生物质的应用
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生物质的应用范文第1篇
关键词：现代生物技术 废水生物处理 生物修复 水处理剂
0 引言
随着工业的高速发展，水环境污染问题越来越严重地威胁着人类的生存环境，制约着社会和经济的进一步发展。因此，水污染控制成为全世界共同关注的问题。目前的水处理技术中，生物处理法已成为世界各国控制水污染的主要手段，尤其是现代生物技术将成为水污染控制领域重点开发和应用的技术手段，主要应用于废水处理、生物修复以及微生物水处理剂等方面。
1 现代生物技术的内容与特点
现代生物技术是指以dna 技术为先导，包括微生物工程、细胞工程、酶工程、基因工程、蛋白质工程和生物修复技术在内的一系列生物高新技术的统称[1，2]。其中每个方面都有其特定的理论基础和不同的应用领域，但它们之间又相互补充和衔接，形成一个完整的体系。
生物技术的特点大致有[3]：①以生物为对象，不依赖地球上的有限资源,而是着眼于再生资源的利用；②在常温、常压下进行，过程简单，可连续化操作，并可节约能源，减少环境污染；③开辟了生产高纯度、优质、安全可靠的生物制品的新途径；④可解决常规技术和传统方法不能解决的问题；⑤可定向地按人们的需要创造新物种、新品种和其他有经济价值的生命类型。
2 现代生物技术在废水处理中的应用
废水生物处理是利用微生物的生命活动过程对废水中的污染物进行转移和转化，从而使废水得到净化的处理方法。废水生物处理技术发展迅速，好氧法、厌氧生物法以及生物发酵法已趋于成熟，所以，这里只介绍固定化等新兴技术。
2.1 固定化微生物技术 固定化微生物技术是生物工程领域中的一项新技术。进入80年代后国内外开始应用这种具有独特优点的新技术来处理工业废水和分解难生物降解的有机物质，一些具有特异性的优势菌种不断得到改造或创造，将这些高效专性菌如脱色菌、脱氮、脱磷菌假单胞菌等进行固定化后，菌体密度提高，大大提高了处理效率，尤其是对难降解有毒物质有明显优势。王增长等人利用新研制的聚集—交联固定化细胞技术，将筛选的高效优势脱色菌种固定在活性污泥上，投加于“厌氧—好氧—生物滤池 ”工艺流程中，处理印染废水，结果表明：出水色度极低，处理后的水可回用[4]。
2.2 生物强化处理技术 为了提高废水处理的效果，而向废水中投加从自然界中筛选的优势菌种或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。主要强化方法有：①高浓度活性污泥法，以高污泥浓度和长泥龄来促进对难分解物质的处理，加快反应速度。日本用该法处理难分解的聚乙烯醇和粪便污水取得显著效果[5]。②生物—铁法，是在普通活性污泥中加入无机盐，多用铁盐(氢氧化铁或氧化铁粉)，形成生物铁絮凝体活性污泥，具有高浓度活性污泥法的特点，主要用来提高除磷效果。③生物—活性炭法，综合利用微生物氧化能力和活性炭良好的吸附能力，使二者产生协同增效作用。在该系统中，每g活性炭去除 1～3gcod ，分解废水毒性能力明显增强，同时提高脱氮水平。
2.3 生物反应器技术 生物反应器技术，是现代生物技术发展的一个主要方向。现代化的新型生物膜反应器，其共同特点是反应器内装有比表面大的载体，有利于微生物附着生长形成生物膜，供气或供给的其他反应条件优越，污染物具有充分的时间与微生物接触，有利于增强微生物的分解代谢能力。目前，2000m3的反应器已经问世。虽然其处理能力较低，造价较高，但其管理方便 ，运行费用低，所以欧美地区约有 7%的污水处理厂采用该技术[6]。
3 生物修复技术
生物修复技术[7]是利用生物，特别是微生物将土壤、地下水或海洋中污染物现场降解为co2和h2o或转化为无害物质的工程技术系统。这项技术正被用于清除地下水、废水中的污染物。金属虽然不能被生物降解，但微生物可将其转移或降低其毒性。为了加快去除污染物的进程，常常采用许多强化措施，使自然生态系统维持原状的前提下，使受污染的环境得以修复。研究表明 ，生物修复与传统的物化法相比具有以下优点：①经济，仅为物化法30%-50%；②对环境影响小，不产生二次污染，遗留问题少；③最大限度地降低污染物的浓度；④修复时间较短，就地修复，操作方便。
生物修复中主要涉及两大问题，即有效性和安全性评价。为提高有效性今后将应用分子微生物学分离、鉴别、制造更高效降解和聚集有害有毒化合物的微生物。为提高生物修复的安全性评价水平，需发展鉴定微生物的分子生物技术，以确定微生物在环境中的去留和基因[8]。
4 微生物水处理剂
微生物水处理剂主要集中在以下几个方面：①微生态制剂。微生态制剂是一种由优势互补的微生物菌群、繁殖促进剂和活化剂配制而成的活性微生物制剂，已经在保健领域发挥重要作用。用于环境净化的微生态制剂由于其应用范围广、使用安全、无副作用，为区域环境保护提供了新的重要手段。欧美近年来加快了这方面的研究开发，已有采用微生态制剂原位修复水体的成功实例[9]。②生物吸附剂。生物吸附剂是废水生物处理的一个新的发展方向，主要有两大类：一类是高比表面积和高吸附率的生物体吸附水中的污染物；另一类是集生物吸附和生物降解能力为一体净化废水中的污染物的生物吸附剂。目前生物吸附剂的固定化技术使生物与离子交换树脂一样能解吸回收金属和重复利用。③微生物絮凝剂。微生物絮凝剂是利用生物技术，通过微生物发酵，抽提精制而得到的一种具有生物分解性和安全性的新型、高效、无毒的廉价的水处理剂，这些是无机或有机合成高分子絮凝剂所不具备的。其特点是降解性能好，成本低，无二次污染等。目前，已筛选出19种具有絮凝能力的微生物，其中，霉菌8 种，细菌5种，放线菌5种，酵母菌1种[10]。随着生物技术的发展，微生物水处理剂的开发与应用具有良好的前景。
现代生物技术在水污染控制领域已显示出独特的魅力和应用前景。但笔者认为，今后应从四个方面进行深入研究：①分离、筛选和培养高效降解菌，利用微生物共代谢作用、多菌种协同作用降解难降解污染物；②构建高效反应器，优化运行条件，探索新技术新方法；③开发高效、无毒、廉价、可大批量生产的微生物水处理剂；④着力实践和推广生物修复示范工程，为生态环境建设提供有力的技术支持。
参考文献：
[1]李亚一.生物技术[m].北京：中国科学技术出版社.1994.1.
[2]王凯军.发达国家环境生物技术研究规划简介[j].给水排水.1996.22（9）：7-9.
生物质的应用范文第2篇
[关键词]生物技术；水污染；治理；应用
中图分类号：X5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）11-0210-01
生物技术也称作生物增强技术、投菌法，主要是指立足于现代生命科学的基础上，结合其他类型的科学原理，通过现代化的科技来对生物体或加工生物原料进行改造，从而满足社会群体的实际需求或者达到某种应用目的。从整体情况来看，生物技术主要包括发酵技术和现代生物技术，属于一门现代化的学科，具有一定的复杂性和综合性，逐渐得到社会各界的广泛关注。加强生物技术在水污染治理中的实际应用进行探索和研究，有助于促进社会的水资源的合理应用。
1 生物技术的作用机理分析
生物技术的作用机理的最直接作用就是促进微生物底物的直接利用分解，具有良好的应用效果。生物技术的共代谢作用也是作用机理的一个重要方面，针对某些不能够被微生物直接降解的有害物质，在底物存在的条件下，微生物能够促进有害物质的结构产生改变，从而实现对目标物的降解，促进应用目的的达成。就作用机理中基因水平转移作用来看，具有较好的应用价值，通过生物强化技术的有效应用，实现对具备特定特征代谢基因的微生物进行引入，立足于基因的基础上，促进了自然基因的交换以及代谢途径的构建，从而有效的提高了生物强化技术的实际使用价值，降解有机污染物的实际效果较为明显，因而在水污染治理中具有良好的应用价值。
2 生物强化菌剂的来源分析
从宏观层面来看，生物强化菌剂是生物强化技术实际应用的前提和基础，为生物强化技术的应用及发展起到了一定的推动作用。相关研究资料现实，生物强化菌剂的形成具有一定的特殊性，一方面可以通过特定环境进行分离筛选，在此基础上进行驯化培养方可获得，另一方面，可以使由经过基因工程构建的菌株经过一定条件作用后进行妥善的保存，在有需要的时候提取出来，结合应用目的及使用需求进行适当的组合，并加入标准化的处理系统，从而配制出标准化的液体会粉剂生物增强制品。
2.1 自然环境筛选方面，获得特定功能微生物的重要方式是从自然环境获取或者污染场地直接分离，这两种方式都具有较好的应用效果，能够获取高效的菌种，且实际操作具有便捷性和高效性，从自然环境筛选高效菌种的具体操作步骤见图1。
2.2 构建基因工程菌方面，可以结合实际情况进行统筹分析，进而才去生物工程技术实现对主导型基因的导入，促进菌体的实际适应性和处理能力的提升。具体来讲，主要是将微生物细胞中参与富集和降解过程的主导型基因导入到适应能力较强且繁殖能力较强的受体菌株内部，进而提高菌体对金属以及实际降解存在难度的污染物的处理效果，从而实现生物工程技术的实际应用价值的有效发挥。基因工程菌的详细构建过程见图2。相关研究资料现实，实际应用中的大部分基因工程菌是通过基因转移或者原生质体融合来获得。
2.2.1就质粒介导的基因转移来看，质粒属于较小的DNA分子，能够自主进行复制，在特定条件下，质粒能够赋予宿主细胞在化学毒物环境中的实际生存能力。相关学者通过对质粒的实际特性进行分析和研究，促进基因工程技术的完善，从而推动了质粒介导的基因转移的形成，在基因工程上具有较好的应用价值。
2.2.2 就原生质体融合来看，其在实际应用过程中，主要是通过人为的方式，来实现遗传性状存在差异的两个细胞原生质体的有机融合，促进间距双亲遗传性状的稳定重组子的有机融合。该项技术的形成和发展，促进了远缘菌株的基因重组的高效性和可靠性，推动了遗传物质之间的完整性传递，具有良好的应用价值。就实际情况来看，当前社会对于原生质体融合在废水处理中的实际应用仅仅是停留在实验室水平内。
2.3 商业菌剂的购买方面，商业菌剂的组成内容复杂，包括自养、异样和兼性菌等，具有一定的混合性。在实际应用过程中，商业菌剂能够实时对污染进行处理，具有良好的安全性和便捷性。与此同时，商业菌剂的有效应用，能够最大程度上缩短微生物的培养基驯化时间，切实提高系统的启动效率，并提高系统中有效微生物的实际浓度，具有较好的应用效果。相关研究人员在对商业菌剂进行使用的过程中，应当对实际所需的生长环境温度进行控制，通过适宜的温度环境来促进新陈代谢，从而有效的降解污染物。与此同时应当考虑商业菌剂的抗高浓度污染物的能力和抗重金属的能力，从而对商业菌剂进行合理有效的利用。
3 生物强化技术在水污染治理中的实际应用
3.1 应用现状
生物强化技术可起到高效去除目标污染物，改善污泥性能，加速系统启动，提高系统抗负荷冲击能力和稳定性，并与其他生物修复技术相结合，提高了运转效率等作用。目前已经被广泛应用于：（1）治理高浓度有机废水；（2）有毒、有害难降解污染物的治理；（3）脱氮除磷；（4）改善系统污泥特性，降低污泥产量；（5）强化废水中油脂的液化和降解；（6）江河湖泊等的水体修复；（7）地下水生物修复等方面。
3.2 评价效果
提高对目标污染物的去除效果。生物强化技术比一般的废水生物治理方法对目标污染物的去除更有针对性，效果更佳。生物强化技术能有效消除污泥膨胀，改善污泥沉降性能，显著减少污泥总量。
3.3 主要控制参数
3.3.1 投菌量。投菌量要根据系统中污染物的含量以及系统的运行阶段而定。一般随投菌量的增加，增强效果会提高。但是，高效菌种的活性及稳定性等难以测定，不同的研究者一对投菌量的研究结果不全一致。
3.3.2 投菌方式。菌株的投加方式主要包括了直接投加特效降解菌或共代谢基质，固定化技术能将优势菌种固定封闭在特定的载体上，使菌体脱落少，活性高，有效地避免了菌体的流失，提高了系统中优势菌种的浓度，增强了其在反应器中的竟争性、抗毒性以及停留时间。
3.3.3 应用工艺。不同的应用工艺对强化技术的效果不尽相同。最初学者一们把生物强化技术较多用十悬浮污泥法，如间歇式活性污泥法、曝气池、氧化沟等；现在则更多地应用十生物膜法，如厌氧污泥床、生物流化床等。
4 结束语
综上所述，生物强化技术在水污染治理中的应用十分广泛，已表现出了很好的应用前景。但目前生物强化技术的大多数研究仅局限十实验室对降解物的目标评价，为了实现其规模化应用，使此项技术更具可持续发展的意义，今后的研究重点和方向还应逐步扩大，进一步探讨影响生物强化技术在水治理系统中的主要控制参数和生态学机制，建立相关数学模型，为指导实践操作提供依据。
参考文献
[1] 郑晓艳，代建龙-农业水污染治理环节中生物技术的有效运用《乡村科技》 - 2015.
生物质的应用范文第3篇
关键词生物膜法；技术；污水；治理；净化；应用；
中图分类号：G633.91 文献标识码：A 文章编号：
引言
随着我国经济的高速增长，工业化和城市化的步伐加快，对水资源的需求也日益增加，进而产生了大量污水，加剧了对环境的污染，因此，不断地寻求效率高、投资少、运行费用低、治理效果好的污水处理技术是研究工作的主要任务。在污水处理的二级生化处理工艺中，活性污泥法和生物膜法占主导地位，而生物膜法由于它的特殊优势，越来越得到人们的关注，发展十分迅速。生物膜可认为是由一种或是多种微生物群体组成的，并附着在一种载体表面上进行生长发育。
一、生物膜法的分类和优特点
生物膜法一般可分为：移动床生物膜反应器、生物接触氧化法、生物滤池法和生物流化床四种，其各自的特点如下。
1.1移动床生物膜反应器
移动床生物膜反应器简称MBBR，是介于生物接触氧化法与生物流化床法之间的一种新型生物膜污水处理工艺，很好的解决了生物接触氧化法中滤料堵塞的问题，同时也克服了生物流化床中三相分离困难的缺点，具有良好的处理效果。
移动床生物膜反应器利用密度接近于水的颗粒状材料作为生物膜的载体，向反应器中连续通入污水同时进行曝气，创造出良好的混合接触条件，利用微生物的生物活动达到净化污水的目的。移动床生物膜反应器具有微生物浓度高、食物链长的特点，对进水的流量和浓度变化有很强的适应能力。同时，由于选用的生物膜载体密度与水接近，降低了流化过程的能量消耗，增大了传质速率，且不易发生堵塞，剩余污泥量明显少于活性污泥法。另外，由于此方法的结构紧密，因此具有占地少、能耗低的特点，明显的降低了投资与运行维护的费用。以上种种优点使得移动床生物膜反应器在污水处理过程中得到了广泛的应用。
1.2生物接触氧化法
生物接触氧化法实际上是一种浸没曝气式生物滤池，是曝气池与生物滤池相结合产生的综合性污水处理工艺，同时具备两种处理方法的优点，具有容积负荷高、抗冲击负荷力强的特点。生物接触氧化法的供氧十分充足，膜的更新速度非常快，大大的提高了生物膜的活性，增强其抗冲击能力，而且使用生物膜法会将产生的大部分活性污泥附着在载体上，减少污泥产量及回流量，降低对机械的损耗。但生物接触氧化法的滤料容易发生堵塞，增加了管理的难度。
1.3生物滤池法
生物滤池法的基本流程是由初沉池、生物滤池和二沉池三部分组成的。生物滤池主要分为两大类：
1、有高负荷生物滤池。其优点是处理效果好，去除率可达90%以上，其出水可降到25mg/L以下，且出水水质非常稳定。其缺点是占地面积过大，容易堵塞，影响环境卫生。
2、塔式生物滤池。与传统的生物滤池相比，其具有负荷高、分层明显、堵塞可能小与占地面积小等优点。
1.4生物流化床
生物流化床技术是利用气体或液体，使附着微生物的固体颗粒状滤料呈流态化，对污水进行净化的技术。生物流化床法充分利用了微生物不同生命活动阶段的特征，根据微生物的生长特点将处理阶段划分为固定床阶段、流化床阶段、液体输送阶段三个阶段。生物流化床的主要优点：
1、微生物的活性较强。由于生物颗粒不断地相互碰撞与摩擦，使生物膜的厚度较薄且均匀。对于同类污水而言，在同等的处理条件下，生物膜不仅反应速率快且呼吸率也非常快，所以微生物的活性较强。
2、净化效果好。由于载体颗粒一直处于剧烈的运动状态，从而导致界面的不断更新，这样不仅有利于微生物对污染物的吸附和降解，更能加快生化反应速率，进而使净化效果得到提高。
3、容积负荷高，抗冲击能力强。由于生物流化床的载体是采用小粒径固体颗粒，且载体成流态化，所以生物流化床的单位体积表面积要比其他生物膜法的大很多且抗击能力要较其他生物处理法高。但是由于微生物颗粒在设备当中处于流动状态，对设备的磨损较为严重，同时载体颗粒自身也存在着磨损现象。另外，生物流化床的防堵塞问题及生物颗粒流失等问题目前还没有有效的解决方法，在一定程度上限制了生物流化床的推广。
二、生物膜法技术在污水处理中的实际应用
生物膜法因其良好的处理效果、较低的污泥产量和经济的运行维护费用，在污水处理中得到了广泛的应用，本文以移动床生物膜反应器的实际应用、组合式生物膜SBR工艺在医院污水处理工程的应用为例，探讨生物膜技术在污水处理实际应用中的现状。
2.1组合式生物膜SBR工艺在医院污水处理工程的应用
由于医院的污水处理方法较为传统，而且医院一般排放的污水都没有经过处理就排放出来，对环境造成了严重的污染。因此，采用组合式生物膜SBR工艺来处理医院的污水，可以更合理的将医院的污水进行处理，同时还能使医院排放的污水达到国家规定的相应标准，从而减少对环境的污染。
1、试验阶段。使用组合式生物膜SBR工艺需要运行四个阶段，这四个阶段是进水曝气、沉淀、滗水、闲置。在工作中需要把这四个阶段不断的重复循环，每个循环周期大概为五个小时左右。其大体步骤是：将超声波液位探测器安置在调节池内，当调节池里的污水达到设定的数值，提升泵就会自动运行将污水提升至污水处理的工艺池，然后鼓风机开始自动曝气，系统随之便进入了进水曝气阶段。大约十分钟以后，系统会将混合液体进行碳化、硝化、反硝化和生物反应四个过程。当调节池内的液位到达最低设定值时，系统会自动进入沉淀阶段。在沉淀一个小时后系统会自动进入滗水运行阶段，滗水结束后系统进入闲置阶段。
2、试验结果。经过一段时间的试验运行以及对出水水质的检测，发现组合式生物膜SBR工艺对医院污水的处理完全达到了国家的规定水平，起到了很好的效果。但是，系统在运行过程中还存在一些问题，比如加药量不稳定或者阻塞等等，都需要按照相关的操作及时修正。
实际应用及结论。组合式生物膜SBR工艺是以生物膜法为主，将生物膜法和活性污泥活法结合在一起的处理方法。这个处理方法可以从实际出发，随时切换和调整运行设备及时间，还可以控制药剂的使用量，降低污水的处理成本。
2.2移动床生物膜反应器的实际应用
印染废水的水量较大，占到了全部工业废水的百分之十，具有有机物含量高、COD值大、色度高、酸碱度变化大等特点，传统的活性污泥法对进水的变化适应能力不强，而移动床生物膜反应器微生物浓度高，抗冲击负荷能力强，能够很好的适应印染废水水质与水量的变化。采用移动床生物膜反应器处理印染废水的
出水，能够有效的降低出水的COD和色度，使出水水质达到国家一级排放标准，其具体处理过程如下：
1、试验阶段。实验装置主要包括进出水装置、曝气装置以及反应器三部分，反
应采用连续进水的方式，出水为连续式滤布膜过滤出水。反应器由两膜组件，可以起到泥水分离的作用，使出水借助重力流出，而污泥回流至左侧的反应区。反应过程的曝气量为0.55m3/h，水力停留时间为1.5d，进水采用针织物精细印花生产工艺中的母液和冲洗水，水质变化较大。
2、试验结果。经过一定时间的运行后检测出水的水质，发现移动床生物膜具有很强的抗冲击负荷能力，COD的平均去除率可达85%、色度的平均去除率为90%、NH3—N的平均去除率达到了85%，出水的COD及色度均达到了国家一级排放标准，对印染废水具有良好的净化效果。
3、实际应用及结论。使用移动床生物膜反应器处理印染废水，能够有效地降低出水的COD、色度与NH3—N浓度，且对进水的水质与水量的变化有良好的适应能力，在印染厂长期的使用过程中均能维持出水水质的稳定，同时运行费用较低，维护相对简单，是一种有效的印染废水处理方法。
三、结束语
目前，对生物膜法的机理和作用研究还不太成熟，国内外科研工作者从微生物菌种、膜反应器、曝气生物滤池、滤料等方面进行科研工作。特别是对微生物对物质的代谢机理、微生物的群落结构和功能、曝气生物滤池和膜反应器的创新改进及滤料的选择应用，这些都将直接影响生物膜法对污水的处理能力。因此，在物理化学和生物学因素等方面的基础上，深化探索研究，不断提高生物膜法对污水中各种元素的处理能力，为生物修复技术提供一定的理论依据。随着生物膜研究的不断深入和进步，生物膜法在自然环境和废水生物处理中必将发挥越来越重要的作用。
参考文献
［1］杨学华．超轻多孔陶瓷滤料的研制［D］．武汉：武汉理工大学，2007．
［2］李方文，吴建锋，等．应用多孔陶瓷滤料治理环境污染［J］．中国安全科学学报，2006.
［3］余汉青，顾国维．填料技术在废水生物处理中的应用和发展［J］．环境科学研究，2011.
［4］迟玉霞．填料在水处理中的应用［J］．北工给排水设计，2009.
生物质的应用范文第4篇
关键词：生物修复；池塘自净能力；池塘生态；自净能力；藻相；微生物相
1、前言
水产养殖是我国国民经济的重要组成部分，海水养殖作为水产养殖的支柱产业，为国民经济建设和人民生活水平提高做出了重要贡献。但随着海水养殖业的迅猛发展，海区污染、虾塘老化、黑臭底泥淤积、大规模灾难性病毒病的爆发和流行等问题迅速暴露出来，使人们对传统掠夺式养殖模式提出质疑[6、7].、生物修复（ Bioremediation）是国内外近10年发展起来的最新环境工程技术，已被成功地应用于土壤、城市河湖、地下水，近海洋面的污染治理和农业、畜牧业、水产养殖等多个领域[1、2、3、4、5]，并成为二十世纪环境科技发展最快的高新技术领域之一。和传统掠夺式养殖模式不同，生物修复技术应用于水产养殖，并不通过大量使用高营养的饵料和抗生素提高养殖产量，而主要通过生物-生态措施，修复受损的池塘生态系统，加速生态系统的物质循环和能量循环，增加水体溶氧，改善水质和池塘自净能力，提高水产养殖产量和品质，实现水产养殖的可持续发展。
2、传统水产养殖存在的主要问题
传统养殖模式，尤其是高密度养殖模式大多以消耗大量高蛋白饲料，以污染池塘自身和近岸环境为代价来维持的生产方式，加之养殖户为了防治鱼（虾）病，大量使用消毒剂、抗生素等虾药，甚至人药鱼（虾）用，用药剂量越来越高，药物的毒性越来越强，这些药物的使用，又严重破坏了已经十分脆弱的生态环境，形成越病越治、越治越病的怪圈[6、7、8、9、10、11].老化池塘中，养殖残饵、粪便、死亡动植物尸体和消毒剂、抗生素等有毒化学物在池底沉积多年，形成黑色污泥，污泥中含有丰富的有机质，厌氧微生物占主导地位，气温升高加速了有机质的厌氧分解，消耗水中大量氧气，产生NH3、H2S、NO2-等有毒物质，影响对虾正常生长发育，而且黑色污泥中含有大量的致病菌，寄生虫和敌害生物的卵，增加了池塘病源的传播途径，使生产过程中鱼（虾）药的用量增加，水产品品质下降。如在我国沿海地区对虾养殖区，老化虾塘的底泥污染问题，已成为困扰养虾业发展的重要因素之一[11].
3、池塘生态系统与水产养殖
池塘是一个人工圈养体系，其生态系统与自然生态系统有很大差异，其结构特点是养殖动物在生物群落中占绝对优势，这一优势是在人工扶持下形成的，由于大量人工饲料投入养殖系统，除牧食链，腐屑链外，在食物关系中又增加了饲料链，也因此使系统的结构和功能发生了一定改变，决定了系统的低生态缓冲能力和脆弱性，其庞大的养殖动物生物量造成系统生态金字塔畸形，系统生物多样性指数下降，水质也常常出现较大波动。
3.1、池塘生态系统中生产者在池塘生态体系中，浮游植物是初级生产者，藻类通过光合作用合成碳水化合物，放出氧气，优良的单胞藻可为池塘中浮游动物，底栖动物甚至养殖动物直接滤食，也可直接吸收池塘中NH3、H2S、等有害物质，改良池塘水质，更为重要的是，藻类光合作用提高池塘的溶氧水平，促进池塘好氧微生物的生长繁殖，加速池塘有机质的分解和矿化。藻类的生长繁殖需要营养盐，营养盐主要来源于底泥的释放和好氧微生物对有机质的分解矿化，优良的藻相能提高池塘溶氧水平，特别是池塘中下层水体溶氧水平，有利于建立良好的池塘生态体系。
3.2、池塘生态系统中分解者微生物是池塘生态体系中的分解者，分解池塘残饵、对虾粪便以及浮游动植物残体等有机污染物，使之矿化成营养盐，供藻类吸收利用。池塘微生物种类和数量，尤其是底泥微生物种类和数量不同，对有机质的分解能力、分解途径和终产物不同，好氧微生物对有机质进行完全分解，其分解产物主要为CO2等，而厌氧微生物对有机质进行不完全分解，产生NH3、H2S等有害物质，造成池塘水质恶化，影响养殖动物的正常生长发育。在池塘生态体系中，由于有机污染物的大量进入，微生物对有机质的分解消耗大量氧气，很容易造成池塘，尤其是池塘底部溶氧降低，可能形成有机物厌氧分解，使用池塘生态体系失控。
3.3、池塘生态系统中生产者、分解者及其与水产养殖相互关系从池塘对有机污染物的自净能力上看，微生物和藻类是池塘诸多生态因子中最为关键的二大因素，在池塘生态体系中，微生物种群和数量（即微生物相）与藻类的种群和数（即藻相）是密切相关的，微生物通过其分泌物的直接作用或通过其代谢产物―――营养盐化学状态和浓度的间接作用而影响藻相，研究表明，微生物具有杀藻、抑藻和有效降低藻毒作用，且存在种间选择性。同样，藻类通过对池塘溶解氧的影响而影响微生物相，池塘溶氧增高，能促进底泥好氧微生物繁殖，加速有机质的完全分解和矿化，维持池塘良好的生态环境。
在池塘微生物相和藻相的相互关系中，池塘水体，尤其是中下层水体的溶氧水平是最为重要指标。池塘溶氧，除了供养殖动物消耗外，更多的应用于水质净化，研究表明，虾池水耗氧量占池塘总耗氧量的69.4％，池塘溶氧主要来源于表面水面与空气接触溶入和浮游植物的光合作用，藻相对池塘溶氧水平起到至关重要的作用。
藻类的生长不仅需要N、P等营养，而且需要Ca、Mg、Fe、Mo、有机酸等微量营养[16、17、18]，当池塘中微量营养缺乏时（浓度过低或者以不溶性化合物形式存在），一些藻类，尤其是高等产氧单胞藻（即所谓优良藻类）的生长受到限制，此称之谓限制生长营养。而另外一些藻类如丝状蓝绿藻等因其具有遗传上适应性，具有较大表面积和气泡，能争夺微量营养供其生长繁殖，浮在池塘表面遮住阳光，抑制产氧单胞藻的生长，而较容易形成优势种群，因此，微量营养缺乏时，往往使原始蓝绿藻等不良藻类迅速取得竞争优势，降低了藻类多样性指数，形成不良藻相，形成池塘溶氧水平的波动。池塘藻相的形成与稳定性与池塘水体中N、P营养的供应水平和池塘微量营养的浓度密切相关。
生物质的应用范文第5篇
关键词：生物保护菌；肉制品；货架期
随着生活水平的提高，人们对肉制品的安全问题也更加关注[1]。肉制品水分活度较高、营养物质丰富，十分适合微生物的生长繁殖，而使用化学防腐剂成本较高，且对人类的健康具有一定的安全隐患，使得人们顾虑重重[2]。近年来，主要致病菌包括单增李斯特菌、大肠杆菌、弯曲杆菌、耶尔森菌属及副溶血性孤菌等作为食源性微生物在肉及肉制品中出现的程度已经远超于其他食品[3]。此外能够导致肉制品腐败变质的细菌主要有乳酸杆菌属、杆菌属、链球菌属、假单胞菌属等，它们大都属于耐热性病原菌，普通的加热方法并不能将它们完全杀死，因此一旦其受到这些微生物的污染，肉制品就极易发生腐败变质，影响货架期[4]。此外，随着肉制品的产量逐年上升，由于其腐败变质等现象而导致对人类健康的危害和经济损失也不容小觑，据报道全世界每年因各类肉制品腐败变质而产生的经济损失高达数十亿美元[5]。肉及肉制品的腐败变质也会对消费者的健康产生极大的影响，一些致病菌，如沙门氏菌、大肠杆菌和单增李斯特菌等可以沿食物链传播，成为人类疾病的来源[6]。美国的“单增李斯特菌食物中毒”，欧洲的“口蹄疫”、“疯牛病”等均是由病原微生物而引起的食源性疾病，从而导致食物中毒，威胁人们的生命安全[7]。除此之外，存在使用化学添加剂和农用化学品以及兽药残留等问题的肉类产品也被认为是消费者的健康风险[8]。
基于上述问题，有关于食品安全卫生的法规越来越严格，消费者们希望获得加工工艺简单、食品添加剂和防腐剂少且可以保留肉制品原有风味的肉类加工制品。目前食品的防腐保鲜技术主要分为传统保鲜技术和现代保鲜技术。传统保鲜技术是利用腌制、干燥、发酵、烟熏、冷藏、加热处理等方法达到延长货架期的目的，现代保鲜技术是通过防腐剂（化学防腐剂、天然防腐剂）和高新保鲜技术（包装技术，如气调包装、可食性膜和抗菌包装等；以及低温杀菌技术，如辐照、微波等）来达到防腐保鲜的目的。我国目前针对肉制品腐败变质的解决办法主要是添加抗氧化剂以及防腐剂，但大多数添加的都是化学防腐剂，且这些化学合成物质可以转化成亚硝酸钠和硝酸钠、亚硫酸钠、苯甲酸钠等物质[9]，长期食用会对人体产生毒害作用。因此寻找安全的天然防腐剂成为近来研究的热点。天然防腐剂可以分为植物源物质（包括植物多酚类物质、香辛料及其提取物、抗氧化肽、脂肪酸及其他农副产品提取物等）、动物源物质（包括壳聚糖及其衍生物、溶菌酶等）以及微生物及其代谢产物三大类[10]。本文主要对微生物以及代谢产物（生物保护菌）在肉制品中的应用进行综述。
1 生物保护菌简介
1.1 生物保护菌概念
Stiles[11]在1996年将生物保鲜定义为：使用天然的微生物和（或者）它们产生的抗菌物质来延长货架期以及提高食品的安全性，并以此区分于人工添加化学物质的保存方法；Jay[12]在1996年将生物保护的概念定义为一种微生物对另外一种微生物所产生的拮抗作用；胡萍[13]定义生物保护菌为：对产品感官品质的影响尽可能小的具有拮抗作用，可以延长货架期的菌种。经过多年的研究与归纳总结，人们将其更加准确的定义为：可以添加到食品中的具有延长食品货架期和（或者）抑制致病菌生长的活的微生物[14]。
1.2 生物保护菌的作用途径
生物保护菌的作用途径可以分为以下2 种[15-16]：一种是在食品体系中直接接种生物保护菌，它们可以产生抑菌物质从而抑制食品致病菌及腐败菌的生长或者和有害微生物进行竞争生长；另外一种是直接添加生物保护菌的代谢产物，即细菌素。2 种方法均可以有效地延长食品的货架期，达到防腐保鲜的作用。但是，直接使用生物保护菌的代谢产物有很多缺陷，其中最主要的就是细菌素可能会与目标食品中的一些成分或添加剂发生反应，从而使得其生物活性有所降低[17]。相反，直接接种生物保护菌则具有很多优势。生物保护菌之所以可以起到食品保鲜的作用，主要是因为其可以延缓腐败细菌的生长，以及抑制和减少病原体的生长，其机理主要是生物保护菌可以在该食品的贮藏条件下更好地生长；产生抗菌肽以及有抑菌活性的物质如有机酸、二氧化碳、乙醇及过氧化氢；消除氧气；利用易发酵的营养物质等[13]。此外，生物保护菌还可能具有某些功能特性，如赋予产品特有的风味、质地和营养价值等[18]。
任何生物保护菌被应用到食品中时，都应该考虑以下条件[19]：1）必须是无毒的；2）必须被权威部门所采纳；3）对于要应用生物保护菌的食品工业来说应该是经济的，不可成本过高；4）不应给目标食品带去不利影响，包括食品感官品质以及理化性质；5）使用较少的量便可以起作用；6）在贮存时，可以稳定地保持其原有的形状；7）不应该有任何药用。
2 生物保护菌代谢产物细菌素的定义及分类
随着研究的不断深入，人们将生物保护菌所产生的具有生物保护作用的物质定义为细菌素。Cebrán等[20]将细菌素定义为一类可以对同源或者亲缘关系较近的微生物具有潜在抑制作用的蛋白质或者多肽。根据细菌素自身特点，可将其分成4 类：第1类为羊毛硫抗生素，又可再细分为由阳离子及疏水性多肽组成的a类和其多肽含有比较刚性的结构的b类；第2类为热稳定、无修饰的小分子肽；第3类为热不稳定的大分子肽；第4类为蛋白质复合物[9]。研究表明，已经有许多属于前2类的细菌素可以有效地抑制食品中有害微生物的生长，但是只有乳酸链球菌素（Nisin）已经被工业化生产并在部分地区获得了可以作为食品防腐剂的证书[21]。同时由于乳酸菌从古至今一直被安全使用于发酵食品中，所以乳酸菌也是应用最多的生物保护菌[22]。
3 生物保护菌在肉制品中的应用
自从乳酸菌在肉制品中被发现后，乳酸菌所产生的细菌素也逐渐被发现并分离出来。尽管大部分细菌素都是从与食物相关的乳酸菌中分离出来的，但它们并不一定可以对所有的食品都产生作用。目前被确定的确实可以对食品产生防腐保鲜作用的一些生物保护菌所产生的细菌素中，应用最多且效果最好的就是Nisin。生物保护菌作为一种天然的新型防腐剂，在国际上已经得到认可，一些研究人员成功地将生物保护菌应用于各类肉制品中，并取得良好效果。
3.1 在肉灌制品中的应用
人们通常选用硝酸盐来抑制肉灌制品中肉毒梭状芽胞杆菌的生长，但考虑到食品安全性的问题，人们希望可以找到其他的办法来抑制其生长[23]。孔保华等[24]研究表明，添加不同浓度的Nisin，在培养数天后，红肠中的菌落总数明显低于对照组，当Nisin的添加量为400 IU/g
时，抑菌效果最好，在贮藏17 d后红肠样品中的菌落总数为1.2×106 CFU/g，而对照组为5.8×103 CFU/g，表明Nisin可以在一定程度上起到延长货架期的作用。但单独使用时的效果没有与其他方法联用时的效果好；李琛等[25]
用Nisin、山梨酸钾、双乙酸钠、EDTA-2Na 4 个因素进行分组保鲜实验，结果表明，不同组分的复合防腐剂均起到了抑菌作用，其中最佳的防腐剂添加量为Nisin 0.025%、山梨酸钾0.025%、双乙酸钠0.15%、EDTA-2Na
0.01%，该复合防腐剂可使红肠样品的菌落总数降低10 倍以上。徐胜等[26]通过对压力、保压时间和Nisin浓度3 个因素的正交试验发现，通过Nisin和超高压的复合作用处理低温火腿肠的抑菌效果比两者中单一处理的抑菌效果更优；且较佳的处理条件为：Nisin添加量0.02%、处理压力400 MPa、保压时间10 min。Ellahe等[27]研究发现Nisin可以减少低温贮藏时气调包装中乳化肠的需氧菌落总数以及乳酸杆菌含量，延长货架期。
3.2 在冷鲜肉中的应用
冷鲜肉是指牲畜宰后胴体温度在24 h内迅速降低至0～4 ℃，并且在后续的加工、流通和销售过程中始终保持该温度的生鲜肉，也称冷却肉、排酸肉[28]。
在4 ℃条件下贮藏时，一些嗜冷菌如单核细胞增生李斯特菌（Listeria monocytogenes）和假单胞菌属（Pseudomonas）等会引起冷鲜肉发生腐败，从而降低货架期。因此如何延长冷鲜肉货架期是近年来亟待解决的问题。Kouakou等[29]将弯曲乳杆菌产生的细菌素米酒乳杆菌素P（sakacin P）和乳酸片球菌产生的细菌素片球菌素AcH（pediocin AcH）作为发酵剂添加到接种了李斯特菌的生猪肉中，在4 ℃条件下保存6 周。当只添加一种细菌素时，贮藏1 周或者2 周，单增李斯特菌的数量从开始的102 CFU/g降低到几乎没有，然后再在之后的1周回升，当2 种细菌素一起加入到生猪肉中时，单增李斯特菌细菌数量回升的日期延后。王频[30]研究发现，将Nisin用于冷却猪肉的冷藏保鲜时，可以有效地延长肉样冷藏保鲜的货架期，且当猪肉浸泡在添加量为0.05 g/L的Nisin保鲜液中120 s时，保鲜效果最佳，货架期可延长6 d。
3.3 在火腿中应用
防腐保鲜是限制火腿发展的一个重要因素，而使用一些化学防腐剂或者添加高糖高盐物质又会带来食品安全问题，因此研究人员希望找到一种新的方法来延长火腿的货架期。曾友明等[31]研究发现，不添加任何保鲜剂的盐水方腿在4 ℃条件下贮藏10 d，产品中的细菌总数便超过了国家零售标准（30 000 CFU/g），而添加了150 mg/kg的Nisin的盐水方腿在贮藏第20天时，菌落总数才超出国家标准，这表明不添加保鲜剂的产品很容易腐败变质，保质期短，而Nisin可以有效地抑制低温肉制品中微生物的生长；他们还发现单独用Nisin作为保鲜剂的保鲜效果不如复合型保鲜剂的效果好。胡萍等[13]研究发现，在真空包装的烟熏火腿切片中添加（5.91±0.04） CFU/g的清酒乳杆菌B-2，在4 ℃贮藏时，可以使货架期延长到35 d，而对照货样的保存期为15 d。刘国荣等[32]研究表明，在不添加任何化学防腐剂的情况下，乳酸菌细菌素enterocin LM-2（320 AU/g）和超高压技术（600 MPa）联合处理5 min，可以有效地延长低温切片火腿的货架期，将原本2～3 个月的货架期延长到100 d。Vermeiren等[33]在肉制品中筛选出91 株菌株，鉴定它们作为生物保护菌对蒸煮腌肉制品的保鲜作用，结果表明，38%的菌株可以同时抑制多种腐败菌及致病菌的生长；此外还选取了12 株活性最强的菌株应用到模拟的煮制火腿中，发现接种了清酒乳杆菌样品在7 ℃的温度下贮藏34 d时仍然具有较高的感官特性，表明清酒乳杆菌可以作为煮制肉制品的生物保护菌而不影响产品的原有品质。
3.4 在牛羊肉制品中的应用
Castellano等[34]将弯曲乳杆菌（Lactobacillus curvatus）CRL705接种到真空包装的牛肉表面，在2 ℃条件下贮藏60 d后发现，该菌株成为了优势菌株并抑制了热杀索丝菌和腐败乳酸菌的生长，且不影响产品本身的感官结构，延长产品的货架期。张德权等[35]将含有Nisin、溶菌酶和乳酸钠的复合保鲜剂对冷却羊肉进行交互作用，当单独处理时，发现Nisin的抑菌效果最好，溶菌酶次之，乳酸钠抑菌效果为最低；最佳的复合配比为：Nisin 0.34%、溶菌酶0.24%、乳酸钠2.27%。
3.5 在禽肉制品中的应用
禽肉制品因其肉质细嫩、口味鲜美等特点而一直深受消费者的喜爱，而货架期短这一因素影响了禽肉制品的发展。由于消费者对食品安全的意识逐渐增强，使得天然防腐剂的应用越来越受到青睐。Maragkoudakis等[36]评估了从食品体系的乳酸菌中筛选出来的635 株对于食品具有潜在保护作用的菌株，并最终筛选出2 株菌株，屎肠球菌PCD71（E. faecium PCD71）和发酵乳杆菌ACA-DCA179（L. fermentum ACA-DC179），将其作为生物保护菌用于生鲜鸡肉中，结果表明，其抑制了单增李斯特菌和沙门氏菌的生长，并且没有使产品的感官品质下降或者营养价值降低。李清秀等[37]研究发现不同浓度的Nisin和纳他霉素对鸡肉有良好的保鲜作用，且当其质量浓度为40 mg/L的Nisin和500 mg/L的纳他霉素时，保鲜效果最好。徐幸莲等[38]发现将盐水鸭腿经400 mg/kg的Nisin和3.5%的乳酸钠浸泡处理并将其真空包装后，用915 MHz、400 W的微波间歇照射2 次，在22～28 ℃的室温下，其货架期可以达到20 d以上。
4 结 语
生物保护菌作为一种新型的天然食品防腐剂具有无毒、无害、高效、天然等特点；并且可以有效地抑制肉及肉制品中腐败菌及致病菌的生长繁殖从而延长货架期，这使得生物保护菌的应用前景十分广阔。目前为止，已经有研究表明将生物保护菌与其他物质配合使用或与其他包装、贮藏方式联用时的抑菌效果会比单独使用生物保护菌时的抑菌效果更好，但是目前发现的可用于肉及肉制品中充当保鲜剂的生物保护菌种类很少，还需人们进一步的研究发现，扩大其种类。但是否可以将生物保护菌作为发酵肉制品的防腐剂的同时，又作为其发酵菌株的研究十分有限，具有发酵和防腐功能的生物保护菌的发现与应用可以推动肉及肉制品的发展，对人类的健康产生有益的影响。
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