转化手段实施组合生物催化在新药筛选方面发挥的积极作用进行了阐述分析，并结合作者自身近年来在该技术领域的实践和收获对数个相关课题作了介绍。
关键词： 微生物转化技术； 生物催化； 关键中间体
1 概述
在过去的30多年中，微生物转化或酶转化技术在有机化学合成领域中的尝试不仅使理论研究获得广泛开展，在实际应用方面也取得了长足的进步。许多化学合成工艺相当复杂的药物、食品添加剂、维生素、化妆品和其它一些精细化工产品合成过程中的某些重要反应，目前已经能够用微生物或酶转化技术得以替代。在许多国外文献中经常能够看到的描述这种技术的名词有：microbial transformation、microbial conversion、biotransformation、biotransconversion和enzymation等［1，2］。微生物转化的本质是某种微生物将一种物质(底物)转化成为另一种物质(产物)的过程，这一过程是由某种微生物产生的一种或几种特殊的胞外或胞内酶作为生物催化剂进行的一种或几种化学反应，简言之，即为一种利用微生物酶或微生物本身的合成技术。这些具有生物催化剂作用的酶大多数对其微生物的生命过程也是必需的，但在微生物转化过程中，这些酶仅作为生物催化剂用于化学反应。由于微生物产生的这些能够被用于化学反应的大多数生物催化剂不仅能够利用自身的底物及其类似物，且有时对外源添加的底物也具有同样的催化作用，即能催化非天然的反应(unnatural reactions)，因而微生物转化可以认为是有机化学反应中的一个特殊的分支。某种特殊的微生物能够将某种特定的底物转化成为某种特定的产物，其本质是酶的作用。因此，对酶转化无需多作解释，它与微生物转化的差别仅在于：前者是一个单一的酶催化的化学反应，而后者为了实现这一酶催化反应，需要为微生物提供一个能够生物合成这些酶的条件，因此，从这一角度来看，这似乎是真正的生物转化。另外，尽管用于生物转化的酶大多来自于微生物，但也可以是来自于动物和植物的酶。而对于一个具体的生物转化来说，究竟是采用微生物转化技术，还是采用酶转化技术，这要综合考虑实现这一过程的诸多因素，如成本、环境、技术装备和质量要求等。在研究一个微生物(或酶)转化过程时，需要仔细地考虑诸多方面的问题如：所用转化底物的选择、所用微生物对不同底物转化能力的考察、转化路线或转化反应的选择等。其中最主要的是寻找适合于所设计转化过程的微生物，以及如何来提高这种微生物的转化能力，即提高这种酶活力。再则是发现一种新的酶或一种新的反应以便为设计一个新的微生物转化过程提供一条线索。为了寻找能够适合作为生物催化剂的微生物酶，除了有必要对原来已知的一些重要的酶或反应进行重新评价外，一种更为有效的方法是筛选新的微生物菌株或酶［3～6］。用于微生物转化的菌株或酶的筛选的范围应该尽可能地广，因为至目前为止已经发现了3000余种能够催化各种化学反应的酶，其中有些酶的催化效果比化学催化剂好；另外，微生物的多样性和其生理生化特性的多样性(它们能够修饰和降解许许多多有机化合物)，使我们有可能找到某种微生物或酶来催化某种特定的和所期望的化学反应。
2 生物转化与药物开发的应用
愈来愈多的研究表明，作为治疗用药物的外消旋体混合物有着不可避免的缺点，而美国FDA公布的手性药物指导原则无疑加快了从头开始开发单一异构体药物或利用外消旋体转换技术从已有的药物中开发单一异构体药物的步伐。手性药物制备的关键技术是不对称合成技术。多年来，有机化学工作者已经研究开发了许多种用化学的方法进行不对称合成的技术，但近20多年来，很多长期从事化学合成研究的工作者对微生物和酶反应发生了兴趣，与此同时，很多长期从事微生物和酶的研究的工作者对如何将此应用于有机合成发生了兴趣，从而使生物催化转化(biocatalytic transformation)成为一种进行不对称合成的重要技术。应用生物催化转化技术进行不对称合成与化学合成法相比较具有的优越性有：1)转化底物某一基团的专一性强，即对不需要转化的基团无需保护；2)通过对用于某一转化的微生物进行菌种选育和转化条件的优化，可以得到极高的转化率；3)生物催化转化的反应条件温和且对环境的污染很小。特别是近年来DNA重组技术的应用和新的转化系统的开发应用，使愈来愈多的原来使用化学方法进行不对称合成的化合物有可能被生物催化转化的方法来替代［7～10］。利用生物转化技术进行手性药物的开发主要进行两个方面的工作：一是进行药物关键中间体的制备，因为利用生物催化转化方法制备对映体纯化合物(enantiopure compounds)具有很大的吸引力，但试图利用这种方法来完成所期望的复杂的有机合成往往是困难的，甚至是不可能的，而利用这种方法获得某一关键中间体是切实可行的；另外，尽管用化学的方法能够在实验室条件下获得所需要的手性药物，但往往是由于成本和技术问题难以实现产业化。因此用化学生物化学的制备路线具有独特的优越性，即所谓的“绿色合成工艺”；二是进行消旋化合物的生物拆分或转化，得到单一构型的药物分子。表1为一些利用生物转化制备手性药物或关键中间体的实例［11］。
3 组合生物催化与新药发现组合
生物转化(催化)(combinatorial biocatalysis)，是指利用一种以上的具有特殊转化功能的微生物或酶，对同一个母体化合物进行组合转化，以得到化学结构的多样性，它是从已知化合物中寻找新型衍生物以及从简单化合物制备复杂化合物的有效手段。从某种角度讲，它比化学合成的方法更为简单和有效。这是一个新的研究领域。天然产物的多样性和其结构的复杂性，是存在于生物体内大量酶的作用结果。生物体内负责一系列重要生命活动的酶，在体外同样具有相同的催化能力。因此，只要体外的催化环境与体内相仿，则能够实现一系列复杂的，特别是用传统化学合成方法难以实现的化学反应。利用生物催化剂或化学合成酶催化相结合的方法，能够大大地增加衍生物的多样性，以及能够有效地对复杂天然产物的结果修饰和从简单的分子构建新的化合物库，在这过程中，往往能够发现新的生理活性物质。生物催化剂为扩大组合化学提供了各种合成的可能性［1，11～13］。表2为一些由酶或微生物催化的典型反应。利用生物催化发现先导化合物的优越性在于：1)可能进行反应的范围广；2)能够定向进行区域选择性和立体选择性；3)不需基团保护和脱保护，一步实现所需的反应；4)在温和和均一的条件下可容易地实现自动化和一步反应的重现性；5)温和的反应条件保证了复杂易变的分子结构的稳定性；6)高的催化活性可以降低催化剂的用量；7)酶的固定化可以使催化剂反复和循环使用；8)生物催化剂可在环境中完全被降解。
4 近年来本中心开展的一些相关课题的进展
近年来，上海来益生物药物研究开发中心开始涉及微生物转化课题的研究，特别是用微生物进行植物甾醇边链降解制备甾体药物关键中间体的开发以及抗糖尿病新药米格列醇和伏格列波糖的开发。
表1 利用生物转化制备手性药物或关键中间体的部分实例（略）
4.1 甾体类微生物转化的研究甾体药物包括激素类药物和非激素类药物：前者如性激素、类皮质激素和蛋白同化激素等；后者有抗细菌和抗肿瘤药物等。由于其不可取代的用途及治疗适应证不断扩大，甾体药物越来越引起人们的重视。利用生物转化技术进行甾体药物生产主要有植物甾醇的边链切除，以得到关键中间体ADD和4AD，以及进行立体选择性的羟化反应。(1)利用微生物转化切除边链，制备甾体药物关键中间体ADD和4AD微生物对甾体边链的裂解转化是一个很慢的过程，因为底物和产物的溶解性都很差，且底物传递至细胞的过程和产物传出细胞的过程都很慢。因此，如何提高底物的溶解性一直是提高微生物转化率的重要步骤。我们在微生物转化菌株的菌种选育、转化条件的优化和转化系统的研究方面进行了数年的研究工作［14～17］，最终已经获得了具有产业化价值的微生物转化技术，即以天然维生素E生产下脚料(含有混合植物甾醇)为底物制备甾体药物关键中间体ADD和4AD的工业化路线。图1所示为混合植物甾醇底物和ADD以及4AD的化学结构。(2)利用微生物转化选择性羟基化，制备甾体药物关键中间体11OHADD、11OH4AD，以及抗心衰新药依普利酮关键中间体11OH坎利酮我们分别进行了以ADD、4AD以及坎利酮为底物的微生物转化菌株的筛选、选育，以及转化条件的优化等大量研究工作，最终获得了具有产业化价值的微生物转化制备工艺。图2所示为11OHADD和11OH4AD的化学结构。图3所示为从坎利酮到11OH坎利酮的微生物转化。(3)利用微生物转化技术，获得多种4AD结构类似物很多甾体药物的关键中间体与4AD的结构类似物有关，我们筛选了多种具有不同特性的微生物菌株对4AD进行转化，结果得到了一系列的4AD结构类似物，如图4所示［18］。(4)利用微生物转化技术，从植物混合甾醇直接生产睾酮在我们多年对植物甾醇微生物转化边链切除的研究过程中，发现了一个非常有意义的现象：即在经过诱变处理的大量微生物转化菌种中，发现了一株能够直接将植物甾醇转化成睾酮的菌株［19］。同时，转化条件的改变能够使睾酮的转化率大大地提高。进一步的研究表明，能够将植物甾醇直接转化成大量睾酮的微生物菌株，其17羰基还原酶的活性比较高，因而将已经转化的ADD和4AD中17位的羰基还原成为羟基，分别获得睾酮和去氢睾酮，以及另外一个17位边链发生改变的结构类似物，如图5所示。经过大量的菌种选育工作和转化条件的优化工作，已经获得了一条利用微生物转化直接从混合植物甾醇制备睾酮的工业化工艺路线。
4.2 降糖药物米格列醇的研究开发米格列醇(miglitol)的发现源于对微生物发酵产物野尻霉素的研究，研究显示该原来作为抗沙门氏菌的抗生素具有较强的α葡萄糖苷酶抑制作用，继而成为第一个具有开发价值的淀粉酶抑制剂。1脱氧野尻霉素(1deoxynojirimycin)由野尻霉素还原而得，也可由多种链霉菌和芽孢杆菌产生，同样具有糖苷酶抑制作用。N取代1脱氧野尻霉素具有更好的降糖效果，米格列醇就是其中之一。米格列醇的结构与葡萄糖相似，能够可逆地竞争性抑制假单糖α葡糖苷酶，减少单糖的代谢，降低在小肠的吸收。图6所示为葡萄糖、1脱氧野尻霉素和米格列醇的化学结构。根据文献报道，有多种制备米格列醇的化学合成工艺。其中有以6脱氧6氨基山梨醇为原料，经雷尼镍催化还原后，再与环氧乙烷反应而成。也可以先与环氧乙烷反应后，再在钯碳催化下还原制得。另外，也有多种利用生物转化和化学合成相结合的方法，以及先用微生物发酵制备野尻霉素或1脱氧野尻霉素后再用化学合成的方法来制备米格列醇［20］。本中心研究开发的米格列醇制备工艺采用生物转化与化学合成相结合的方法，简要工艺流程如图7所示。本制备工艺的关键是筛选具有高效氧化氨基葡萄糖的微生物菌株，以及能够实现产业化的转化工艺。
4.3 降糖药物伏格列波糖的研究开发伏格列波糖(voglibose)是新一代的α葡糖苷酶抑制剂，最初是从某种放线菌培养液中发现的氨基糖类似物，口服后能竞争拮抗性地抑制肠道内双糖类水解酶(α葡糖苷酶)，延缓糖尿病患者餐后血糖的迅速上升从而抑制餐后高血糖。同时伏格列波糖明显降低身体的脂肪量，肥胖的减轻使胰岛素受体敏感性增加，进而使空腹血糖逐渐明显下降。据文献报道，伏格列波糖的制备除了通过全化学合成获得外，还有以下几条路线：一条路线是由有效霉素产生菌发酵，从发酵液中分离出大组分有效霉素A，经生物转化后得到关键中间体valienamine和validamine，再经过化学合成即可得到终产物；或是从有效霉素发酵液中分离出小组分有效霉素G，生物转化得到关键中间体valienamine和valiolamine，两者经适当步骤的化学合成反应后即可得到终产物；第二条路线是从有效霉素发酵液中分离出小组分valienamine，经化学合成后得到终产物；第三条路线是从有效霉素发酵液中分离出小组分valiolone，同样经适当化学合成反应后得到终产物；第四条路线是由D葡萄糖经一系列的化学反应直接合成得到终产物。其流程如图8所示。本研究中心利用第一条工艺路线，筛选获得了具有高转化效率的微生物菌株，以及适合工业化生产的转化工艺。
图6 米格列醇、野尻霉素及1脱氧野尻霉素、αD葡萄糖的化学结构（略）
图7 米格列醇的制备工艺（略）
4.4 N乙酰神经氨酸的研究开发N乙酰神经氨酸(Neu5Ac)是合成抗病毒药物扎那米韦的前体，其本身也具有多种重要的应用价值。目前有三种不同的生物转化方法制备Neu5Ac(图9)：途径Ⅰ是一个相对简单的醛缩反应；途径Ⅱ涉及到反应前体ManNAc的磷酸化；途径Ⅲ所合成的产物Neu5Ac9P需要进一步用另外的酶脱磷酸化。这些合成方法均可在体外进行，目前已经用于工业化生产的是途径Ⅰ。
本中心采用途径Ⅰ的生物转化方法，首先从E.coliC600中成功地扩增了N乙酰神经氨酸裂合酶基因(nal)，通过同源性比较发现，它与来源于E.coli K12的nal序列完全一致。氨基酸序列比对结果表明，136和164位的氨基酸也为赖氨酸和酪氨酸，与文献报道的活性中心位点一致。进而，将该基因通过EcoRI和BamHI两个酶切位点，严格控制起始密码子和启动子间距离的情况下克隆到高表达载体pYG5上，构建成新的质粒pLY2，并进行其表达研究。然后对粗酶的制备、转化条件的优化、分析检测方法的建立，以及产物的分离纯化等进行了研究， 初步获得了一条适合工业化生产N乙酰神经氨酸的路线。
摘要：谷氨酰胺转移酶能促进蛋白质分子间的交联作用，催化蛋白质之间异肽键的形成，对蛋白质溶解度、乳化能力、发泡性能和凝胶化作用等功能产生积极影响。众多食品工业加工过程中如奶酪生产、乳制品加工、肉类加工、焙烤制品及可食性膜的生产过程等都应用了这种酶的交联特性。微生物源性的谷氨酰胺转胺酶在生物技术生产中所需成本低，目前已经应用于几乎所有的工业领域。本文总体概述了谷氨酰胺转胺酶的特点及其在食品工业中的应用。
关键词：谷氨酰胺转移酶；蛋白质；交联作用；微生物；食品工业
谷氨酰胺转移酶可以催化谷氨酰胺残基中γ-甲酰胺基团(供体)与不同化合物的ε-胺类基团(酰胺残基的受体)之间异肽键的形成并诱导蛋白质之间的交联[1]。酶的这种催化作用会导致蛋白质理化性质的显著改变，如粘度、热稳定性、弹性和韧性等。研究证明，谷氨酰胺转移酶参与到许多生理过程中：血液凝结过程、抗菌免疫反应及光合作用等[2]。科学家们已经成功地从动植物体及微生物中分离出了谷氨酰胺转移酶。微生物来源的谷氨酰胺转移酶分子量较低，是一种单肽链酶，它由331个氨基酸组成，等电点为pH8.9，分子量约为38kDa。谷氨酰胺转移酶的最适催化温度为45℃，pH5.5[3]，该酶在50℃下30min就失去50%的酶活力，碳水化合物，如麦芽糊精、蔗糖、甘露糖、海藻糖和还原型谷胱甘肽(GSH)等，可以显著提高酶的热稳定性[4]。与动物源性的谷氨酰胺转移酶相比，微生物来源的谷氨酰胺转移酶不需要钙离子的激活作用，在实际利用酶制剂的过程中，这是一个非常令人满意的特征。另外，微生物源的谷氨酰胺转移酶在很大pH范围（4.5~8.0）内可以保持酶活力，可以简化某些加工过程，进而节省能源消耗，提高经济效益。另外得益于转基因技术的出现，利用基因的异位表达可以大大提高谷氨酰胺转移酶的产量，并且它对食物中的蛋白质具有不同的反应特性，这样的特点使得该酶成为改善食品中蛋白功能的有力工具。
1谷氨酰胺转移酶的生物合成
1.1微生物谷氨酰胺转移酶
起初，谷氨酰胺转移酶大多来自豚鼠的肝脏，然而有限的来源和其相对昂贵的提取和纯化过程限制了谷氨酰胺转移酶在工业中的广泛使用。近期，有很多文章讨论了使用农业废料，以微生物合成方式作为合成谷氨酰胺转移酶的碳源来源的可能性。从已发表的文献中可知，发酵培养基可以占据微生物生产成本的近30%[5]，如果可以从廉价的原材料如高粱秸秆等获得半纤维素水解物，那么以此来培养微生物获得微生物来源的谷氨酰胺酶的合成途径将会引起人们更大的兴趣。
1.2谷氨酰胺转移酶微生物发酵
在含有高粱秸秆水解物的培养基中，经过72h的培养时间，生物合成的谷氨酰胺转移酶的活性为0.34U/mL[6]；当使用马铃薯酶解物作为培养基，另外添加酵母提取物、玉米浸出液和酪蛋白等成分培养后，酶活力可达1.12UA/mL[5]；利用S.ladakanum合成谷氨酰胺转移酶时，甘蔗糖蜜和甘油的同时存在会产生协同效应[7]；此外，当使用甘蔗糖蜜与甘油作为混合碳源时，测定的谷氨酰胺转移酶活力为0.72U/mL[8]；Ryszka[9]研究了一种利用S.mobaraense菌株生物合成谷氨酰胺转移酶的最适培养基，以aminobac、玉米浆、酵母提取物作为氮源，以葡萄糖、蔗糖、淀粉和糊精作为源碳，pH范围为6.5~7.0，培养30h后测定谷氨酰胺转移酶活性为2.0U/mL。蛋白胨、酵母提取物、酪蛋白和尿素是合成谷氨酰胺转移酶的常用氮源。另外有文献报告了使用植物原料如大豆、大米、玉米和小麦面粉、玉米浆、小麦麦麸或麦芽提取物作为氮源的可能性[10]。Zhu[11]和Tramper对培养基成分进行了优化设计，发现在含有蛋白胨的培养基中添加额外的含氮化合物，如适当的氨基酸，会显著提高S.mobaraense中谷氨酰胺转移酶的产量。然而，为了实现经济性，工业生产中需要更便宜的原料作为底物。此外，培养基的配方也是至关重要的，因为组成成分会影响产物的浓度、产率和单位体积生产效率。
1.3谷氨酰胺转移酶基因重组表达
谷氨酰胺转移酶能够改变蛋白质的理化性质，具有重要的实用价值。因此，开发能够用于食品行业的有效的谷氨酰胺转移酶合成系统是很必要的。由Itaya[12]和Kikuchi进行的调查结果表明，目前的谷氨酰胺转移酶大都是利用大肠杆菌菌株生产的。谷氨酰胺转移酶是以酶原的形式存在的，然后通过切除N-端前导肽可以直接生成具有活力的谷氨酰胺转移酶[13]。许多研究表明前导肽是在大肠杆菌中过表达谷氨酰胺转移酶的关键因素[14]，首先把酶的编码基因克隆到大肠杆菌中，然后经过培养后利用层析的方法纯化重组蛋白。利用这种重组大肠杆菌生产的谷氨酰胺转移酶的活力可达到22U/mg[15]。但是同时也应该注意与蛋白质翻译后修饰相关的问题，探究开发更便宜、更有效的生物合成系统，从而降低运输、保存、提取、纯化等有关成本。
1.4谷氨酰胺转移酶制剂
谷氨酰胺转移酶制剂可以成为解决很多与酶应用效率、食物质地等相关难题的解决途径。市场上有不同的微生物酶制剂，它们含有利用微生物合成的谷氨酰胺转移酶，这些酶可以中和由于冷冻而引起的肉类质地的变化[16]；也可以使香肠等肉类产品更快地加工成熟，并且具有良好的口感；它们可以改善肉的质地，使加热和配给过程的损失最小化。Poland公司的酶制剂可以作为发酵乳制品生产过程中的辅助剂，可以提高加工过程中蛋白质的热激能力，并改善成品的风味。利用这种酶制剂已经获得了更高稳定性的奶油、冷凝效果更好的干奶酪。在食品行业使用谷氨酰胺转移酶已成为一种自然的技术方法，并且利用酶法改变食物成分比化学方法更容易被食品行业所接受。
2谷氨酰胺转移酶的应用
含有谷氨酰胺转移酶的制剂可以用于食品中蛋白质的交联反应，因此引起了人们的研究兴趣。研究结果表明，交联后的β-酪蛋白比未交联化的酪蛋白对胃蛋白酶的消化作用抵抗性更强，利用这种特性可以开发具有更强的结构特性的食品[17]。在烘焙行业中，谷氨酰胺转移酶主要用于醇溶谷蛋白链之间的交联反应。谷氨酰胺转移酶对面团的稳定性和体积有积极影响，还可以提高利用较差面粉制作的面包的质量，提高其质地[18]。研究发现谷氨酰胺转移酶可以改善面团的流变性，可以保证烘焙后面包内适当的孔隙大小和弹性,与传统方法制作的面包糕点相比，体积增大了14%[19]。此外，还可以改善面团的吸水性和韧性，用来提高面包的风味、质地和体积[20]。谷氨酰胺转移酶也广泛用于肉类产业。谷氨酰胺转移酶可以促进肉块的强劲凝聚力，改善用猪肉、牛肉或禽肉制作的结构单一化香肠的质地，而不需要热处理或添加食盐或磷酸盐。谷氨酰胺转移酶处理过的钠酪蛋白可以取代以往的动物脂肪[21]，制作具有更低的脂肪含量、更高营养价值的肉制品。谷氨酰胺转移酶的应用为生产高质量的粗碎香肠、维也纳香肠和熏肉创造了新的技术。在乳品行业，为了防止酸奶的脱水收缩作用或使其质地更平滑、稳定性更好，常常在生产过程中使用谷氨酰胺转移酶。用谷氨酰胺转移酶改造后的酪蛋白可以作为生产面霜、冷冻甜点、冰淇淋、牛奶饮料和调料的原料[22]。同时，利用谷氨酰胺转移酶进行牛奶蛋白的聚合反应可以生产蛋白膜，改善奶制品的功能特性[23]。谷氨酰胺转移酶也用于奶酪的生产过程，并且可以提高凝乳的产率。目前常用于生产天然奶酪的酶有凝乳酶和谷氨酰胺转移酶。Cozzolino[24]等对提高奶酪产率和特性的因素进行了调查，结果表明在添加凝乳酶之前就添加谷氨酰胺转移酶可以防止牛奶凝固；而同时添加这两种酶可以明显降低奶酪的抗性和硬度，同时减少乳清中蛋白质和脂肪的含量。目前，谷氨酰胺转移酶越来越频繁地在多个行业中被用作蛋白质修饰酶。例如乳清蛋白经谷氨酰胺转移酶作用后可以用于生产蛋白质膜，这种可食用的蛋白质膜可以涂在新鲜蔬菜和水果表面上，用来延长食品的保质期和新鲜度[25]；有观点称，利用谷氨酰胺转移酶这种酶来消除大豆蛋白可能的过敏效应和抗水解性[26]；也有人建议也许在将来谷氨酰胺转移酶可以用来在醇溶谷蛋白中重建肽键，阻止T细胞对多肽链的识别作用，从而避免脂泻病的产生[27]。
3总结
谷氨酰胺转移酶可以诱导蛋白质之间的交联作用，被广泛地用于食品工业中，其廉价来源——即微生物合成方法的发现，为这种酶的实际应用提供了更多的机会。微生物来源的谷氨酰胺转移酶的广阔适用性也引起了人们对菌株筛选的兴趣，以期利用最廉价的底物获得高活力的酶制剂。为了获得更低成本的酶制剂而进行的微生物研究，也许可以促进易得的产品的开发以及其更大范围的使用。
作者：王美玲 单位：青岛科技大学
1、微生物酶运用于制浆
1．1 漆酶在制浆中的应用
造纸厂的蒸煮制浆过程就是用化学药品溶出、脱除木素的过程，一般的化学制浆，不但成本高、能耗大，而且对环境污染也较为严重。而使用由白腐菌生产的漆酶将原料的木素降解成低分子木素，增加了木素的溶出和被抽提的能力，从而实现木素与纤维素、半纤维素的分离。用漆酶和介体HBT在蒸煮前对麦草进行预处理，可降低纸浆的Kappa值，提高纸浆的白度和强度。Jujop的研究表明，在20％～90％，pH值2～10条件下用漆酶进行预处理，可以对原料中的木素进行改性，磨浆能耗明显降低，每吨浆能耗由1300kW•h降至850kW•h，节省动力约30％，且机械浆的物理性能得到改善，纸浆质量达到化学热磨机械浆的水平。
1．2 纤维素酶在制浆中的应用
在机械制浆前加化学预处理，除去或改变一部分木素结构，可以改善纸浆的强度，但降低了纸浆的得率，损害了纸浆的光学特性，废水的排放量和污染负荷也相应增加，而经由木霉所产出的纤维素和半纤维素酶处理则结合了机械法制浆和化学机械法制浆的优点，克服其缺点，除了可以增加纸浆的强度性能之外，还能显著降低机械磨浆时的能量消耗。
2、微生物酶用于纸浆漂白
传统的含氯漂白产生大量有毒和强致癌性物质对环境和人类造成极大危害，已逐渐被无氯漂白所取代，而以某些真菌产生的漆酶不仅能氧化非酚结构，而且能使硫酸盐浆脱木素和脱甲氧基。佐治亚大学的研究者发现一株漆酶产菌———朱红密孔菌（Pycnoporus cinnabarlnus），以产生自己的氧化还原中介物3－羟基邻氨基苯甲酸（3－hydroxyanthranilic acid，3－HAA）。漆酶加3－HAA系统不仅能氧化非酚模式化合物，而且能降解合成的木素。通过筛选或诱变培育出假单胞菌（Pseudoznonas sp．）G6－2，枯草杆菌（Bacillussp．）A－30等木聚糖酶高产菌株进行了分离纯化的酶学研究，其所产木聚糖酶运用于生物漂白技术，其结果表明木聚糖酶在多种浆种的不同漂白工艺中都有明显的助漂作用。用于桦木浆CEH三段漂和ECF漂白，在保持白度，得率，强度基本不变的情况下，可减少近50％氯或二氧化氯用量，漂白浆的白度稳定性也有所提高。
3 微生物酶用于造纸废水处理
在制浆和造纸生产过程中，造纸废水可分为黑液、中段废水和纸机白水。黑液是整个造纸过程中污染最为严重的废水，木素是造成造纸工业排放黑液COD和色度形成的主要原因。白腐菌具有能降解木素和变性木素的酶活系统，能将漂白废水中的有机氯化物转变成无机氯和CO2，并破坏发色基团组织和结构，降低漂白废水中的TOCl、BOD、COD和色度。范伟平等利用微电解－白腐菌生物降解－絮凝沉降联合处理系统对活性染料生产废水进行处理，在最佳pH和温度及接触停留时间下，其COD去除率达90％以上，色度去除率在95％以上。另有研究表明，使用坚强芽孢杆菌产生的絮凝剂处理印染废水和酵母废水，可取得良好的絮凝效果，由李云鹏等从剩余污泥中制得微生物絮凝剂LBF经实验相比于PAC效果更好，其COD、SS、色度去除率都高于PAC处理的废水样。
4 微生物酶用于造纸工业中的其他用途
与常规碱法脱墨浆相比，微生物酶法脱墨浆有更高的游离度，且滤水性好、物理性能优、白度高和残余油墨量低，还可缩短脱墨时间。利用纤维素酶处理回收的废纸，既可脱除油墨和化学处理难以去除的调色剂，又可改善二次纤维的抄造和使用性能。顾琪萍等研究表明，在优化条件下，废报纸经脂肪酶脱墨后，白度比原浆提高4．3％SBD，裂断长、耐破指数和撕裂指数可分别提高11．4％，19．8％和17．5％。由于传统造纸工业是耗能和环境污染大户，随着生物技术的发展，微生物酶应用于造纸工业的技术越来越受到广大研究者的重视，其规模也在不断提高。通过使用微生物技术或酶技术，不但能使资源充分利用，降低能耗与环境污染，而且能带来良好的经济效益，对造纸工业与环境保护都具有非常重要的现实意义。
作者：轶媛 单位：湖北轻工职业技术学院
1材料与方法
1.1微生物发酵
以酱糟(30%)、木薯渣(10%)、玉米黄浆(30%)和玉米喷浆纤维(30%)食品工业废渣为发酵底物，添加乳酸菌、枯草芽孢杆菌和酵母菌进行固态发酵。接种用乳酸菌冰干粉为西南民族大学生命科学与技术学院动物科学实验室从牦牛消化道中分离筛选的优良菌株———嗜酸乳杆菌LAg12－7，该菌株已送中国典型培养物保藏中心———武汉大学保藏中心保藏，其保藏编号为CCTCCM2012305;枯草芽孢杆菌和酵母菌干菌粉购于北京华辰兴业科技有限公司。将乳酸菌、枯草芽孢杆菌和酵母菌的冻干粉按40.0%、30.0%和30.0%的比例制成混合发酵菌剂。取复合发酵菌剂1.0份，加红糖5.0、维生素C0.4、尿素3.1、磷酸二氢钾0.5和清洁水90.0份，30℃活化72h，制成混合发酵菌液。在发酵底物中按3%的比例加入活化后的混合发酵菌液。参考闫征等、王秋菊等和刘新星等方法，在30℃培养箱发酵5d。发酵期间适当补水，水分含量控制在30%左右，每24h翻动1次。发酵前1d和发酵后(第5天)的物料各取100g装于自封口塑料袋中，立即置于－20℃冰箱中保藏。以上微生物发酵饲料试验重复进行3次，即得3个批次的发酵饲料。
1.2样品处理
取适量发酵前和发酵后饲料鲜样－4℃保藏，用于活菌计数和pH测定。将发酵前和发酵后饲料样品置于90℃烘箱中烘30min以灭酶活，而后65℃烘6h，室温自然放置6h得到风干样品。将风干样品分2份粉碎，并过20目筛(用于纤维测定)和40目筛(用于粗蛋白和小肽测定)。
1.3指标测定
1.3.1活菌数的测定
乳酸菌、酵母菌和枯草芽孢杆菌分别梯度培养计数，培养基的配制参考杨雪峰等和刘惠知等的方法，计数方法依照GB/T13093－2006。
1.3.2pH的测定
pH的测定方法参照王旭明并有所改进，对样品10倍稀释混匀后采用Beckman离心机8000r/min离心，取上清液测定。
1.3.3常规营养成分的测定
中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)采用VELP纤维素测定仪;粗蛋白(CP)采用FOSS蛋白测定仪。测定方法参照张丽英饲料中常规成分分析一章。
1.3.4蛋白酶和纤维素酶活性的测定
以40目风干样品为原料测定酶活力，蛋白酶活力的测定参考张寒俊等方法，纤维素酶活力的测定采用二硝基水杨酸法(DNS)法。
1.3.5小肽含量的测定
小肽含量的测定参照郭玉东等方法，并对其进行聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS－PAGE)，定性说明小肽含量变化。
1.4统计分析
对3批次发酵饲料分别采样并测定相应指标，试验结果用平均值±标准差表示，发酵前后的差异性采用SPSS18.0统计软件中的t检验。
2结果与方法
2.1活菌数及pH
发酵后食品工业废渣中3种有益菌活菌数均极显著提高(P＜0.01)，乳酸菌和酵母菌达到108数量级。与发酵前相比，乳酸菌数增加454.90%，枯草杆菌数增加282.35%，酵母菌数增加403.70%。发酵5d后，由于微生物尤其是乳酸菌的新陈代谢，导致食品工业废渣的pH明显下降，由5.80降至3.91，降幅达32.59%，P为0.0041。
2.2常规营养成分
发酵后食品工业废渣CP含量极显著增加(P＜0.01)，增幅达21.68%;NDF和ADF含量均显著下降(P＜0.05)，其中NDF下降10.61%，ADF下降9.23%。
2.3活性成分
发酵过程中由于微生物不断分泌代谢产物，使得食品工业废渣的蛋白酶和纤维素酶活力均提高2倍以上，蛋白酶活力增幅达138.45%，纤维素酶活力增幅达143.20%。小肽含量显著提高，由0.87%增至3.20%，增幅达267.81%。发酵5d时，66200～97400的肽段含量较之发酵前1d时降低，而66200以下肽段含量增加，说明食品工业废渣经过发酵，部分大分子蛋白得以降解，并转化为低分子肽。
3讨论
3.1微生物发酵对活菌数和pH的影响
发酵过程中，益生菌和发酵底物中原有微生物利用饲料中的糖分等营养物质逐渐大量增殖，发酵后乳酸菌和酵母菌枯草杆菌活菌数分别达到2.83、1.36和0.65亿CFU/g。王旭明等用玉米－豆粕型日粮添加益生菌发酵，4d后乳酸杆菌数量达到最大值9.5亿CFU/g，2d后酵母菌数达到最大值4.1万/g，同时大肠菌群和腐败菌被抑制。魏爱彬等利用干酪乳杆菌和植物乳杆菌发酵全价饲料，2种菌的单一发酵组和组合发酵组的乳酸菌数量分别在发酵6、4和6d达到最大，分别为994、983和984亿CFU/g，而酵母菌在发酵过程中数量逐渐降低，发酵10d时2种菌的单一发酵组和复合菌种发酵组中的酵母菌活菌数分别为374、365和372亿CFU/g。任佐华利用枯草杆菌、黑曲霉和产朊假丝酵母发酵水稻秸秆，最佳条件下总活菌数可达118亿CFU/g。试验乳酸杆菌活菌数变化趋势与王旭明等相符，魏爱彬等和佐华活菌数较高可能因为发酵底物、发酵时间和菌种组合不同所致。微生物尤其是乳酸菌增殖过程中分泌酸性物质，降低了发酵饲料的pH，发酵后pH降至3.91，可提高发酵饲料的适口性，而酸性环境又可抑制许多有害菌的繁殖，从而可以延长发酵饲料的保藏时间。吴天祥对芭蕉芋酒糟接种嗜酸乳杆菌发酵，7d后pH降至3.8。王旭明等对玉米－豆粕型日粮添加微生物原液固态发酵，pH第4天即降至4以下。试验pH变化趋势与以上试验相符。
3.2常规营养成分的变化
通过益生菌的发酵作用，可使发酵底物中的粗纤维和粗淀粉降解，产生菌体蛋白，提高CP的含量，从而改善食品工业废渣的利用效率。试验中，发酵后CP含量由14.16%增至17.23%。张鑫利用酿酒酵母、白地霉、热带假丝酵母和植物乳杆菌混菌固态发酵马铃薯渣，根据响应面数据得出在最适条件下CP含量可达到36.96%，比发酵前提高了10.22%。试验CP变化趋势与其相符。发酵后，NDF和ADF含量分别降至46.83%和33.62%。NDF是植物细胞壁的成分，反映饲料容积，可用来衡量动物的饱腹度，与家畜采食量呈负相关。日粮中NDF高时，瘤胃容积限制干物质采食量;ADF的木质素比例较高，木质素为不可消化纤维，故ADF适于作为反刍动物饲料消化率指标，与家畜消化率呈负相关。故NDF含量的下降意味着动物采食量的增加，ADF含量的下降则可说明动物消化率的提高。院江等利用乳酸菌和酵母菌等组成的复合菌发酵棉籽壳，10d后测得NDF和ADF含量分别降至(63.10±4.55)%和(49.09±5.26)%。付敏等采用枯草芽孢杆菌、黑曲霉和白地霉对菜籽饼混合固态发酵，5d后测得NDF含量下降了38.70%，ADF含量下降了27.88%。试验NDF和ADF变化趋势与以上试验相近，院江等和付敏等试验结果降幅较大可能因为试验条件差别所致。
3.3活性成分的变化
动物自身分泌的消化酶很难消化植物性细胞壁及细胞壁内的营养物质。饲料工业中一般都会应用粉碎技术来破坏植物细胞壁，但很难将植物细胞壁完全破坏。纤维素酶可协同降解细胞壁，释放单糖等易被畜禽吸收利用的物质，从而明显改善饲料的营养价值。发酵过程中，在混合益生菌的作用下，饲料中纤维素酶活力增至411.8U/g，可有效降解发酵底物中的纤维素成分;经过发酵，蛋白酶活力增至172.4U/g，酶活力的提高可改善发酵饲料的营养价值。任雅萍用益生菌28℃下发酵苹果渣和马铃薯渣72h，自然发酵时:对于苹果渣，在酵母菌和黑曲霉组合，并添加氮素和油渣的条件下，蛋白酶活性最高可达168.50U/g，发酵增率为380.1%;纤维素酶活性最高达3829.63U/g，发酵增率为949.6%;对于马铃薯渣，在米曲霉单菌，并添加氮素和油渣的条件下，蛋白酶活性最高可达478.08U/g，发酵增率为657.0%;纤维素酶活性最高可达564.90U/g，发酵增率为794.5%。试验与以上试验酶活力均增加明显，变化趋势相近，增幅差异可能由于发酵条件不同所致。利用乳酸菌和芽孢杆菌等能分泌蛋白酶的菌种，可在合适微环境下酶解蛋白质底物产生小肽蛋白。同时，也能较大程度地降低植物蛋白中的抗营养成分，如胰蛋白酶抑制剂、脲酶和血凝素等，可有效消除大分子蛋白的抗原性，有利于动物的生长发育和肠道对肽类蛋白的吸收利用。小肽可提高机体蛋白质合成、消除游离氨基酸吸收竞争、增加动物生产性能并能增强矿物元素的吸收利用，对动物营养产业具有重要意义。试验发酵后，小肽含量增幅达267.81%，这可提升微生态饲料的附加值，并可改善动物的生产性能。马文强等利用枯草芽孢杆菌、酿酒酵母菌和乳酸菌发酵豆粕，结果表明:发酵后低分子蛋白质含量提高2.25倍。试验小肽含量变化趋势与以上试验相符。
4结论
食品工业废渣经乳酸菌、酵母菌和芽孢杆菌混合发酵5d后，其营养品质得以改善，为食品工业废渣的优化利用提供了参考。
作者：刘华南 高庆军 鲁登位 徐琴 夏天婵 郭春华 饶开晴 彭忠利 单位：西南民族大学生命科学与技术学院 四川省饲料工作总站
随着能源与环境问题的日益突出，人们迫切的寻找新型的清洁可再生能源，生物柴油凭借其独特的优点进入了人们的视野。生物柴油可采用天然油脂为原料。从目前的生产技术来看，动植物油是主要的生产原料。但生产成本较高，由此造成了生物柴油产业化发展的瓶颈。根据微生物的生长特点利用廉价的工业废水，不仅降低了生产成本，同时减小了对环境的污染，因此该项研究具有广阔的应用前景。
一、产油微生物及微生物油脂生产特点
微生物油脂是产油微生物在一定条件下将碳水化合物、碳氢化合物和普通油脂等碳源转化为菌体内大量储存的油脂，一般占菌体干重的20%以上[1]。
（一）产油微生物种类自然界中的酵母菌、霉菌、细菌、藻类等许多微生物都可以产生油脂。酵母菌中的粘红酵母的油脂含量最高可达72%。红冬孢酵母、斯式酵母的最大油脂含量可达60%~67%。霉菌中的深黄被孢霉油脂含量可达86%，绒毛棒质霉达75%，卷枝毛霉达65%。微藻中的丛粒藻、盐生杜藻、粉粒小球藻的油脂含量都在40%以上。细菌中的节杆菌油脂含量在40%以上。
（二）微生物油脂生产特点与动植物油生产相比，微生物油脂具有生产周期短、生长迅速、可规模化管理、不受季节、气候变化等优点。此外，能够供给产油微生物生长的原料来源也很广泛，工农业废弃物或工业生产过程中产生的废水、废气等都可以作为产油微生物的培养原料。产油微生物可以利用多种碳源，如葡萄糖、果糖、甘油等作为发酵底物，方真等[2]发现斯达油脂酵母在经过脱毒处理的木屑水解液中可以正常生长，油脂的积累率可达葡萄糖碳源的60%以上，为该种酵母利用废弃甘油和木质纤维素水解液作为发酵底物生产生物柴油提供有力支持。
二、工业废水的营养特点
适合微生物生长积累油脂的工业废水含有可作为碳源的丰富有机物、糖类，如淀粉废水、味精废水、啤酒废水等。这类废水属高浓度有机废水，COD、BOD浓度高，主要含有碳水化合物、蛋白质、油脂、纤维素等有机物，极易造成水体富营养化污染环境。
三、利用工业废水发酵生产微生物油脂的研究现状
工业废水尤其是食品工业废水中含有大量的还原性糖，可以被微生物利用作为碳源积累油脂。由于微生物的生长代谢分解利用了废水中的有机物，降低了废水的污染程度实现了资源合理化应用。
（一）利用淀粉废水发酵钟娜等[3]利用淀粉废水对高产油粘红酵母进行了驯化和筛选，使其对淀粉废水COD的耐受程度达到了75000mg/L，400L发酵罐实验表明，经33h的培养后，生物量达25.3g/L,菌体油脂含量为29.5%，COD降解率为92.5%。杜娟[4]等利用甘薯淀粉废水，采用添加营养因子的方法研究了产油菌株FR的生长、产油及COD去除，发现经淀粉酶液化处理后的产油率可达45.3%，淀粉酶和糖化酶先后处理后的COD去除率可达66.3%。
（二）利用味精废水发酵邢旭[5]等研究了粘红酵母RH8在味精废水中的生长、产油及COD去除率，发现调节废水pH至5.5后，添加废葡萄糖母液、酵母粉、KH2PO4、MgSO4、MnSO4均能够促进茵体的生长、产油和COD去除。生物量最高可达15.6g／L，干茵体中油脂质量分数达到29.61％，COD去除率达到45.1％。
（三）利用啤酒废水发酵郭淑贤等[6]用斯达油脂酵母发酵啤酒生产废水，发酵条件经优化后菌体生物量、油脂产量、油脂含量、COD降解率和油脂不饱和脂肪酸指数分别达到13.83g/L、5.25g/L、37.92%、79.08%和65.46%，较优化前分别提高了12.62%,19.32%,5.92%,57.15%和2.36%，优化效果显著。
四、存在问题及展望
目前微生物发酵废水生产油脂还处于实验阶段，要实现工业化发展还有亟待解决的几个问题：工业废水成分复杂，如味精废水和啤酒废水，由于废水中含有生产菌株产生的代谢废物和各工序产生的其他废水，有可能含有影响产油微生物正常生长的微量元素，但其组成较复杂难于分析；在微生物发酵前需对废水进行稀释调pH值等前处理，增加了生产成本和工序；以废水为培养基培养的微生物，其生物量、油脂积累量仍然较低，目前尚不能满足工业化需求。
结合国内外研究现状，可以从以下几方面展开相关研究：深入研究产油微生物在发酵中油脂的合成代谢途径；加强产油微生物对原料的适应性，通过基因重组、定向进化等手段筛选、驯化，获得具有更强适应性和更高产油能力的菌株；进一步优化发酵条件，减少发酵前处理工序、获得成本低、产油高的发酵模式。
作者：于雅潇 薛伟 何南思 单位：承德石油高等专科学校 化学工程系 承德石油高等专科学校 计算机系
随着能源与环境问题的日益突出，人们迫切的寻找新型的清洁可再生能源，生物柴油凭借其独特的优点进入了人们的视野。生物柴油可采用天然油脂为原料。从目前的生产技术来看，动植物油是主要的生产原料。但生产成本较高，由此造成了生物柴油产业化发展的瓶颈。根据微生物的生长特点利用廉价的工业废水，不仅降低了生产成本，同时减小了对环境的污染，因此该项研究具有广阔的应用前景。
一、产油微生物及微生物油脂生产特点
微生物油脂是产油微生物在一定条件下将碳水化合物、碳氢化合物和普通油脂等碳源转化为菌体内大量储存的油脂，一般占菌体干重的20%以上[1]。
（一）产油微生物种类自然界中的酵母菌、霉菌、细菌、藻类等许多微生物都可以产生油脂。酵母菌中的粘红酵母的油脂含量最高可达72%。红冬孢酵母、斯式酵母的最大油脂含量可达60%~67%。霉菌中的深黄被孢霉油脂含量可达86%，绒毛棒质霉达75%，卷枝毛霉达65%。微藻中的丛粒藻、盐生杜藻、粉粒小球藻的油脂含量都在40%以上。细菌中的节杆菌油脂含量在40%以上。
（二）微生物油脂生产特点与动植物油生产相比，微生物油脂具有生产周期短、生长迅速、可规模化管理、不受季节、气候变化等优点。此外，能够供给产油微生物生长的原料来源也很广泛，工农业废弃物或工业生产过程中产生的废水、废气等都可以作为产油微生物的培养原料。产油微生物可以利用多种碳源，如葡萄糖、果糖、甘油等作为发酵底物，方真等[2]发现斯达油脂酵母在经过脱毒处理的木屑水解液中可以正常生长，油脂的积累率可达葡萄糖碳源的60%以上，为该种酵母利用废弃甘油和木质纤维素水解液作为发酵底物生产生物柴油提供有力支持。
二、工业废水的营养特点
适合微生物生长积累油脂的工业废水含有可作为碳源的丰富有机物、糖类，如淀粉废水、味精废水、啤酒废水等。这类废水属高浓度有机废水，COD、BOD浓度高，主要含有碳水化合物、蛋白质、油脂、纤维素等有机物，极易造成水体富营养化污染环境。
三、利用工业废水发酵生产微生物油脂的研究现状
工业废水尤其是食品工业废水中含有大量的还原性糖，可以被微生物利用作为碳源积累油脂。由于微生物的生长代谢分解利用了废水中的有机物，降低了废水的污染程度实现了资源合理化应用。
（一）利用淀粉废水发酵钟娜等[3]利用淀粉废水对高产油粘红酵母进行了驯化和筛选，使其对淀粉废水COD的耐受程度达到了75000mg/L，400L发酵罐实验表明，经33h的培养后，生物量达25.3g/L,菌体油脂含量为29.5%，COD降解率为92.5%。杜娟[4]等利用甘薯淀粉废水，采用添加营养因子的方法研究了产油菌株FR的生长、产油及COD去除，发现经淀粉酶液化处理后的产油率可达45.3%，淀粉酶和糖化酶先后处理后的COD去除率可达66.3%。
（二）利用味精废水发酵邢旭[5]等研究了粘红酵母RH8在味精废水中的生长、产油及COD去除率，发现调节废水pH至5.5后，添加废葡萄糖母液、酵母粉、KH2PO4、MgSO4、MnSO4均能够促进茵体的生长、产油和COD去除。生物量最高可达15.6g／L，干茵体中油脂质量分数达到29.61％，COD去除率达到45.1％。
（三）利用啤酒废水发酵郭淑贤等[6]用斯达油脂酵母发酵啤酒生产废水，发酵条件经优化后菌体生物量、油脂产量、油脂含量、COD降解率和油脂不饱和脂肪酸指数分别达到13.83g/L、5.25g/L、37.92%、79.08%和65.46%，较优化前分别提高了12.62%,19.32%,5.92%,57.15%和2.36%，优化效果显著。
四、存在问题及展望
目前微生物发酵废水生产油脂还处于实验阶段，要实现工业化发展还有亟待解决的几个问题：工业废水成分复杂，如味精废水和啤酒废水，由于废水中含有生产菌株产生的代谢废物和各工序产生的其他废水，有可能含有影响产油微生物正常生长的微量元素，但其组成较复杂难于分析；在微生物发酵前需对废水进行稀释调pH值等前处理，增加了生产成本和工序；以废水为培养基培养的微生物，其生物量、油脂积累量仍然较低，目前尚不能满足工业化需求。
结合国内外研究现状，可以从以下几方面展开相关研究：深入研究产油微生物在发酵中油脂的合成代谢途径；加强产油微生物对原料的适应性，通过基因重组、定向进化等手段筛选、驯化，获得具有更强适应性和更高产油能力的菌株；进一步优化发酵条件，减少发酵前处理工序、获得成本低、产油高的发酵模式。
作者：于雅潇 薛伟 何南思 单位：承德石油高等专科学校 化学工程系 承德石油高等专科学校 计算机系
一、工业废水的营养特点
适合微生物生长积累油脂的工业废水含有可作为碳源的丰富有机物、糖类，如淀粉废水、味精废水、啤酒废水等。这类废水属高浓度有机废水，COD、BOD浓度高，主要含有碳水化合物、蛋白质、油脂、纤维素等有机物，极易造成水体富营养化污染环境。
二、利用工业废水发酵生产微生物油脂的研究现状
工业废水尤其是食品工业废水中含有大量的还原性糖，可以被微生物利用作为碳源积累油脂。由于微生物的生长代谢分解利用了废水中的有机物，降低了废水的污染程度实现了资源合理化应用。
（一）利用淀粉废水发酵钟娜等[3]利用淀粉废水对高产油粘红酵母进行了驯化和筛选，使其对淀粉废水COD的耐受程度达到了75000mg/L，400L发酵罐实验表明，经33h的培养后，生物量达25.3g/L,菌体油脂含量为29.5%，COD降解率为92.5%。杜娟[4]等利用甘薯淀粉废水，采用添加营养因子的方法研究了产油菌株FR的生长、产油及COD去除，发现经淀粉酶液化处理后的产油率可达45.3%，淀粉酶和糖化酶先后处理后的COD去除率可达66.3%。
（二）利用味精废水发酵邢旭[5]等研究了粘红酵母RH8在味精废水中的生长、产油及COD去除率，发现调节废水pH至5.5后，添加废葡萄糖母液、酵母粉、KH2PO4、MgSO4、MnSO4均能够促进茵体的生长、产油和COD去除。生物量最高可达15.6g／L，干茵体中油脂质量分数达到29.61％，COD去除率达到45.1％。
（三）利用啤酒废水发酵郭淑贤等[6]用斯达油脂酵母发酵啤酒生产废水，发酵条件经优化后菌体生物量、油脂产量、油脂含量、COD降解率和油脂不饱和脂肪酸指数分别达到13.83g/L、5.25g/L、37.92%、79.08%和65.46%，较优化前分别提高了12.62%,19.32%,5.92%,57.15%和2.36%，优化效果显著。
三、存在问题及展望
目前微生物发酵废水生产油脂还处于实验阶段，要实现工业化发展还有亟待解决的几个问题：工业废水成分复杂，如味精废水和啤酒废水，由于废水中含有生产菌株产生的代谢废物和各工序产生的其他废水，有可能含有影响产油微生物正常生长的微量元素，但其组成较复杂难于分析；在微生物发酵前需对废水进行稀释调pH值等前处理，增加了生产成本和工序；以废水为培养基培养的微生物，其生物量、油脂积累量仍然较低，目前尚不能满足工业化需求。
结合国内外研究现状，可以从以下几方面展开相关研究：深入研究产油微生物在发酵中油脂的合成代谢途径；加强产油微生物对原料的适应性，通过基因重组、定向进化等手段筛选、驯化，获得具有更强适应性和更高产油能力的菌株；进一步优化发酵条件，减少发酵前处理工序、获得成本低、产油高的发酵模式。
作者：于雅潇 薛伟 何南思 单位：承德石油高等专科学校 化学工程系 承德石油高等专科学校 计算机系
[摘 要]近年来，微生物发酵在相关工程技术领域的应用越来越V泛，该工艺包括培养基组分中碳源、无机盐、氮源、微量元素等的作用，并控制pH值、温度、溶氧等对发酵的影响，从而将微生物发酵工艺进行了优化，以推进生产效率的提高和产业的应用发展。
[关键词]工业微生物；发酵培养
生物发酵工程是与人们生活息息相关的一种技术体系，包括工业生产菌株选育、生化反应器设计、最佳发酵条件的选择及控制等过程。根据对目前国内外微生物发酵工艺的研究，相关研究团队进行了综合的分析和研究。通过对微生物发酵工艺中影响发酵的各种因素的分析，总结出了相应的技术经验并且制定了工艺的优化方法。近年来，微生物发酵在相关工程技术领域的应用越来越广泛，该工艺包括培养基组分中碳源、无机盐、氮源、微量元素等的作用，并控制pH值、温度、溶氧等对发酵的影响，从而将微生物发酵工艺进行了优化，以推进生产效率的提高和产业的应用发展。
1 发酵工程外界因素的影响
1.1 补料对发酵的影响
菌类的生长发酵所必须的因素都达标的同时，补料的及时准确的供给也是直接影响着菌类的发酵。补料的作用是及时的补充菌类生长发酵所需要的能源。例如在酵母菌的培养过程中，适当的补充营养物质会抑制乙醇的生成，从而避免了菌类的生长周期变长，产率下降等问题。在培养过程中准确的添加补料量可以有效的调节菌类的呼吸防止中间出现氧气的限制。这样做的办法很大程度上减少了酵母菌的发芽问题，同时促进酵母菌细胞的快速成熟，从而直接提高了酵母菌的产物的产量。在不断的利用先进设备进行检测的同时更好的了解菌类发酵过程中的动态信息从而更好的了解发酵过程中原料的需求情况。根据需求以及菌类种类的不同可以适当选择添加物的物理特征。例如添加液态物质，固态物质。
1.2 二氧化碳对菌类生长的影响
二氧化碳作为新陈代谢的最终产物直接影响到菌类的生存情况。当溶解在发酵液中的二氧化碳的浓度超过一定范围以后直接会对氨基酸、抗生素等出现抑制或者刺激现象。当菌类代谢产生的二氧化碳的浓度超过4%的时候，直接会影响菌类的糖代谢和呼吸速率。就算营养液中的氧气达到标准由于二氧化碳的浓度超过一定的范围也会直接影响到氨基酸的发酵问题。因此，在更快的提高发酵产率的同时也要考虑到产物二氧化碳的排放问题。在生产过程中，要考虑到二氧化碳随着液体深度压力变化的情况。为了更好的满足生产的需求常常采取减少通气量以及提高罐的压力来减少逃液，但是根据二氧化碳的性质这样做的在很大程度上增加了二氧化碳的含量从而直接影响菌类的生长。所以，在考虑到菌类生长发酵的同时也要考虑到二氧化碳浓度以及排泄的因素。
2 微生物发酵工艺优化的方法
2.1 正交试验设计法
正交试验设计法是一种数理统计方法，主要是通过正交表来进行多因素问题的分析，在研究得出结论以后可以通过直观分析或者是直接对比来确定微生物发酵的主要影响因素。该设计法在使用中具有工作量小、方法简单、效果好、效率高等特点，因此正交试验设计法是微生物发酵工艺优化的最常用方法。正交试验设计法在工业和农业生产中应用广泛，并且在其他科研领域也取得了显著的效果。该设计法曾被多名生物学家进行实际的优化应用，例如利用正交设计法对枯草芽孢杆菌的液体发酵进行优化，从而使发酵后杆菌的产量大大提高。
2.2 Plackett-Burman设计法
Plackett-Burman法主要针对因子数较多且未确定众因子相对于响应变量的显著影响，采用的试验设计方法。能够及时有效地筛选出对试验结果具有显著影响的关键因素。在通常情况下，使用Plackett-Burman设计法开展的N次试验最多能够研究（N-1）个因素，对每个因素取两个水平，通常是设低水平为原始培养条件，高水平为低水平的1.25倍，通过对各个因素两水平的差异与整体的差异进行对比分析来对因素显著性进行确定。需要加以注意的是，如果因素水平选取得不合适有可能导致Plackett-Burman试验结果无效，从而需要重新选取因素来进行再一次的试验；如果Plackett-Burman试验的模型有效，那么则可以确定对试验具有显著影响的因素，然后下一步可以通过开展响应面设计等方法来筛选出最优的条件。袁辉林等利用Plackett-Burman设计方法获得了预期结果。
2.3 响应面设计法
响应面设计法是一种统计方法，主要结合数学建模、统计分析、实验技术等方法经过试验设计进行数据的分析，并且通过多元二次回归方程进行函数关系的拟合，从而将工艺参数进行优化。该方法对于变量因素较多的微生物发酵有很好的参数优化效果，能够将各方面所需材料、发酵因素等进行准确的定量，从而保证微生物催化的顺利进行。响应面设计法的适用面较广，目前除了微生物发酵领域以外还遍布于生物学、医学、制药等多个方面，成为使用最广的微生物发酵优化工艺。
3 溶氧量对工程菌的影响
生物的生存发展都离不开氧气。氧气对于微生物来说也是一个关键因素。就拿葡萄糖的氧化分解来说，1mol的氧化糖彻底分解需要6mol的氧气。当菌类合成代谢产物是也需要消耗一定的氧气。根据计算，1mol的葡萄糖大概需要1.9mol的氧气。所以根据不同种类的细菌需要氧气的情况也各不相同，对于好样细菌来说生成产物所需要的氧气也就随之增加。但是由于菌类所需要的氧气并不是直接吸收大气中的氧气，而是吸收营养液中的溶解氧。但是大气中的氧气却很难溶解到水中。在外界压力为101.32kpa温度为25度的时候，氧气在水中的溶解度为0.26mol/L。在这个温度下氧气在发酵液中的溶解度确是0.20mmol/L，但随着菌类的新陈代谢的活动以及各种因素的影响，温度也会随之增加。随着温度的增加，溶解液中的氧气含量随之降低。因此为了更好的满足营养液中氧气的含量，必须及时的掌握培养液中的氧气含量的问题。通过不断补充氧气来弥补温度的增加营养液中氧气的降低。同样也可以采取一定的措施来控制液体的温度，把温度调整到酶的最适宜温度从而更大效率的提高产率。？
4 结论
随着科技的发展工程细菌的不断研究的深入，如何才会更好的实现菌类的最大效益的发酵也是每个企业所关心的话题。微生物发酵工艺对生物技术的发展有良好的推动作用，该技术在工业和农业方面都得到了广泛的应用，通过微生物发酵能够解决很多正常生产无法解决的问题。合理的运用微生物发酵并且不断进行工艺的优化能够提高生产的效率，推动发酵工程技术的不断前进和发展。在技术纯熟以后还可以广泛运用于医药、卫生、工业等多个领域，为这些领域的发展开辟一个新的纪元。
（1.辽宁科技大学，辽宁 鞍山 114051；2.辽宁经济职业技术学院，辽宁 沈阳 110122）
摘要：工业微生物学作为生物工程专业重要的核心课程，教学方法的改进一直是热点问题。本文探讨PBL方法在教学上的应用，通过设定问题、课堂讨论、教师分析总结、实验方法设计、教师审核、实验操作等步骤，激发学生学习积极性，适应专业学习的需要，适应现代生物技术迅速发展的要求。
关键词：生物工程；专业基础课；工业微生物学；PBL
当前，“二十一世纪是生命科学世纪”的观点已得到了全世界政界和科技界等有识之士的广泛认同。工业微生物学是生物工程专业的重要的核心课程，微生物教学如何适应专业学习的需要，适应现代生物技术发展的要求，探讨先进科学的教学方法，这是当今工业微生物理论与实验教学亟待解决的问题。
一、PBL教学法与传统授课方式[1]
PBL（Problem-Based Learning，PBL），是一种新型的教学模式，在很多学科领域教学中发挥了突出作用。PBL教学法中教师为辅助，以问题为主轴架构学生的一切学习内容，着重培养学生的学习能力。PBL教学要求教师设定的问题必须是学生在其未来的专业领域可能遭遇的问题，引出问题来调动学生学习的积极性与主动性，积极主动寻找问题的答案。PBL教学侧重小组合作和自主学习，通过社会交往发展学习工作能力和团结协作技巧。教师的作用是指导认知学习技巧，以学生为主导，由学生自身担负起学习的责任，自我评价和小组评价来完成教师设定的问题，彻底改变教师为主体、学生被动接受的教育模式。
二、工业微生物学教学中PBL的应用
微生物（microorganism，microbe）指肉眼看不见或看不清楚，必须借助于显微镜才能看清外型的微小生物的统称。微生物通常包括无细胞结构的病毒、亚病毒（类病毒、拟病毒、朊病毒）、具原核细胞结构的真细菌、古生菌以及具真核细胞结构的真菌（酵母菌、霉菌、蕈菌等）、原生动物和单细胞藻类。通过本课程的学习，使学生掌握工业微生物学基本理论，了解微生物在工农业生产中的应用。课程内容主要包括微生物的形态结构、分类、营养与代谢、微生物的生长、微生物的遗传变异与菌种选育、微生物的生态、传染与免疫、应用微生物等；需要化学类、生物化学、细胞生物学的课程基础。由于工业微生物学内容庞大，传统教育以老师为主体的教学模式忽略了学生的感受，学生只能被动地接受知识，因此削弱了学习的主观能动性与学习积极性，学生学习效果自然不佳。“授之以鱼不如授之以渔”，教学应贵在教导学到真本领，学生厌学是失败的教学。科学合理采用现代化教学手段，⒎⑹皆擞枚嗝教褰萄В把PBL作为钥匙开启主动学习的大门，设定问题探索本学科的发展历史、基础理论、基本实验技能、最新科研动态成果，在学习中明确学习目的，鼓励学生提出问题，掌握学习方法，组织学生进行课堂讨论，极大地满足学生的求知欲望，提升教学的内涵，便于学生消化和理解知识，将传授知识和提高能力密切结合。[2-4]
1.理论教学中的问题设定。PBL教学法设定问题难易程度要适宜，教师按照课前准备、提出问题、解决问题进行。
设疑1：在你的生活中，认为哪些是微生物？（讨论、放微生物图片、总结微生物形态特征，得出概念）通过微生物的用途、与人关系、微生物形态，掌握微生物概念、特点；通过科学发展历史认识工业微生物学的发展历史；通过微生物应用与危害认识微生物在人类生活中的作用。
设疑2：什么细菌？结合细胞生物学学习（讨论、放微生物图片、总结细菌形态特征，得出概念）
设疑3：雨后土腥味、大气中最初的氧气哪里来的？（讨论、放微生物图片、总结特征，得出概念）
设疑4：什么真核微生物？（讨论、放微生物图片、总结特征，得出概念）
设疑5：酿酒、面包怎么制作的？（讨论、放微生物图片、总结特征、概念）结合生物化学学习
设疑6：微生物靠什么生活？（讨论，得出结果）
2.实验教学中的问题设定。工业微生物学实验部分主要包括微生物的观察、培养、分离纯化、性质鉴定、微生物检验等，也可以划分为微生物基本技能训练和微生物常规仪器使用的基础性实验部分，以及多种技能运用的微生物综合类实验项目。通过技能学习，培养学生提出问题、分析问题、解决问题的能力，养成求真务实、严谨自律的科学态度，为今后从事生物工程技术及新产品开发等工作打下坚实的基础。学生在课程学习中能够通过与教师的相互作用增长学识并发展独立思考与创新的能力。PBL通过问题设定要求教师把教学的重点转向激发学生思考、动手，进而掌握技能，克服了传统的“注入式”教学法的弊端，让学生产生真正在探索和发现的思维。每一个实验题目（常见微生物是什么样子，微生物的食物是什么，微生物怎样生长的，物理化学因素如何影响微生物？等等）就是一个问题，学生带着问题而来，通过讲义了解初步的内容，通过动手操作，相互切磋，在探索中学习。通过微生物的采样、分离、观察、培养，巩固微生物理论学习。教学相长，研究新的实验技术，让学生利用教师提供的实验材料，去探索发现，并得出结论。将微生物实验预习报告、学生日常操作和实验态度、实验过程报告及实验技能考试的比例分配好，细化评分标准。为了使PBL教学法能落到实处，考核也要紧跟教学的需要，带着问题来实验，否则不能参加实验，在边操作边切磋边讨论中学会实验技能，注重实验结果的分析，实验成绩中平时学习态度占10%，实验报告占30%，实验操作考核占60%。[5-10]。
“学会认知、学会做事、学会共同生活、学会生存”都强调了学与做的结合。工业微生物学既是专业基础课，也是一门专业技术，可直接应用于生产实践。使用新的实验方法与技术，就如当初列文虎克（Antony van Leeuwenhoek）发现微生物一样，肯定学生在显微镜下找到的肉眼难以看清的世界，肯定学生学会的最基本的实验技巧，培育科研兴趣，当这兴趣发展到一定程度，进入教学，研究微生物的形态结构，进一步完善对实践的观察，通过这一个点的兴趣进入对这一学科领域的钻研，而不是为了应付考试机械地背诵理论。PBL教学法强化学生探索和发现的心理，克服“注入式”教学法的束缚，把激发学生积极性主动性学习作为教学的重点，真正掌握打开知识大门的方法。
摘要：指出了混合发酵是2种或2种以上微生物在同一培养基中进行的发酵，在某种特定情况下,混合培养在发酵过程中有利于微生物间的相互协调,提高产物的生产效率或降低培养基的要求等,比纯培养更快、更有效。对于工业微生物或者具有工业生产潜力的微生物混合发酵生产维生素、沼气等产品进行了探讨,阐明了工业微生物混合发酵的现状和发展趋势。
关键词：工业微生物；混合发酵；协同作用
1引言
人类对微生物的利用经历了天然混合培养到纯种培养2个阶段。过去的多数发酵食品都来源于混合发酵,由于多菌发酵是一个完整的或接近完整的生物体系,体系中的微生物之间大多数具有生长代谢协调作用。自从纯种分离技术被广泛应用以来,人们研究的重点、焦点似乎都在单一的菌种上,忽略了天然发酵的模式,那就是生存环境的完整性和协调性。利用混合菌种发酵生产饮料正是利用几千年以来各菌种之间的共生性。纯培养技术使得研究者摆脱了多种微生物共存的复杂局面,能够不受干扰地对单一目的菌株进行研究,从而丰富了我们对微生物形态结构,生理和遗传特性的认识。但是,在长期的实验和生产实践中,人们不断地发现很多重要生化过程是单株微生物不能完成或只能微弱地进行的,必须依靠两种或多种微生物共同培养完成。微生物混合培养或混合发酵已越来越被人们所重视。
2混合发酵生产功能性饮料
目前混合发酵在功能性饮料的开发和生产方面有广泛的应用。根据国际饮料行业协会的新规定,功能性饮料是指具有保健功能的软饮料。目前市场上的功能性饮料主要分为3类,即运动饮料、能量饮料和其他饮料,其大多含有氨基酸、矿物质,以及各种维生素等人体所需物质。这些饮料的开发多数采用了混合发酵技术,也有部分是采用直接从生物体提取和单菌发酵方法的。随着我国经济的快速发展和人民生活水平的不断提高,饮料消费迅速增加。据有关资料显示,1980年我国饮料产量仅28万t,1995年则猛增到1 000万t,2005年达到2 000万t,25年间平均以26.7%的速度增长。如此巨大的饮料市场,发酵功能性饮料必须占有一席之地。据国家统计局、中国饮料工业协会、中国食品工业协会、中国海关、中国经济信息中心、中国竞争情报网、中国食品商务网、全国及海外500多种相关报纸杂志的基础信息等公布和提供的大量资料显示,中国饮料市场成为中国食品行业中发展最快的市场之一。2003年中国饮料产量2373万t,比2002年增长16.84%。实现工业总产值（当年价）813.87亿元,销售收入774.42亿元,分别比上年增长40.12%和40.41%。以“红牛”“脉动”等新一代品牌为代表的功能性饮料已被广大消费者所接受,并在健康潮中掀起一股功能性饮料的热潮。就我国目前的饮料市场来看,功能性饮料正处于黄金发展时期,具有极大的开发空间［1］。
3微生物混合培养生产药品
3.1维生素的混合发酵生产
维生素C二步发酵是混合发酵的典型实例。这种方法是由中科学院微生物所和北京镧药厂合作,于20世纪70年代初发明的。其第2步发酵由氧化葡萄糖酸杆菌和巨大芽孢杆菌等伴生菌混合发酵完成,其中小菌为合成维生素C前体2-酮基-L-古龙酸（2KGA）的菌株,但很难单独培养,且单独培养产酸能力很低；大菌单独培养容易,但不产生2-KGA,与小菌混合培养时不仅可促进小菌生长,而且能大大增强小菌的产酸能力［2］。能与小菌混合培养合成2-KGA的伴生大菌有很多,除巨大芽孢杆菌外,还有蜡样芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌地衣芽孢杆菌,苏云金芽孢杆菌等,某些酵母亦有该作用。有关研究表明,大菌为小菌提供某种生长因子促进其生长,并且提供某些生物活性物质协助小茵合成2-KGA,二菌混合培养呈互生关系［3］。通过调节二菌比例、pH值、温度及溶氧量等因素,可使混合菌达到较适的生态状态,发挥较高的生产效能。二者间的关系和作用机制正在进一步深入研究中。此外维生素B12可利用谢氏丙酸杆菌和马铃薯芽孢杆菌或大肠杆菌的混合培养生成。
3.2抗菌肽的生产
乳酸菌素是一种由乳酸菌属菌株产生的抗菌肽类,可抑制多种革蓝氏阳性菌的生长,已被50余个国家用作食品保鲜剂［3］。1999年Shimizu等［4］报道,以Lactococcus lactis和Kluyveromyces marxianus混合培养可有效地生成乳酸菌素,这主要是由于Kluyveromyces marxianus可通过消耗前者产生的乳酸控制发酵体系的pH值,从而使乳酸菌素的产率维持高水平。
3.3甾体转化
多种甾体类药物的转化也是利用混合菌培养实现的。诺卡氏菌和节杆菌培养用于5α-Δ9（11）-16β-甲基-3β,17α,21-羟基-孕甾烯-3β,21-双醋酸酯-20酮和5α,17α-甲基-17β羟基-雄甾-3酮的1,4位上的脱氢转化［4］简单节杆菌和玫瑰产色杆菌的混合培养也可用于甾体转化。
4微生物混合培养用于生物降解
蛋白质是配合饲料中的主要营养成分,一般占20%左右。随着畜牧业的迅猛发展,对饲料蛋白的需求量日益增加。因此寻求新的饲料蛋白来源便显得十分重要。我国薯类作物产量很高,但因其本身蛋白含量很低,直接用作饲料其生物效价不高通过微生物转化技术可由丰富的薯类资源得到菌体菌蛋白饲料,从而可在一定程度上缓解日益突出的饲料蛋白短缺问题。对淀粉质原料而言,通常采用的工艺是原料先经酸法或酶法糖化等预处理,将淀粉降解为可发酵性糖,然后再接种相应的高蛋白产生菌合成微生物菌体蛋白。为简化生产工艺,直接采用具有淀粉分解能力的菌种发酵生产蛋白饲料已日益受到重视。
我国是蛋白质饲料资源短缺的国家,目前蛋白质饲料年缺口约为1 500万t。据预测2010年到2020年我国蛋白质饲料资源需求分别为6 000万t和7 200万t［5］。目前我国发酵工业的废菌渣和糟渣类农副产品下脚料以及废弃物大多没有充分利用,这不仅造成资源浪费,而且造成环境污染［6～13］。现在生产主要是以食用菌生产过程中的废菌渣为主要基质,筛选适合分解利用废菌渣的多种大型食用真菌和酵母菌,采用单独培养和混菌共同发酵工艺来生产饲料蛋白,以实现废弃物质资源化和物资的循环再生,减少环境污染。
4.1对原油的降解
生物修复是治理土壤石油污染的重要方法,主要原理是微生物利用石油作为碳源进行同化降解,使其转变为无害的无机物质。据文献报道,单菌株所能代谢的石油组分有限,大多数石油降解菌株只能代谢一种或几种石油烃。但经过混合菌对原油的降解及其降解性能的研究,发现经驯化后的烷烃降解菌GS3C、菲降解菌GY2B、芘降解菌GP3A和GP3B对原油都具有一定的降解效果。GS3C能基本去除原油中的直链烷烃化合物,GP3A对C
4.2对生活垃圾的降解
世界每年产生大量生活垃圾,处理方法主要是堆埋和焚烧,占用土地和浪费能源,既污染环境又带来一定危害。生活垃圾在经过发酵后可作为有机肥料,但在一般条件下,其发酵时间长且肥效低,影响了其实际应用［15］。
有研究表明纤维素分解菌可混合培养,自生固氮菌利用纤维素分解菌分解纤维产生的葡萄糖作为碳源,纤维素分解菌利用固氮菌固定的氮作为氮源,两者相互利用、相互依存,进行生长和繁殖。两者混合培养的菌数和发酵液总含氮量明显高于各自单独培养。自生固氮菌与纤维素分解菌的混合菌液作用于生活垃圾,可大大提高生活垃圾的降解速度,同时其降解物的含氮量也有明显的提高。用这种方法处理生活垃圾既可以提高生活垃圾的降解速度又使其含氮量增加,提高了肥力,同时其降解物中含有大量的有生物活性的固氮菌及纤维素分解菌,所以是一种优良的生物活性肥料。将其施用于土壤中,既增加土壤的肥力,又增加土壤中固氮菌及纤维素分解菌的数量,有利于土壤中有机质的分解及土壤自生固氮,进一步增加土壤肥力,改良土壤,减少化肥的施用,有利于环境保护［16］。
4.3氨基多糖生物降解氨基多糖
氨基多糖主要以几丁质和脱乙酰几丁质的形式存在于节肢动物外骨骼和真菌细胞壁中,在自然界中的含量仅次于纤维素。利用微生物对氨基多糖进行降解和转化,有可能生成具有生物功能的活性糖蛋白。王士奎以Beauveria Bassiana LB90为氨基多糖降解菌,以Candida sp.LB50作为氨基糖转化菌,建立了氨基多糖混合菌生物降解和转化模型。与纯培养比较,粘度下降比率提高23.0%,可溶性糖含量增加167.7g/mL,两菌呈互生关系［17］。
5混合发酵开发清洁新能源
5.1沼气发酵中的作用
沼气发酵是由多种产甲烷菌和非产甲烷菌混合共同发酵完成的。我国是农业大国,每年产农作物秸秆7亿t以上,禽畜粪便大约1.4亿t。随着农村经济发展和农业结构调整,牲畜养殖已经由过去的农户分散养殖过渡为集中养殖,并且大多集中在大城市附近,这必将造成农村户用沼气池发酵原料的短缺。因此,寻求新的发酵原料将是亟待解决的问题。然而单一以秸秆作为发酵原料,由于其碳氮比高、速效养分含量低、纤维木质素含量高,表面有一层蜡质,不利于微生物的附着,且降解率低、厌氧消化时间长、易出现漂浮分层,一直不能被广大农民所接受。将粪便和秸秆混合发酵,可以有效弥补秸秆作为发酵原料的弊端［18～19］。
5.2乙醇发酵
作为可更新可持续的生物能源,生物酒精是经济高速发展过程中替代传统石油燃料能源的最佳选择之一。把纤维素作为可更新资源通过微生物降解转化生成糖类,然后糖类进一步发酵转化成液体燃料具有广阔的应用前景［20～23］。然而,纤维素酒精的规模工业化生产还面临很多严峻的实际问题,其主要问题之一就是微生物对纤维素的降解效率以及糖类发酵转化成酒精的效率太低［20,21］。研究表明,热纤维梭菌（Clostridium thermocellum）是一种高效的纤维素降解细菌,但其酒精生产效率较低［22,23］；嗜热厌氧乙醇菌（Thermoanaerobacterethanolicus）不能降解纤维素,但其能够有效的发酵糖类而转化为酒精。因此对两者进行混合培养,可以利用热纤维梭菌高效降解纤维素转化成糖类,然后糖类可以作为嗜热厌氧乙醇菌的底物通过发酵转化成酒精,这样一个稳定的混合培养体系可以作为纤维素酒精工业化生产微生物群落较好的选择。本研究主要以热纤维梭菌和嗜热厌氧乙醇菌为对象,以Solka Floc为底物纤维素,系统分析了热纤维梭菌纯培养以及热纤维梭菌和嗜热厌氧乙醇菌混合培养对纤维素酒精生产能力、纤维素降解能力及终产物分布的影响,以期为纤维素酒精工业化生产提供理论依据。
6结语
虽然微生物混合发酵技术的部分成果已成功应用于部分工业生产,但在大多数混合菌体系中,菌间相互作用机制和发酵产物对于各种混合菌之间的影响的研究还很少。同时对于菌株混合时的安全性还没有系统的评估和研究。混合发酵关键是摸索pH、温度、混合比例、菌株混合时间等多菌种的共同培养条件,从而确定菌株发挥最大协同作用的结合点。为了使混合发酵能够更好地应用于工业发酵生产,使其最终具有良好的大规模生产的工业应用前景。针对目前混合发酵的随机组合和盲目的发酵实验,需要深入研究并且建立快速有效的混合菌发酵模型是非常必要的。因此,如果从生理、代谢和遗传角度对混合菌间关系和协同作用机制进行深入研究,对混合菌培养的理论和应用都将有巨大的突破。所以未来的研究重点可能集中在多菌组合模式、筛选适合菌株,并且优化混合培养的条件。混合发酵有广阔的发展空间,在工业发酵中如果得以合理的运用,就必定可以提高生产效率与产品质量,为实现绿色无污染生产提供了新的发酵模式。
摘要：《工业微生物育种技术》课程以岗位需求为依据确定课程目标，以育种工作流程为主线设计教学项目，以学生为主体完成项目实施，以过程性评价为手段增强技能培养，为培养学生的岗位职业能力、动手能力和实践创新能力提供了较好的教育平台。
关键词：微生物育种；项目化教学；高等职业教育
早在4000多年前，我国劳动人民就会利用微生物来生产酒和酿造食品。如今，利用工业微生物育种技术对微生物进行改造，可以提高目的产物的产量、质量或获得新的目的产物，并符合工厂化生产的要求，从而使抗生素、酶制剂、氨基酸、维生素、核苷酸、生物碱、激素等微生物产品产量成倍甚至成千倍增长，同时产品质量也不断提高，各类微生物产品已深入到人类生活的各个方面。工业微生物育种技术是高等院校生物技术类专业的专业课程。在传统的教学过程中，教学内容往往太过理论化，理论知识与实际操作未能结合，学生学习难度大，感觉枯燥乏味；而且，教学实验安排大多是孤立的，在技术上不具有连贯性和系统性，不能将技能训练与生产过程有机结合，学生学完之后不知如何运用，解决实际问题的能力提高不明显。显然，传统的教学方式已不能满足现今高技能生物技术专门人才培养的要求。如今，许多高职院校正在积极探索新的教学方法，项目化教学就是其中常用的一种。它依照教学目标将课程内容设计成若干个操作性较强的项目，以工作任务为中心，以典型产品（或服务）为载体，开展课程教学，将理论知识、实践操作与素质培养融为一体，学生在完成项目工作任务过程中，既收获了知识，又锻炼了技能。与传统教学法相比，项目化教学强调行动导向、项目载体、任务驱动、素质渗透、学生主体以及理论实践一体化，主要解决“怎么做”和“怎么做得更好”这两个问题，是培养技能型人才的主要途径[1]。2007年，湖北生物科技职业学院生物工程系开设了《工业微生物育种技术》这门课程，它是生物技术及应用专业和生物制药技术专业的必修课。自2010年引入项目化教学方法以来，经过多年的探索和实践，该课程取得了良好的教学效果。
一、以岗位需求为依据确定课程目标
按照工业微生物育种技术在生物技术及应用专业人才培养方案中的定位，依据职业岗位的需求，确定本课程的教学目标，即能根据微生物育种原理和基本操作流程，制定育种的实施方案，并按照实施方案应用微生物育种技术获得高产突变株，同时能对实施过程和原有方案进行评价和改进。课程教学目标，包括知识目标、技能目标和素质目标三个方面。（1）知识目标：熟悉工业微生物的特征，了解工业微生物育种技术的方法种类；掌握基因突变及基因重组的机制；掌握工业微生物诱变育种的原理与方法；熟悉其他常用的工业微生物育种方法。（2）技能目标：能够根据微生物的来源与特性，选择合适的分离纯化方法，并进行分离纯化操作；能够根据微生物的类型，选择合适的诱变育种方法；会进行生产菌种的保藏及复壮技能；能正确使用微生物的培养设备，并进行维护。（3）素质目标：具有较强的责任心和严谨的工作作风；具有较强的人际沟通能力；具有较强的团队组织协调能力；具有良好的安全、环保和节能意识。
二、以育种工作流程为主线设计教学项目
项目化教学的关键，在于教学项目的设计。我们一般应根据课程教学目标，以职业活动的工作过程为依据，结合职业岗位的典型工作任务，按照学生的认知规律来设计项目。项目设计要打破传统学科体系的章节编排，不应以知识的逻辑顺序为依据来安排教学。每个项目都有其相应的知识、技能和素质要求，让学生在“做中学、学中做”。工业微生物育种技术的教学项目设计具有以下特色。
（一）课程设计思路
大多数项目化教学课程的设计思路，是将课程内容设计成基础项目、主导项目和自主项目。根据工业微生物育种课程内容、操作流程和职业活动的特点，笔者将该课程设计成一个综合性大项目，即果胶酶高产突变株的筛选。笔者将原先孤立、分散的单个实训项目综合为一个由9个子项目组成的前后连贯的大项目，其连贯性、整体性的特点更为突出（表1）。两个子项目互为依托，前一子项目的结果是后一子项目实验材料的来源。
（二）相关专业课程衔接
该课程项目产品为筛选出的果胶酶高产突变株，可作为后续课程发酵工程、酶工程、生物分离与纯化、生物制品技术的项目化教学的材料。比如，可对果胶酶高产突变株的发酵条件进行摸索，或对其发酵工艺进行优化，或从高产突变株中分离纯化果胶酶，或对提纯的果胶酶进行性质分析。从而完善了专业课程体系建设的连贯性、整体性及层次性，实现了专业课程之间的有机衔接。
三、以学生为主体完成项目实施
在具体子项目实施之前，笔者安排有项目概述环节，内容主要包括：①课程简介：告知学生本课程的教学目标、项目设计情况、教学组织方法和考核方案等。②行业企业概况：介绍工业微生物的应用状况、工业微生物的概念及特点和工业微生物技术种类等。③后续课程任务的布置：要求学生查阅相关资料，指导学生制定子项目实施方案。以微生物育种工作流程为主线，开展子项目的实施，每个子项目有各自的知识、技能目标。在子项目的完成过程中，教师只起组织、引导、指导和评价的作用，学生才是学习的主体。每个子项目的实施步骤如下。
1.项目导入。首先，教师通过案例或者问题导入学习项目，提出问题、给出提示，导入本次课程的内容，组织学生展开讨论。
2.方案制定。学生通过图书馆或者网络查阅资料，以小组为团队讨论并制定实施的初步方案。笔者通常安排学生利用课余时间完成该步骤。
3.方案确定。首先，每个小组以ppt形式向全班汇报制定的初步方案，分析实施可行性，并说明资料来源。然后，教师和其他小组对汇报组进行提问或评价。笔者通过交互式讨论，引入相关知识，最后由教师对各小组初步方案进行点评，同时提出修改建议，鼓励实施方案的多样性。
4.方案实施。学生按照确定的方案，合理分工，团结协作，共同完成项目。在实施过程中，教师随时检查学生实施的情况，进行现场指导，解答学生的疑问，参与学生的讨论，纠正学生的错误，全面掌控学生的实施效果及学习质量。
5.总结评估。总结以各小组向全班展示实训结果的形式进行。评估采取小组互评、教师点评等方式进行。每一个项目均制定了技能考核方案及评分标准，结合学生提交的实训报告进行过程性评价。
四、以过程性评价为手段增强技能培养
成绩考核是教学过程中的重要环节，好的考核方式对学生职业技能的养成会起到促进作用。传统的单一笔试考核方式很难反映学生在学习过程中的素质和能力，与强调以素质为基础、以能力为本位的现代高职教育理念不相符。本课程的考核以结果性评价为辅，重在过程性的评价，以静态知识考核为辅，重在动态能力的考核，学生综合成绩的评定以过程评价、技能考核和理论考核相结合的方式进行。每个子项目的实施都要求进行过程评价，评价内容涉及子项目实施的每个步骤，以子项目5诱变剂量的选择为例，子项目技能量化考核表如下（见表2）。
学生、组长和教师为评价主体的三方，依据量化考核标准分别给出过程评价成绩，然后按照一定比例折合成学生的过程评价终成绩。理论考核和技能考核通常在学期末进行。课程总评成绩的组成详见表3。
现代职业教育，应该是一种以服务为宗旨、以就业为导向、以职业能力培养为核心的教育，重心应在于培养学生的动手能力和实践创新能力，特别是毕业后从事某种职业的谋生能力[2]。项目化教学，充分体现了学生是学习的主体的特点，学生的学习主动性和积极性被有效调动了；和传统的教学模式相比，其教学效果得到明显改善。当然，以就业为导向，坚持走产、学、研相结合的路线，以岗位技能促进学生就业，在高职高专院校进行课程项目化教学改革是一个漫长的过程，需要学校和教师从多方面进行改革，比如教学观念、管理、内容设置、教学模式及结果评定等。
摘 要：随着现代科学技术不断发展，越来越多的化学制品在日常生活中得以使用。而在于现代医药工业使用之中，许多企业使用酶转化或者微生物转化技术加以产品的制作，而微生物转化技术在现代医药工业的具体应用之中，占有极为明显的优势，尤其是在一些手性药物的制备之中。因此本文主要对于微生物的转化使用所表现出来的积极作用进行了阐述，详细分析微生物转化技术在现代医药工业中的具体应用。
关键词：微生物；转化技术；现代医药工业；具体应用
过去三十年间，微生物转化技术在化学领域内不断地进行常识性试验，并且得到了全面的发展，而在实际的使用方面，也得到了极为长足的发展。现在社会中，大量的运用化学制品，而许多化学制品都是制作工艺十分复杂的产品，例如药品、食品添加剂、化妆品等日常生活中极为常见的生活必需品。而在这些产品的具体合成过程之中，许多重要性的反应已经可以使用微生物转化技术加以代替。因此，本文主要针对这一技术在现代社会中的具体应用加以分析。
1 微生物转化的简要概况
所为的微生物转化就是使用微生物将一种物质转化为另一种物质的这样一个过程，这一个过程主要是建立在微生物产生一种特殊的细胞内部的酶作为生物催化剂展开的化学反应。简单来说，是使用一种以微生物为基础进行合成的技术。这些酶对于微生物来说，是生命过程中的必需品，而在具体微生物的转换过程中，这些酶仅仅是作为一种催化剂而存在的。另外，在使用微生物进行处理过程之中，不仅仅是需要利用相似的产品，并且在相似产品中增加的底物也存在着同样的催化作用，所以我们可以将微生物转化技术看做有机化学的一个特殊的分支。
之所以微生物能够将某种物质转化成为另一种物质，主要是因为酶的作用。我们不需要对酶进行解释，只需要了解酶的转化和微生物的转化之间存在着细小的差别，酶是一种单一的化学反应，后者则是提供了一种合成酶的场所和反应。所以，从这一个方面来看，微生物转化是一种真正的生物转化。另外，因为生物转化过程中所使用的酶多数来自微生物，我们也可以从动植物中找到所需要的酶。因此再具体的微生物转化过程中，究竟是选择使用酶还是微生物进行转化，需要综合考虑多种因素，比如成本、例如环境以及生产机构的设备质量等方面。
同时，在研究微生物的具体转化过程中，需要充分考虑多个方面的问题，例如如何选择要转换的物质，所选择微生物的具体应用那个能力，转化的方式以及具体转化反应的选择等。这其中最关键的一点在于选择转化过程中的合适的微生物，以及如何提高这种微生物的转化能力，也就是酶的活力应该如何的提高。另外，一旦发现一种新的酶或者一种新的反应就要设计一种新的转化过程。要想寻找十分合适的微生物，除了要十分了解酶的反应，更加有效方法是通过筛选的方式来选择酶。
筛选的方式选择酶，所要涉及的范围必须尽可能的宽广，因为截止到现在已经出现了将近3000多种的酶，这些酶中有些酶的催化效果明显好过化学催化剂。另外，微生物呈现出多样性，从而能够帮助我们找到我们在预先设计中所想要得到的一种反应。
2 具体药物开发过程中的使用
现在越来越多的专家研究发现，作为药物使用的一种混合物有着不容忽视的弊端，而在最近一段时期美国FDA公布的一些药物使用原则加快了转换技术从已经开发出来的药物中开发出单一药物的脚步。
而制作手性药物的关键之处在于不能对称的一张合成型技术，并且长久以来，许多化学专家都开发使用化学药品来展开不对称合成技术的研究和发展。然而在最近的20年间，越来越多的化学专家将研究的目光头像到如何将微生物转化更好地运用到有机合成之中产生了兴趣。应用微生物进行催化的技术要比使用化学合成以及不对称合成的方式具有更加明显的优势，主要在于这样几点：（1）转化物质具有更强的转移性，也就是不需要专门的基因保护；（2）使用微生物进行转化条件更加优越，有着极高的转化率；（3）而在生物转化过程中对于外界的影响更小，尤其是对环境的污染方面。特别是近年来DNA重组技术的应用和新的转化系统的开发应用，使愈来愈多的原来使用化学方法进行不对称合成的化合物有可能被生物催化转化的方法来替代。
利用生物转化技术进行手性药物的开发主要进行两个方面的工作：一是进行药物关键中间体的制备，因为利用生物催化转化方法制备对映体纯化合物具有很大的吸引力，但试图利用这种方法来完成所期望的复杂的有机合成往往是困难的，甚至是不可能的，而利用这种方法获得某一关键中间体是切实可行的；另外，尽管用化学的方法能够在实验室条件下获得所需要的手性药物，但往往是由于成本和技术问题难以实现产业化。因此用化学一生物一化学的制备路线具有独特的优越性，即所谓的“绿色合成工艺”；二是进行消旋化合物的生物拆分或转化，得到单一构型的药物分子。
3 组合生物催化与新药发现
组合生物转化/催化，是指利用一种以上的具有特殊转化功能的微生物或酶，对同一个母体化合物进行组台转化，以得到化学结构的多样性，它是从已知化合物中寻找新型衍生物以及从简单化台物制备复杂化合物的有效手段。从某种角度讲，它比化学合成的方法更为简单和有效。这是一个新的研究领域。
天然产物的多样性和其结构的复杂性，是存在于生物体内大量酶的作用结果。生物体内负责一系列重要生命活动的酶，在体外同样具有相同的催化能力。因此，只要体外的催化环境与体内相仿，则能够实现一系列复杂的，特别是用传统化学合成方法难以实现的化学反应。利用生物催化剂或化学合.成一酶催化相结合的方法，能够大大地增加衍生物的多样性，以及能够有效地对复杂天然产物的结果修饰和从简单的分子构建新的化合物库，在这过程中，往往能够发现新的生理活性物质。生物催化剂为扩大组合化学提供了各种合成的可能性。
利用生物催化发现先导化合物的优越性在于：（1）可能进行反应的范围广；（2）能够定向进行区域选择性和立体选择性；（3）不需基团保护和脱保护，一步实现所需的反应；（4）在温和和均一的条件下可容易地实现自动化和一步反应的重现性；（5）温和的反应条件保证了复杂易变的分子结构的稳定性；（6）高的催化活性可以降低催化剂的用量；（7）酶的固定化可以使催化剂反复和循环使用；（8）生物催化剂可在环境中完全被降解。
结束语
综上所述，微生物转化技术在现代医药工业中起到十分重要的作用，并且对于药物等日常生活用品的生产方面也起到十分突出的作用。这就要求我们做好这一方面的具体工作，并且详细考虑在合适的场所选择合适的酶或者生物转化技术来进行生产和转化，从而确保生产产品的优异质量。
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