第九章酶的應(yīng)用自

第九章酶的應(yīng)用自第1頁，共49頁，2023年，2月20日，星期三隨著酶工業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展，酶已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、環(huán)保及科研等領(lǐng)域。酶的應(yīng)用包括各種游離酶、固定化酶及修飾酶等在各個領(lǐng)域的應(yīng)用。內(nèi)容十分廣泛。第2頁，共49頁，2023年，2月20日，星期三一、酶在醫(yī)藥方面的應(yīng)用第3頁，共49頁，2023年，2月20日，星期三酶在醫(yī)藥方面的應(yīng)用可歸納為：用酶進行疾病的診斷；用酶治療各種疾病；用酶制造各種藥物。由于酶具有專一性強和效率高的特點，所以在醫(yī)藥方面使用的酶具有種類多、用量少、純度高的特點。第4頁，共49頁，2023年，2月20日，星期三（一）酶在疾病診斷方面的應(yīng)用根據(jù)體液內(nèi)酶活力的變化診斷疾病酸性磷酸酶前列腺癌患者及出現(xiàn)肝炎、甲狀旁腺機能亢進、紅血球病變等疾病時，血清中酸性磷酸酶的活力會升高。堿性磷酸酶佝僂病、骨骼軟化癥、骨瘤、骨骼廣泛性轉(zhuǎn)移癌、甲狀旁腺機能亢進、黃疸性肝臟疾病等，患者血清中堿性磷酸酶活力升高；而軟骨發(fā)育不全等疾病，引起該酶活力下降。轉(zhuǎn)氨酶血清中GPT和GOT的活力測定，已在肝臟疾病和心肌梗塞等疾病的診斷中得到廣泛應(yīng)用。-葡萄糖醛縮酶、胃蛋白酶、乳酸脫氫酶、醛縮酶、磷酸葡萄糖變位酶等的活力測定，有助于對某些癌癥作出診斷。第5頁，共49頁，2023年，2月20日，星期三（二）酶在疾病治療方面的應(yīng)用酶作為藥物可治療多種疾病，且具有療效顯著，副作用小的特點。蛋白酶可用于治療多種疾病，是臨床上使用最早、用途最廣的藥用酶之一?？勺鳛橄瘎委熛涣己褪秤徽?；可作為消炎劑，治療各種炎癥；經(jīng)靜脈注射，可治療高血壓。第6頁，共49頁，2023年，2月20日，星期三溶菌酶也是一種應(yīng)用廣泛的藥用酶。具有抗菌、消炎、鎮(zhèn)痛等作用。可作用于細菌的細胞壁，使病原菌、腐敗性細菌等溶解死滅，療效顯著而副作用很小。與抗生素聯(lián)合使用，可顯著提高抗生素的療效。SOD可使機體免遭超氧負離子的損害；具有抗輻射作用并對紅斑狼瘡、皮肌炎、結(jié)腸炎及氧中毒等疾病有顯著療效。L-天門冬酰胺酶是一種用于治療癌癥的酶。特別是對治療白血病有顯著療效。第7頁，共49頁，2023年，2月20日，星期三（三）酶在藥物制造方面的應(yīng)用青霉素?；冈诎牒铣煽股氐纳a(chǎn)上有重要作用的一種酶。它催化青霉素或頭孢菌素水解生成6-APA和7-ACA，又可催化酰基化反應(yīng)，合成新型青霉素和頭孢菌素。不同來源的該酶對溫度和pH的要求不同。同一來源的該酶在催化水解反應(yīng)和催化合成反應(yīng)時所要求的條件各不相同，尤其是pH條件相差很大，操作時要控制好。催化合成反應(yīng)時，除了要控制好pH、溫度和酶濃度外，還要注意反應(yīng)液中6-APA與側(cè)鏈羧酸衍生物的比例。反應(yīng)液中適當加入一些表面活性劑或異丁醇等，有利于提高轉(zhuǎn)化率。第8頁，共49頁，2023年，2月20日，星期三-酪氨酸酶可催化L-酪氨酸或鄰苯二酚生成多巴。已經(jīng)制成固定化酶使用。多巴是治療帕金森氏綜合癥的一種重要藥物。該酶作用pH為3.5~6.0，溫度為30~55℃，為控制氧化進程，應(yīng)添加維生素C或硫酸肼等抗氧化劑。核苷磷酸化酶可催化阿糖尿苷生成阿糖腺苷；而阿糖尿苷由尿苷通過化學方法轉(zhuǎn)化而成；阿糖腺苷具有顯著的抗癌和抗病毒作用。無色桿菌蛋白酶可以特異性催化胰島素B鏈羧基末端上的氨基酸置換反應(yīng)，由豬胰島素轉(zhuǎn)變?yōu)槿艘葝u素，以增加療效。第9頁，共49頁，2023年，2月20日，星期三二、酶在食品、輕工方面的應(yīng)用第10頁，共49頁，2023年，2月20日，星期三國內(nèi)外最廣泛使用酶的領(lǐng)域是在食品和輕工業(yè)部門。輕工、食品行業(yè)與人們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)。酶的廣泛應(yīng)用，促進了新產(chǎn)品、新工藝和新技術(shù)的發(fā)展；而且可增加產(chǎn)品產(chǎn)量、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低原材料消耗、改善勞動條件、減輕勞動強度等。顯示出良好的經(jīng)濟與社會效益。第11頁，共49頁，2023年，2月20日，星期三（一）酶在食品工業(yè)方面的應(yīng)用制糖工業(yè)酶法生產(chǎn)葡萄糖過去國內(nèi)外葡萄糖生產(chǎn)通常采用酸法水解，現(xiàn)在大都采用酶法。原料：淀粉。酶：-淀粉酶和糖化酶。都要求達到一定純度，尤其是糖化酶中應(yīng)不含葡萄糖苷轉(zhuǎn)移酶。通常使用游離酶分批方式，也可采用固定化糖化酶進行連續(xù)生產(chǎn)。工藝流程：

第12頁，共49頁，2023年，2月20日，星期三果葡糖漿的生產(chǎn)果葡糖漿是由葡萄糖異構(gòu)酶催化葡萄糖異構(gòu)化生成部分果糖而得到的混合糖漿。由于甜度的提高，可減少用量，而且攝取果糖后血糖不易升高，有一定保健功能。原料：葡萄糖，一般由淀粉通過酶法水解制得。但需經(jīng)過層析等方法精制后使用。酶：葡萄糖異構(gòu)酶。最適pH可由于來源不同而有所差別；溫度不宜超過70℃。高果糖漿：通常果葡糖漿含果糖42%左右，若將其中的葡萄糖與果糖分離，將分離出的葡萄糖再進行異構(gòu)化，如此反復，可得到果糖含量達70%、90%甚至更高的糖漿，稱為高果糖漿。第13頁，共49頁，2023年，2月20日，星期三飴糖的生產(chǎn)飴糖是我國傳統(tǒng)的淀粉糖制品。是以大米或糯米為原料，加進大麥芽，利用麥芽中的-淀粉酶和-淀粉酶，將淀粉糖化而成的麥芽糖漿。其中含麥芽糖30%~40%，糊精60%-70%。飴糖也可用酶法生產(chǎn)。原料也是大米或糯米，所用酶為-淀粉酶和-淀粉酶，此法生產(chǎn)的飴糖，麥芽糖含量可達60%-70%。第14頁，共49頁，2023年，2月20日，星期三蛋白制品加工乳制品加工：凝乳蛋白酶用于制造奶酪；用乳糖酶生產(chǎn)低乳糖奶；蛋白酶用于生產(chǎn)乳蛋白水解物等。蛋制品加工：葡萄糖氧化酶用于除去蛋制品中存在的少量葡萄糖，以防止褐變，提高產(chǎn)品質(zhì)量。魚制品加工：利用蛋白酶生產(chǎn)可溶性的魚蛋白粉；用三甲基胺氧化酶脫腥等。肉制品加工：蛋白酶用于制造肉類水解蛋白；用木瓜蛋白酶制成嫩肉粉；蛋白酶用于生產(chǎn)明膠；溶菌酶用于肉類制品的保鮮防腐等。第15頁，共49頁，2023年，2月20日，星期三果蔬加工果膠酶用于果汁和果酒的澄清；柚苷酶和橙皮苷酶可分別用于柑桔類果汁或罐頭制品脫除苦味和防止出現(xiàn)白色渾濁；葡萄糖氧化酶可去除果汁、飲料、罐頭食品和果蔬干制品中的氧氣，防止產(chǎn)品氧化變質(zhì)，防止微生物生長，延長食品保存期；溶菌酶可防止細菌污染，起保鮮作用等。第16頁，共49頁，2023年，2月20日，星期三改善食品的品質(zhì)和風味風味酶的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用，在食品風味的再現(xiàn)、強化和改變方面有廣闊應(yīng)用前景。例如：用洋蔥風味酶處理甘藍等蔬菜；用奶油風味酶作用于含乳脂的巧克力、冰淇淋、人造奶油等食品；風味酶用于恢復甚至強化原來的天然風味。在面包制造中，面團中添加適量的-淀粉酶和蛋白酶，可縮短面團發(fā)酵時間，面包的品質(zhì)也有所提高。第17頁，共49頁，2023年，2月20日，星期三（二）酶在輕工業(yè)方面的應(yīng)用原料處理發(fā)酵原料的處理淀粉原料的處理，一般采用-淀粉酶和糖化酶；含纖維素原料可用纖維素酶處理；含戊聚糖的植物原料可用各種戊聚糖酶處理。紡織原料的處理上漿：用-淀粉酶處理淀粉，可用作上漿的漿料；退漿：利用-淀粉酶使?jié){料水解；若上漿時用動物膠作膠漿，可用蛋白酶使之退漿。造紙原料的制漿酶法制漿：木質(zhì)素酶可水解除去木質(zhì)素，提高紙的質(zhì)量，而且環(huán)保。第18頁，共49頁，2023年，2月20日，星期三生絲的脫膠處理胰蛋白酶、木瓜蛋白酶或微生物蛋白酶可在溫和條件下催化絲膠蛋白水解。羊毛的除垢羊毛在染色前需除垢，可利用蛋白酶來實現(xiàn)，提高羊毛的著色率，并保持羊毛的特點，提高羊毛制品的質(zhì)量。第19頁，共49頁，2023年，2月20日，星期三輕工產(chǎn)品制造酶法生產(chǎn)L-氨基酸L-氨基?；赣糜贒L-?；被岬墓鈱W拆分，工業(yè)上已采用固定化酶的方式連續(xù)生產(chǎn)L-苯丙氨酸和L-色氨酸等；工業(yè)上已將固定化菌體形式的天門冬氨酸酶和天門冬氨酸--脫羧酶分別用于L-天門冬氨酸和L-丙氨酸的連續(xù)生產(chǎn)；已內(nèi)酰胺水解酶用于L-賴氨酸的生產(chǎn)；噻唑啉羧酸水解酶用于合成L-半胱氨酸。酶法生產(chǎn)核苷酸5’-磷酸二酯酶水解RNA生產(chǎn)各種5’-核苷酸；腺苷酸脫氨酶水解AMP生產(chǎn)IMP；核苷磷酸化酶催化肌苷生成5’-IMP，催化鳥苷生成5’-鳥苷酸，催化AMP生成ADP和ATP等。第20頁，共49頁，2023年，2月20日，星期三酶法生產(chǎn)有機酸工業(yè)上采用固定化延胡索酸酶連續(xù)生產(chǎn)L-蘋果酸；環(huán)氧琥珀酸水解酶用于生產(chǎn)L-酒石酸。酶法制醬醬油或豆醬生產(chǎn)中，利用蛋白酶催化大豆蛋白質(zhì)水解，可縮短生產(chǎn)周期，提高蛋白質(zhì)利用率；醬油釀造中，添加纖維素酶可提高原料利用率。酶法制革蛋白酶可用于原料皮脫毛；酸性蛋白酶和少量脂肪酶可用于皮革軟化。第21頁，共49頁，2023年，2月20日，星期三增強產(chǎn)品的使用效果加酶洗滌劑目前洗滌劑中最廣泛最大量使用的是堿性蛋白酶；酶也可加到肥皂中制成加酶肥皂等；淀粉酶、脂肪酶、果膠酶和纖維素酶等也可添加于固體和液體洗滌劑中。加酶牙膏、牙粉和嗽口水可添加到潔齒用品中的酶有蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶和右旋糖酐酶等。可利用酶的催化作用，增加潔齒效果，減少牙垢并可防止齲齒的發(fā)生。加酶飼料淀粉酶、蛋白酶、纖維素酶和半纖維素酶等在飼料中不天加，可增加飼料的可消化性。加酶護膚用品SOD、堿性磷酸酶、尿酸酶、彈性蛋白酶等在護膚及化妝品中的添加，可有效提高護膚效果。第22頁，共49頁，2023年，2月20日，星期三三、酶在環(huán)境保護方面的應(yīng)用第23頁，共49頁，2023年，2月20日，星期三人類賴以生存的環(huán)境質(zhì)量，是目前舉世矚目的重大問題。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，人類開發(fā)利用自然資源的能力和范圍不斷擴大。與此同時，人類的生產(chǎn)、生活對環(huán)境的影響也逐漸增強，環(huán)境日益受到來自生產(chǎn)、生活廢棄物的污染。因此環(huán)境保護問題越來越被人們所重視。第24頁，共49頁，2023年，2月20日，星期三一、水凈化水與人類的生活息息相關(guān)，離開水的滋養(yǎng)，人類將不復存在，因此世界范圍的水污染問題是目前人類最關(guān)心的環(huán)境主題。水源污染常常是由那些劇毒，而且抗生物降解的化學晶造成的，這些化合物很容易在體內(nèi)組織中濃縮聚集，使人產(chǎn)生疾病。為了保護水資源及人類的健康，除去這些有毒的化合物以消除污染是至關(guān)重要的。實踐證明，用酶處理這些污染物是行之有效的。早在20世紀七八十年代，固定化酶已被用于水和空氣的凈化。法國工業(yè)研究所積極開展利用固定化酶處理工業(yè)廢水的研究，將能處理廢水的酶制成固定化酶，其形式有酶布、酶片、酶粒或酶柱等。處理靜止廢水時，可以直接用酶布或酶片。處理流動廢水時，可以根據(jù)廢水所含的污物種類和數(shù)量，確定玻璃酶柱或塑料酶柱的高度和內(nèi)徑。第25頁，共49頁，2023年，2月20日，星期三根據(jù)所處理物質(zhì)的不同，選用不同的固定化酶。也可以裝成多酶酶柱，以彌補單一酶的局限性。例如，可以將分解氰化物的固定化酶和除去酚的固定化酶同時裝入一個柱內(nèi)，既能除去氰，又能除去酚。如果某些酶不能并存，就各自單獨裝柱。在造紙和紙漿工業(yè)的污染處理上，應(yīng)用酶法也是有效的。①造紙廠廢水中，含有大量的淀粉和白土混懸的膠態(tài)物，用固定化α—淀粉酶，可以連續(xù)水解這種廢水中的膠態(tài)懸浮淀粉，使原先懸浮著的纖維很容易沉淀下來，分離除去。制得的固定化α—淀粉酶，可以用分批法或裝柱法連續(xù)處理紙廠廢水。用分批法處理時，同時添加100mg／L明礬，可以除去廢水中懸浮物的80％。用裝柱法處理時，將固定化α—淀粉酶置于有機玻璃反應(yīng)器中，使廢水至下而上流過反應(yīng)器，可以除去廢水中78％的懸浮物。第26頁，共49頁，2023年，2月20日，星期三②在紙張漂白過程中加入氯和氯化物，導致環(huán)境污染。芬蘭技術(shù)研究中j心和芬蘭木漿和紙研究中心共同研究用酶法處理紙漿，使排水管道中含氯的有機化合物數(shù)量減少。加拿大應(yīng)用Trichodermalongibranchiatum中的木聚糖酶對紙張進行漂白，對芬蘭造紙工廠每天排放的1000t廢水進行檢驗，結(jié)果表明紙漿用酶處理后，氯的用量減少25％，廢水中氯有機化合物的含量減少40％。德國MobiteGmbH公司和美國Agrecol公司利用固定化酶可以除去地下水中硝酸鹽。將酶固定在多聚物基質(zhì)上，催化硝酸鹽還原為亞硝酸鹽，在生物反應(yīng)器中亞硝酸鹽可變?yōu)闊o害的氮氣。反應(yīng)原理如下：固定化酶給與電流，待處理的水由活性的基質(zhì)中通過，酶反應(yīng)所需的電子由電流中供給。第27頁，共49頁，2023年，2月20日，星期三應(yīng)用還原酶的基質(zhì)使硝酸鹽完全變?yōu)榈獨狻Ｒ虼饲宄擞泻Φ膩喯跛猁}。歐美國家對硝酸鹽產(chǎn)生的污染問題很重視，飲料中的硝酸鹽的濃度每升不超過40mg。因而酶法處理地下水是非常有意義的。利用固定化熱帶假絲酵母的復合酶系能夠分解酚，可以用來處理含酚廢水。美國采用化學方法將高活力的酚氧化酶結(jié)合到玻璃珠上，用于處理冶金工業(yè)的含酚廢水。利用固定化丁酸梭菌的酶系，分解乙醇產(chǎn)生氫，已被用來處理乙醇廠的生產(chǎn)廢水，而氫又是重要的能源物質(zhì)，這就起了變廢為寶的作用。溶菌酶是一種能夠催化裂解某些細菌細胞壁的酶，這一特性也可被應(yīng)用于污水處理，日本學者采用固定化溶菌酶技術(shù)，成功地處理了廢水中生物難降解的黑腐酸以及與黑腐酸結(jié)構(gòu)類似的有機物質(zhì)。第28頁，共49頁，2023年，2月20日，星期三農(nóng)藥的大量使用，迫切需要發(fā)展有效的處理農(nóng)藥污染的技術(shù)。德國用共價結(jié)合法將可以降解對硫磷等9種農(nóng)藥的酶，固定在多孔玻璃珠上，制得的固定化酶的活力可提高350倍。制成酶柱后用于處理含有對硫磷的廢水，去除率可以達到90％以上。該酶柱能夠連續(xù)工作70d，其酶活力無明顯的損失。這一多酶系統(tǒng)不需要輔助因子或特殊鹽類就能發(fā)揮作用，因此使用起來相當經(jīng)濟。在此基礎(chǔ)上，還可以將分解不同農(nóng)藥的酶同時固定在同一載體上，這樣就能夠處理多種農(nóng)藥廢水。第29頁，共49頁，2023年，2月20日，星期三最近日本國家資源和環(huán)境學院已成功應(yīng)用酪氨酸酶、過氧化物酶和漆酶對廢水中的有毒化合物進行了處理。具有潛在危險的化學晶經(jīng)酶氧化后，轉(zhuǎn)化成易與凝結(jié)劑形成共沉淀的物質(zhì)，然后這些沉淀可被厭氧菌降解，從而達到解毒的目的。目前該學院正在研究如何通過基因工程手段，大批量生產(chǎn)強力的用于污水處理的酶制劑。二、石油和工業(yè)廢油每年排人海中的200萬噸石油也是不容忽視的環(huán)境問題，如不及時處理，不僅會造成魚類的大量死亡，而且石油中的有害物質(zhì)也會通過食物鏈進入我們?nèi)梭w。人們通常用假單胞桿菌、分枝桿菌和分節(jié)孢子桿菌來降解引起污染的石油。然而，這些微生物在低溫海水中繁殖時受到營養(yǎng)物質(zhì)的限制，因此細菌的繁殖率很低。第30頁，共49頁，2023年，2月20日，星期三人們用含有酶及其他成分的復合制劑處理海中的石油，可以將石油降解成適合微生物的營養(yǎng)成分，為浮在油表面的細菌提供優(yōu)良的養(yǎng)料，使得這些分解石油的細菌迅速繁殖，以達到快速降解石油的目的。同樣對工業(yè)廢油的處理也需要酶的參與。如果存在氮化合物，微生物對廢油的破壞是非常迅速的，加入粗蛋白質(zhì)及蛋白水解酶會加速微生物對廢油的生物降解。這是因為此系統(tǒng)會為微生物提供氮源和濃培養(yǎng)液，有利于微生物的生長繁殖。蛋白酶的選擇要根據(jù)整個系統(tǒng)的pH，還要克服重金屬對酶的抑制。脂酶生物技術(shù)應(yīng)用于被污染環(huán)境的生物修復以及廢物處理是一個新興的領(lǐng)域。石油開采和煉制過程中產(chǎn)生的油泄漏，脂加工過程中產(chǎn)生的含脂廢物以及飲食業(yè)產(chǎn)生的廢物，都可以用不同來源的脂酶進行有效的處理。第31頁，共49頁，2023年，2月20日，星期三例如，脂酶被廣泛應(yīng)用于廢水處理，Dauber和Boehnke研究出一種技術(shù)，利用酶的混合物(包括脂酶)將脫水污泥轉(zhuǎn)化為沼氣。脂酶的另一重要應(yīng)用是降解聚酯以產(chǎn)生有用物質(zhì)，特別是用于生產(chǎn)非酯化的脂肪酸和內(nèi)酯。脂酶在生物修復受污染環(huán)境中獲得了廣泛的應(yīng)用。一項歐洲專利報道了利用脂酶抑制和去除冷卻水系統(tǒng)中的生物膜沉積物。脂酶還用于制造液體肥皂，提高廢脂肪的應(yīng)用價值，凈化工廠排放的廢氣，降解棕櫚油生產(chǎn)廢水中的污染物等。利用米曲霉(Aspergillusoryzae)氨酸，更加顯示出了脂酶應(yīng)用的誘人前景。利用親脂微生物，特別是酵母菌，從工業(yè)廢水產(chǎn)生單細胞蛋白，顯示了脂酶在廢物治理中應(yīng)用的另一誘人前景。脂酶在環(huán)境污染物的治理中的應(yīng)用總結(jié)于表10-16。第32頁，共49頁，2023年，2月20日，星期三第33頁，共49頁，2023年，2月20日，星期三三、白色污染當前在各個領(lǐng)域中使用的各種高分子材料，絕大多數(shù)都是非生物降解或不完全生物降解的材料，這些材料已經(jīng)成為人們生活的必需晶。但是，它們被使用后給人們的日常生活及社會帶來了諸多的不便和危害，如外科手術(shù)的拆線、塑料的環(huán)境污染等。據(jù)統(tǒng)計，全世界每年有2500萬噸這樣的材料用后丟棄，嚴重污染了自然環(huán)境。為了解決這些問題，世界各國特別是工業(yè)發(fā)達國家十分重視研究與開發(fā)可生物降解的高分子功能材料，并將其視為面向21世紀生命保護的重大課題之一。據(jù)保守的估計，到2000年全世界對可生物降解高分子材料的市場需求將達到每年140萬噸，并且還會增加。第34頁，共49頁，2023年，2月20日，星期三可生物降解高分子材料，簡單的說是指在一定條件下，能被生物體侵蝕或代謝而降解的材料。隨著人們對可生物降解高分子材料研究的不斷深入，現(xiàn)已對可生物降解高分子材料的概念做了非?？茖W的定義。Graham設(shè)想了需氧和厭氧兩種降解環(huán)境。Ct=C02+H20+Cr+Cb需氧環(huán)境Ct=C02+CH4+H20+Cr十Cb厭氧環(huán)境某種材料的可生物降解性，可以用上式中的幾個參數(shù)來衡量，C02是這種材料被環(huán)境降解所生成的二氧化碳，Cr是這種材料存留在環(huán)境中的未被降解的含碳殘留物，Cb是同化人生物代謝過程中的碳。Cr=0時是完全生物降解(如礦物化)；0<Cr<Ct時是不完全生物降解；Cr：Ct時是完全不能生物降解(非生物降解)。可生物降解高分子材料在各個領(lǐng)域的應(yīng)用前景非常廣闊，這里僅舉幾個代表性的領(lǐng)域（表10-17）。第35頁，共49頁，2023年，2月20日，星期三第36頁，共49頁，2023年，2月20日，星期三一般認為，除了一些天然高分子化合物(女口纖維素、淀粉)外，只含有碳原子鏈的高分子(如聚乙烯醇)是可生物降解的。另外，聚環(huán)氧乙烷、聚乳酸和聚己內(nèi)酯以及脂肪族的多羧酸和多功能基醇所形成的聚合物也是可生物降解的。這里包括聚酯類和聚糖類高分子。開發(fā)可生物降解高分子材料的傳統(tǒng)方法包括天然高分子的改造法、化學合成法等。天然高分子的改造法是通過化學修飾和共聚等方法，對淀粉、纖維素、甲殼素、木質(zhì)素、透明質(zhì)酸、海藻酸等天然高分子進行改性，制備可生物降解的高分子材料；化學合成法是模擬天然高分子的化學結(jié)構(gòu)，從簡單的小分子出發(fā)制備分子鏈上連有酯基、酰胺基、肽基的聚合物。第37頁，共49頁，2023年，2月20日，星期三這些高分子化合物結(jié)構(gòu)單元中含有被生物降解的化學結(jié)構(gòu)或是在高分子鏈中嵌入易生物降解的鏈段。一旦結(jié)構(gòu)中嵌入了易生物降解的鏈段，則原來即使非生物降解的結(jié)構(gòu)也能或快或慢地被降解?？缮锝到飧叻肿拥膫鹘y(tǒng)開發(fā)方法雖然各有特點，并且有些已投入小規(guī)模的生產(chǎn)和應(yīng)用，但它們各自的缺點也是顯而易見的。天然高分子的改造法雖然原料來源充足，但一般不易加工成型，大多數(shù)受熱熔化前已開始分解，只能通過溶液法加工，而且產(chǎn)量小，限制了它們的應(yīng)用；化學合成法反應(yīng)條件苛刻(高溫、高壓等)，副產(chǎn)品多，有時需使用有毒的催化劑，而且工藝復雜，成本較高，有些產(chǎn)品的生物相容性也不太好；由于生物合成法是利用生物體的代謝產(chǎn)物來合成目標產(chǎn)品，因此產(chǎn)品生物相容性好，能彌補上述方法的缺陷。第38頁，共49頁，2023年，2月20日，星期三生物合成法已在高分子合成中嶄露頭角，它包括微生物發(fā)酵法和酶催化合成法。酶法合成可生物降解高分子兼有化學法和微生物法的優(yōu)點，它是以酶代替化學催化劑，高效率、高選擇性地催化某一化學反應(yīng)，催化反應(yīng)的條件溫和(一般在常溫、常壓下)。酶法克服了微生物法代謝產(chǎn)物復雜、產(chǎn)物分離困難的缺點。用酶法合成可生物降解高分子材料，實際上得益于非水酶學的發(fā)展(有關(guān)非水酶學詳見第五章)。用酶促合成法開發(fā)的可生物降解高分子材料主要包括聚酯類、聚糖類、聚酰胺類等等。可生物降解高分子材料的開發(fā)由于它重要的社會意義，已越來越得到世界各國的重視。利用生物法合成可生物降解的高分子材料，是開發(fā)可生物降解高分子材料的重要途徑之一。第39頁，共49頁，2023年，2月20日，星期三四、環(huán)境監(jiān)測環(huán)境保護重在預(yù)防，只有從源頭阻斷污染源才會從根本上解決環(huán)境問題。因此環(huán)境監(jiān)測是環(huán)境保護的一個重要而又必需的手段。酶在這方面也發(fā)揮了日益突出的作用。早在50年代末，Weiss等就用魚腦乙酰膽堿酶活力受抑制程度來監(jiān)測水中極低濃度的有機磷農(nóng)藥。80年代初楊瑞等以“四大家魚”血清乳酸脫氫酶(SLDH)同工酶譜帶及活力成功地檢測了農(nóng)藥廠廢物污染的危害情況，如低劑量鎘、鉛可使SLDH同工酶中的SLDH活性升高，低劑量汞使SLDH活性升高，低劑量銅使SLDH活性降低。最新研究發(fā)現(xiàn)以蛋白磷酸酶活力來檢測微囊藻毒素量，最低檢出限量可達0.01mg／L，靈敏度極高，可用來監(jiān)測水體的富營養(yǎng)化。第40頁，共49頁，2023年，2月20日，星期三利用固定化酶可以檢測有機磷、有機氮農(nóng)藥和其他痕劑量的環(huán)境污染物，具有靈敏度高、性能穩(wěn)定，可以連續(xù)測定等優(yōu)點。例如，利用固定化的膽堿脂酶，能夠檢測空氣或水中的微量酶抑制劑(如有機磷農(nóng)藥)，靈敏度可達0.1mg／L。由淀粉凝膠—膽堿脂酶和尼龍管—膽堿脂酶組成的毒物警報器已經(jīng)使用。由固定化酶和靈敏的電位滴定法或連續(xù)的熒光測定法相結(jié)合，可以用來測定空氣中和水中可能存在的有機磷殺蟲劑的毒害。此外，固定化硫氰酸酶也可用于檢測氰化物的存在。酶傳感器在環(huán)境監(jiān)測中也已取得誘人的成就，并將繼續(xù)擴大其應(yīng)用范圍。目前已發(fā)表的酶傳感器已有多種，如利用多酚氧化酶制成固定化酶柱，將其與氧電極檢測器合用，可以檢測水中痕量的酚。第41頁，共49頁，2023年，2月20日，星期三據(jù)報道將亞硝酸還原酶膜與氧電極偶聯(lián)，可成功地被用來靜態(tài)測定水中亞硝酸鹽濃度。酶學和免疫學測定法在環(huán)境監(jiān)測上也常被采用。例如美國利用酶聯(lián)免疫分析法原理，采用雙抗體夾心法，研制出微生物快速檢驗盒，用此檢驗盒梭測沙門菌、李斯特菌等2h即可完成。近年來，日本、英國和美國等都在研究β-葡聚糖苷酸酶活力法檢測飲用水和食品中的大腸桿菌，做法是以4—甲香豆基—β—D—葡聚糖苷酸為熒光底物摻人到選擇性培養(yǎng)基中，樣品液中如有大腸桿菌，此培養(yǎng)基中的4—甲香豆基—β—D—葡聚糖苷酸將分解產(chǎn)