酶工程在環(huán)境保護(hù)方面的應(yīng)用

1、酶工程在環(huán)境保護(hù)方面的應(yīng)用進(jìn)展孫雪摘要：隨著生物科學(xué)和生物工程的迅速發(fā)展，生物技術(shù)在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的研究、開(kāi)發(fā)方面已經(jīng)展示了巨大的威力。 酶在環(huán)保方面的應(yīng)用日益受到關(guān)注，呈現(xiàn)出良好的發(fā)展前景。 介紹了酶在造紙方面的應(yīng)用， 漆酶在環(huán)境保護(hù)方面的應(yīng)用，農(nóng)作物上的農(nóng)藥殘留的檢測(cè)， 重金屬污染的檢測(cè)；廢水處理方面的應(yīng)用，將廢水中含有的淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪通過(guò)特定的酶進(jìn)行處理； 同時(shí)，酶在可生物降解材料開(kāi)發(fā)方面的應(yīng)用也是目前研究的重要課題。關(guān)鍵詞：酶工程；環(huán)境保護(hù)；廢水處理；可生物降解高分子；應(yīng)用與研究人類的生產(chǎn)和生活與自然環(huán)境密切相關(guān)， 地球環(huán)境由于受到各方面因素的影 響，正在不斷惡化， 已經(jīng)成為舉世矚目

2、的重大問(wèn)題。 如何保護(hù)和改善環(huán)境質(zhì)量是 人類面臨的重大課題。1. 21 世紀(jì)酶工程的前景跨入21世紀(jì),人們?cè)?20世紀(jì)認(rèn)識(shí)生命本質(zhì)高度一致性的基礎(chǔ)上 ,迎來(lái)了后基 因組時(shí)代 （post-genome era）, 將有可能從整個(gè)基因組及其全套蛋白質(zhì)產(chǎn)物的結(jié) 構(gòu)-功能機(jī)理的角度 , 進(jìn)一步闡明生命現(xiàn)象的核心和本質(zhì) , 并系統(tǒng)整合生物學(xué)的全 部知識(shí),建立起真正的統(tǒng)一的普通生物學(xué) （general biology） 。在 21世紀(jì), 結(jié)構(gòu)生 物學(xué)、功能生物學(xué)、遺傳 - 發(fā)育- 進(jìn)化的統(tǒng)一、生態(tài)學(xué)、宏觀生物學(xué)、腦科學(xué)及其 相關(guān)學(xué)科等方面 ,必將在深度和廣度上取得更快的發(fā)展 , 獲得更大、更新的成果。 而

3、生物技術(shù)將為解決人類所面臨的食品和營(yíng)養(yǎng)、 健康和長(zhǎng)壽、資源和能源、 環(huán)境 保護(hù)和生態(tài)平衡 ,以及可持續(xù)發(fā)展等重大問(wèn)題 , 發(fā)揮無(wú)可替代的作用 , 為人類作出 更大的貢獻(xiàn)。酶工程是生物技術(shù)的一個(gè)重要組成部分 ,指在一定的生物反應(yīng)器內(nèi) , 利用酶 的催化作用 , 進(jìn)行物質(zhì)轉(zhuǎn)化的技術(shù)。其應(yīng)用范圍已遍及工業(yè)、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、化學(xué) 分析、環(huán)境保護(hù)、能源開(kāi)發(fā)和生命科學(xué)理論研究等各個(gè)方面。 12. 酶在環(huán)境保護(hù)方面的應(yīng)用人類賴以生存的環(huán)境質(zhì)量 , 是目前舉世矚目的重大問(wèn)題。隨著科學(xué)技術(shù)的不 斷發(fā)展 , 人類開(kāi)發(fā)利用自然資源的能力和范圍不斷擴(kuò)大 ,隨之而來(lái)的環(huán)境污染問(wèn) 題也越來(lái)越嚴(yán)重。環(huán)境污染已成為制約人類社會(huì)發(fā)

4、展的重要因素 , 我國(guó)每年排放 大量廢水 （416 億 t） 、廢氣和煙塵 （2000 萬(wàn) t） 以及固體廢棄物 （1000 億 t）, 污染達(dá) 到相當(dāng)嚴(yán)重的地步 2 。因此環(huán)境保護(hù)問(wèn)題越來(lái)越受到人們的重視。2.1 漆酶、白菌酶在環(huán)境保護(hù)方面的應(yīng)用漆酶是一種含酮的多酚氧化酶（P diphenolox-idaseECI 10 3 2）,最早 是從漆樹(shù)的分泌物中發(fā)現(xiàn) ,后來(lái)人們發(fā)現(xiàn)許多生物 ,包括植物、微生物 （主要是真 菌 ） 、甚至昆蟲體內(nèi)皆存在漆酶。3由于具有相當(dāng)廣泛的底物專一性和較好的穩(wěn)定性 , 漆酶在廢水處理、生物漂 白、芳香化合物轉(zhuǎn)化、環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面具有重要應(yīng)用價(jià)值擔(dān)子菌綱中的白腐菌是

5、生產(chǎn)漆酶的一類重要的真菌。隨著漆酶研究的深入， 漆酶在含酚廢水的處理、 環(huán)境中酚類毒物的降解、 秸稈生物降解、 土壤生物修復(fù) 和飼料工業(yè)等方面得到了越來(lái)越廣泛的關(guān)注和應(yīng)用 4 。2.2 固定化酶在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用隨著社會(huì)的發(fā)展 , 人們生活水平的提高 , 越來(lái)越多的廢物被排放到環(huán)境中。 而這些廢物的增長(zhǎng)是由于人口增長(zhǎng)與工業(yè)增長(zhǎng)的雙重產(chǎn)物 , 因此增長(zhǎng)速度要比 人口與工業(yè)生產(chǎn)更快。 由于人類與社會(huì)系統(tǒng)存在著發(fā)展的無(wú)限性與地球的有限性 這一基本矛盾 , 因此, 治理環(huán)境已是迫在眉睫。 我國(guó)于 20世紀(jì) 60年代末開(kāi)始認(rèn) 識(shí)到環(huán)境污染的危害 , 首先在一些大城市如上海、 北京、天津等地開(kāi)始不同程度

6、的處理廢水。繼而也廣泛的開(kāi)展了環(huán)境污染的治理工作 , 但環(huán)境治理工作任重而 道遠(yuǎn) , 關(guān)鍵在于技術(shù)的革新以及防止治理過(guò)程中新污染的產(chǎn)生。 而利用微生物來(lái) 保護(hù)環(huán)境治理環(huán)境則在這方面更顯示出它的優(yōu)越性 5 。3. 酶工程在污染治理中的應(yīng)用3.1 酶工程在廢水處理方面的應(yīng)用與傳統(tǒng)的物理化學(xué)過(guò)程和生物處理過(guò)程相比, 酶處理有機(jī)廢水有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)6八、(1) 能處理難以降解的有機(jī)化合物 ;(2) 高濃度或低濃度廢水都適用 ;(3) 操作時(shí)的pH,溫度和鹽度的范圍都很寬；(4) 不會(huì)因生物物質(zhì)的聚集而減慢處理速度 , 處理過(guò)程的控制簡(jiǎn)便易行 ;(5) 不易被有生物毒性的物質(zhì)所抑制 ；(6) 具有固定化酶

7、的反應(yīng)器抗沖擊能力強(qiáng)同時(shí)目前主要的應(yīng)用范圍包括含酚廢水的處理， 造紙廢水的處理， 含氰廢水 的處理，食品廢水的處理 7 。3.2 酶在廢油脂轉(zhuǎn)化酯生產(chǎn)生物柴油方面的應(yīng)用生物柴油，即長(zhǎng)鏈脂肪酸單酯， 是一種以動(dòng)植物油脂為原料生產(chǎn)的可再生的 綠色能源。它不但可以作為化石柴油的替代燃料， 而且具有化石柴油無(wú)可比擬的 優(yōu)良特性。隨著石油資源的日益枯竭以及人們環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)。 近年來(lái)生物 柴油的生產(chǎn)已引起世界各國(guó)的廣泛關(guān)注 ,并成為新能源開(kāi)發(fā)的一個(gè)熱點(diǎn)。目前生物柴油的工業(yè)生產(chǎn)均采用化學(xué)法， 這種方法存在醇必須大大過(guò)量、 能 耗高、產(chǎn)物難于回收和廢堿液污染環(huán)境等缺點(diǎn)， 并且對(duì)原料要求高， 導(dǎo)致生產(chǎn)成

8、本過(guò)高 （原料成本占總成本的 75%左右） 。能否利用廉價(jià)的原料生產(chǎn)生物柴油是生 物柴油能否得到廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。 酶法生產(chǎn)生物柴油具有反應(yīng)條件溫和、 醇用量 小、產(chǎn)物易分離及無(wú)污染物排放等優(yōu)點(diǎn)， 尤其是對(duì)原料要求低， 可利用餐飲業(yè)廢 油脂和工業(yè)廢油脂等原料， 故可望降低生物柴油的生產(chǎn)成本。 因此， 酶法生產(chǎn)生 物柴油日益受到人們的青睞 8 。4. 酶法合成可生物降解高分子材料 隨著城市化和工業(yè)化的不斷發(fā)展， 高分子材料已經(jīng)成為與鋼鐵、 水泥和木材 等并重的四大支柱材料之一 ，雖然許多新材料的生產(chǎn)改善了人類的物質(zhì)生活， 但是與此同時(shí)也帶來(lái)了大量的污染廢棄物， 加速了環(huán)境的惡化。 因此可生物降解

9、材料越來(lái)越引起人們的關(guān)注， 并且對(duì)人類的生存、 健康與發(fā)展將起重要作用。 近 些年來(lái)，可生物降解高分子材料的研發(fā)已成為高分子領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一， 它具有質(zhì) 量輕、化學(xué)穩(wěn)定性好、價(jià)格低廉以及可生物降解等優(yōu)點(diǎn)。因此應(yīng)用領(lǐng)域也比 較廣泛，例如建材業(yè)、農(nóng)業(yè)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域等等 9 。真正的生物降解高分子是在有水存在的環(huán)境下 , 能被酶或微生物促進(jìn)水解降 解、高分子主鏈斷裂、分子量逐漸變小以至最終成為單體或代謝成C02和H2O當(dāng)前生物材料研究中的一個(gè)重要趨勢(shì)是發(fā)展可降解聚合物新的應(yīng)用。 其最廣泛的 應(yīng)用是作為藥物控制體系的載體材料和體內(nèi)短期植入物。 當(dāng)用生物降解高分子作 為載體的長(zhǎng)效藥物植入體內(nèi) , 在藥物釋放完

10、之后也不需要再經(jīng)手術(shù)將其取出 , 這 可以減少用藥者的痛苦和麻煩。因此生物降解高分子是抗癌、青光眼、心臟病、 高血壓、止痛、避孕等長(zhǎng)期服用藥物的理想載體。目前傳統(tǒng)開(kāi)發(fā)可生物降解高分子材料的方法有天然高分子改造法、 化學(xué)合成 法、微生物發(fā)酵法等； 傳統(tǒng)的方法雖然各有特點(diǎn)， 但是他們的缺點(diǎn)也是顯而易見(jiàn) 的10 。用酶法合成可生物降解高分子材料 , 實(shí)際上得益于非水酶學(xué)的發(fā)展。酶在有 機(jī)介質(zhì)中表現(xiàn)出與其在水溶液中不同的性質(zhì) , 并擁有催化一些特殊反應(yīng)的能力 , 從而顯現(xiàn)出許多水相中所沒(méi)有的特點(diǎn) 11 。小結(jié)與展望隨和工業(yè)的發(fā)展和人口的增長(zhǎng)，伴隨著能源的減少，使得酶工程的發(fā)展變得 格外重要。酶工程目前

11、在環(huán)境保護(hù)方面的應(yīng)用比較廣泛， 在農(nóng)藥檢測(cè)，污水處理， 可降解高分子材料等方面均有比較好的應(yīng)用，有著經(jīng)濟(jì)，高效，污染少，可再次 利用等多種優(yōu)點(diǎn)。但是有些方法比較老舊，比如在生產(chǎn)科生物降解高分子材料中， 利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)法，因?yàn)橛懈碑a(chǎn)物的生成，產(chǎn)物分離有一定的困難，所以仍 然需要去改進(jìn)。目前提高產(chǎn)酶效率，將動(dòng)植物產(chǎn)生的酶轉(zhuǎn)變?yōu)槲⑸锇l(fā)酵產(chǎn)酶； 開(kāi)發(fā)酶的新品種，比如一些耐高溫、耐酸的酶。酶工程將會(huì)在環(huán)境保護(hù)方面起到 越來(lái)越重要的作用。參考文獻(xiàn)1. 居乃琥 21 世紀(jì)酶工程研究的新動(dòng)向 J. 工業(yè)微生物 2001，3(1)2. 居乃琥 酶工程研究和酶工程產(chǎn)業(yè)的新進(jìn)展 J. 2004,26 (3)3. 劉濤，曹瑞玉 漆酶在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域中的研究及應(yīng)用進(jìn)展 J. 云南環(huán)境科學(xué) 2005,24 (3)4. 張莉 白腐菌漆酶酶學(xué)性質(zhì)及其在酚類化合物降解中的特性研究 D 20095. 云艷霞 環(huán)境工程中固定化酶與固定化微生物的應(yīng)用 J 大學(xué)時(shí)代 2006,66. 王建龍，文湘華 現(xiàn)代環(huán)境生物技術(shù) M. 清華大學(xué)出版社 ,20017. 邵鳳琴，韓慶祥 酶工程在污染治理中的應(yīng)用 N 石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào) 2003，16(2)8