發(fā)酵工程在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用探討

王曉

（乳山市知識產(chǎn)權(quán)事業(yè)發(fā)展中心，山東乳山264500）

1 引言

在大自然中有許多微生物種群，這些微生物種群在生物圈的循環(huán)中發(fā)揮著分解者的重要作用。在發(fā)酵的作用下，微生物可以進(jìn)行物質(zhì)的降解，進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化，隨著人們對微生物發(fā)酵研究力度的加大，微生物在發(fā)酵過程中產(chǎn)生的物質(zhì)經(jīng)過處理和凈化，不僅能提升發(fā)酵工程的整體效益，還能實現(xiàn)廢物資源的有效轉(zhuǎn)化，降低工程運行成本，起到保護(hù)環(huán)境、提高生活質(zhì)量的作用。

2 發(fā)酵工程概念

微生物在分解有機(jī)物的過程中，會產(chǎn)生乙醇、二氧化碳或者乳酸，即發(fā)酵過程。發(fā)酵離不開微生物酶，微生物酶能夠給微生物提供細(xì)胞生命需要的各種物質(zhì)和能量。而在工業(yè)領(lǐng)域提到的發(fā)酵指的是所有依賴于生物的生命活動來進(jìn)行的工業(yè)生產(chǎn)過程[1]。

發(fā)酵工程，指的是利用一定的技術(shù)和方法，在生物活性離體酶的功能作用下，生產(chǎn)出生物產(chǎn)品，也可以利用微生物對工業(yè)生產(chǎn)的某些環(huán)節(jié)進(jìn)行控制。通常情況下，人們熟悉的發(fā)酵工程中利用酵母菌制造的產(chǎn)品有酒精、啤酒，由乳酸菌發(fā)酵生產(chǎn)的有酸奶；利用真菌進(jìn)行生產(chǎn)的包括青霉素等產(chǎn)品。隨著當(dāng)前技術(shù)的不斷發(fā)展，發(fā)酵技術(shù)也有了很大的提高，人們已經(jīng)開始能夠改造和控制微生物?？梢哉f，發(fā)酵工程在現(xiàn)代生物技術(shù)中占有重要的地位，有著廣闊的發(fā)展前景，在各行各業(yè)都得到了廣泛的應(yīng)用，如胰島素、生長激素等都是利用微生物發(fā)酵制造的藥品。

3 發(fā)酵原理及特點

3.1 發(fā)酵原理

發(fā)酵的原理是在培養(yǎng)基中對單一菌種進(jìn)行培養(yǎng)，在優(yōu)良菌種開始發(fā)酵過程中，需要對一些有雜質(zhì)的菌進(jìn)行防治，這是十分重要的環(huán)節(jié)。優(yōu)良菌種是發(fā)酵能否創(chuàng)造良好效益的根本條件，因此，要選擇合理的培養(yǎng)菌種的方法，才能使菌種的性能穩(wěn)定。此外，防治雜菌的工作更不能忽視，除了要對設(shè)備進(jìn)行必要的過濾和消毒，還要在選擇在無菌條件下開展，整個發(fā)酵過程中要始終貫穿無菌的概念和操作[2]。

3.2 發(fā)酵的特點

發(fā)酵主要以可再生資源為原料，具有反應(yīng)條件溫和、發(fā)酵原料廣泛、發(fā)酵專一性強(qiáng)等特點，能通過化學(xué)方法生產(chǎn)性能優(yōu)異的產(chǎn)品，且投資較少。

3.2.1發(fā)酵條件溫和

一般來說，發(fā)酵過程中，微生物在酶的影響下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，但是其發(fā)生的條件基本是常溫常壓，發(fā)酵條件比較溫和，在整個發(fā)酵過程中，容易控制各個要素條件。

3.2.2 發(fā)酵原料廣泛

發(fā)酵來源十分廣泛，農(nóng)副產(chǎn)品、淀粉以及糖蜜等都是發(fā)酵經(jīng)常用的原料，其中，還有很多自然環(huán)境中的一些廢棄資源。發(fā)酵過程中，可以利用廢物、廢水中的一些有機(jī)物對污染物進(jìn)行降解和轉(zhuǎn)化，從而實現(xiàn)保護(hù)環(huán)境的目的，實現(xiàn)廢物資源的轉(zhuǎn)化。

3.2.3 發(fā)酵專一、高效性

生物體在發(fā)酵過程中，通過微生物酶自我調(diào)節(jié)完成發(fā)酵。微生物酶具有較強(qiáng)的專一性和遺傳特性，能生成單一的發(fā)酶代謝產(chǎn)物。同時，微生物優(yōu)良菌種是發(fā)酵能夠產(chǎn)生良好效益的根本。通過菌種的科學(xué)篩選和微生物誘變，可以得到優(yōu)良菌株，能夠使生產(chǎn)設(shè)備得到運用，從而產(chǎn)出一些按常規(guī)手段難以制造的產(chǎn)品，這也正是發(fā)酵高效性特點的體現(xiàn)。

隨著當(dāng)前人們對生物技術(shù)研究的重視，在科技力量的推動下，發(fā)酵工程不僅能在微生物方面得到應(yīng)用，還能通過動植物細(xì)胞和酶進(jìn)行工程菌的構(gòu)建，從而發(fā)生菌反應(yīng)。菌反應(yīng)的設(shè)備也脫離了過去傳統(tǒng)的發(fā)酵裝置，可以運用多樣化的生物反應(yīng)來開展，具有連續(xù)性、自動化的特點，在發(fā)酵水平核技術(shù)上都有了一定的創(chuàng)新和提高。

4 發(fā)酵工程在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用

當(dāng)前，在環(huán)境保護(hù)工作中已經(jīng)有許多微生物發(fā)酵技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，為各行發(fā)展發(fā)揮了諸多效益的同時，平衡了生態(tài)環(huán)境。

4.1 亞硫酸鹽紙漿廢液乙醇發(fā)酵

環(huán)境保護(hù)中，關(guān)于發(fā)酵工程應(yīng)用較具有代表性的是亞硫酸鹽紙漿廢液乙醇發(fā)酵。在科技手段的推動下，亞硫酸鹽紙漿廢液乙醇發(fā)酵也在環(huán)境保護(hù)中發(fā)揮了應(yīng)有的作用。亞硫酸鹽紙漿廢液中糖類的數(shù)量較多，經(jīng)過處理后，在發(fā)酵設(shè)備中加入絮狀酵母，引入空氣后，進(jìn)行攪拌，可以促使乙醇發(fā)酵[3]。

4.2 酵母循環(huán)系統(tǒng)的應(yīng)用

在發(fā)酵工程應(yīng)用領(lǐng)域中，酵母循環(huán)系統(tǒng)也在環(huán)境保護(hù)工作中實現(xiàn)了良好的應(yīng)用。酵母循環(huán)系統(tǒng)是通過對酵母進(jìn)行新式食品廢水處理后，可以對廢水進(jìn)行處理，并且能夠回收大量的酵母菌體，通過回收，不僅改善了過去由一些活性污泥方法產(chǎn)生的污泥，而且和細(xì)菌活性污泥系統(tǒng)相比，性能更具有優(yōu)勢。據(jù)統(tǒng)計，酵母廢水處理系統(tǒng)可以實現(xiàn)10～15kg/m3BOD的日處理能力。在常壓的狀態(tài)下，酵母污泥能夠不添加任何藥劑進(jìn)行脫水，因此，酵母循環(huán)系統(tǒng)是細(xì)菌活性污泥系統(tǒng)日處理能力的 5～7倍。

4.3 廢纖維素的資源化

在生物領(lǐng)域，產(chǎn)生廢物最多的是纖維素。在目前廢纖維素處理中，通過利用綠色木酶制造纖維素酶制劑，極大地提高了酶活力，同時，進(jìn)一步改善了廢纖維素的化工工藝，創(chuàng)新了纖維素酶解糖化工工藝在單細(xì)胞蛋白生產(chǎn)技術(shù)的革新。自20世紀(jì)80年代，國際上開始利用纖維素原料進(jìn)行水解液生產(chǎn)的SCP已經(jīng)到了5×105t，因此，當(dāng)前通過纖維素進(jìn)行乙醇生產(chǎn)，被公認(rèn)為是減少能源污染和保護(hù)環(huán)境的有效辦法。

4.4 有機(jī)固體廢物的快速堆肥

整體來看，我國每年有大量的廢棄物產(chǎn)生，直接帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，其中，有很多具有利用價值的物質(zhì)構(gòu)成，生物中的各種有機(jī)物就在其中。通過運用微生物進(jìn)行發(fā)酵，對自然環(huán)境中廢棄物進(jìn)行資源化的處理和轉(zhuǎn)化，不僅能有效降解廢棄物，還能進(jìn)一步創(chuàng)造其新的價值。傳統(tǒng)的靜態(tài)發(fā)酵堆肥方法也是將一些廢物的有機(jī)物進(jìn)行發(fā)酵，從而制造成有機(jī)肥，將固體廢棄物進(jìn)行無害化處理。經(jīng)過處理的有機(jī)廢物不僅能成為優(yōu)質(zhì)廢料改良土壤，還節(jié)省了大量的投資。

5 結(jié)語

綜上所述，在新的發(fā)展時期，發(fā)酵工程的技術(shù)以及應(yīng)用方式得到了極大的創(chuàng)新，在全球范圍內(nèi)得到了極大的重視。隨著領(lǐng)域技術(shù)的不斷改革，發(fā)酵工程迎來了嶄新的發(fā)展機(jī)遇。隨著社會發(fā)展的加快，發(fā)酵工程在環(huán)境保護(hù)中應(yīng)用得越來越廣泛，全球范圍內(nèi)也對環(huán)境保護(hù)給予了足夠的重視，同時，給發(fā)酵工程和技術(shù)在環(huán)保工作中應(yīng)用帶來了更為廣闊的發(fā)展前景。但是，應(yīng)認(rèn)識到，我國生物發(fā)酵工程的發(fā)展還處于初級階段，需要全社會及相關(guān)部門給予重視，只有不斷加強(qiáng)對微生物發(fā)酵工程技術(shù)研究，才能在當(dāng)前環(huán)境保護(hù)工作中更好地推動發(fā)酵工程科技，從而為生態(tài)環(huán)境的改善起到極大的促進(jìn)作用。