第五章 應(yīng)用(二)煤的微生物轉(zhuǎn)化

1、2014年3月14日星期五10時43分27秒第五章煤的微生物轉(zhuǎn)化1意義★我國是世界上最大的產(chǎn)煤國和消費國。中國煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的出路就是實施中國潔凈煤戰(zhàn)略。★傳統(tǒng)的煤化工企業(yè)（煤炭氣化和煤炭液化），建設(shè)和運行成本高昂，是典型的高能耗、高危險及高污染的“三高”企業(yè)。★煤炭工業(yè)必須走“綠色”煤炭轉(zhuǎn)化之路——煤炭生物降解轉(zhuǎn)化技術(shù)，這樣既符合我國的國情，又符合潔凈煤技術(shù)的國際發(fā)展方向，是我國能源可持續(xù)發(fā)展的一條必由之路?！锂?dāng)前我國已成為石油進

2、口和消費絕對水平的國際第二大國，增量水平上的頭號大國。國家戰(zhàn)略安全決定了我國能源戰(zhàn)略必須立足國內(nèi)優(yōu)勢煤炭資源走以煤代油、煤炭綠色轉(zhuǎn)化之路。所以本課題研究有著十分重要的意義。2定義★煤的生物轉(zhuǎn)化（BioconvertionBiotransfmation）是屬煤炭生物加工的范疇，是指煤在微生物參與下發(fā)生大分子的解聚作用，稱之為生物降解轉(zhuǎn)化或生物溶解（Biodegradationbiosolubilization），主要是利用真菌、細(xì)菌和放線

3、菌等微生物的轉(zhuǎn)化作用來實現(xiàn)煤的溶解、液化和氣化，使之轉(zhuǎn)化成易于溶水的物質(zhì)或者烴類氣體，從中進一步提取或者轉(zhuǎn)化有特殊價值的化學(xué)品以及制取清潔燃料、工業(yè)添加劑及植物生長促進劑等。3可行性★煤炭生物轉(zhuǎn)化的可行性：煤，石油和木質(zhì)素三者在大結(jié)構(gòu)組成的同源性以及某些微生物在碳素循環(huán)的特殊性決定了煤炭生物轉(zhuǎn)化的可能性?！锩何⑸镛D(zhuǎn)化研究于20世紀(jì)80年代初。始于德國F.V.Fakoussa博士和美M.S.Cohen教授分別報道了某些真菌能在煤塊上生長

4、，將煤溶解轉(zhuǎn)化成黑色水溶液。4降解菌種★煤炭生物降解轉(zhuǎn)化菌種：研究發(fā)現(xiàn)對煤炭具有降解轉(zhuǎn)化功能的菌種有：細(xì)菌類有PseudomonascepaciastrainDLC07等；放線菌類有Streptomycessetonii75Vi2等；真菌類的擔(dān)子菌屬中有Phanerochaetechrysospium等；酵母菌中的一些種及絲狀真菌中的Aspergillussp.等。在這些種屬中，云芝、青霉、假單胞菌的液化能力較強。5意義★當(dāng)前，煤炭生物

5、轉(zhuǎn)化國內(nèi)外大多停留在菌種的篩選和常規(guī)誘變上?！锢没蚬こ痰氖侄螛?gòu)建能夠降解特殊化合物超級工程菌是微生物方向前進。據(jù)報道美國就已用4種假單胞細(xì)菌的基因組入到同一菌株中，創(chuàng)造了有超常降解能力的超級菌，其降解石油的速度奇快，幾小時能夠分解石油中三分之二的烴類，而自然需要一年多才行?！锕时菊n題采用一些具有不同降解原理的菌種進行細(xì)胞融合、基因重組方面的研究，力求從根本上改造煤炭的降解轉(zhuǎn)化菌種?！锢没蚬こ痰氖侄螛?gòu)建煤炭降解轉(zhuǎn)化高效工程菌是本論

6、文的特色。11微主物溶煤活性物及溶煤機理溶煤活性物微生物分泌的溶煤活性物可能為酶、堿、多肽、聚胺、表面活性劑、螯合劑或其他的化學(xué)物質(zhì)。根據(jù)溶煤活性物的不同，研究者提出了堿溶機理、酶作用機理、螫合物作用機理、表面活性劑作用機理等。煤的生物溶解過程是一個復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過程，菌種不同，溶煤活性物不同；同一菌種在不同的培養(yǎng)基中，對不同的煤樣，其分泌的溶煤活性物也可能不同。12微主物溶煤機理★自開展此項研究以來，專家學(xué)者們對此提出了多種機理，到目

7、前為止，煤炭微生物降解轉(zhuǎn)化的機理被人們所公認(rèn)的主要有三種，即堿作用機理、生物螯合劑的作用機理、生物酶作用機理。13微主物溶煤機理生物酶作用機理★真菌生物降解轉(zhuǎn)化煤炭機理探討：黃孢原毛平革菌具有木質(zhì)素降解酶系統(tǒng)（ligninolyticenzymesystem）或木質(zhì)素修飾酶系統(tǒng)（ligninmodifyingenzymesLME）。1.木質(zhì)素過氧化物酶（Lip）：Lip通過催化酚類、非酚類物質(zhì)氧化，參與木質(zhì)素解聚。2.Mn過氧化物酶（M

8、nP）：MnP氧化大量的酚類底物；如胺類、染料，在木質(zhì)素解聚中有重要作用。3.漆酶（Lac）：以酚類化合物為底物。雖然一度認(rèn)為Lac對底物的進攻主要局限于酚類化合物，現(xiàn)以證明，它對于許多非酚類物質(zhì)如蒽、苯并芘、多環(huán)芳烴等同樣有高度的進攻性。還參與木質(zhì)素的解聚和降解。Lac催化C－C鍵、C－O鍵的斷裂，催化脫甲基、解聚和聚合反應(yīng)。14微主物溶煤機理★L(fēng)iP的催化循環(huán)：LiPH2O2→LiPⅠH2OLiPⅠAH2→LiPⅡAH?LiPⅡAH