酶工程在环境保护方面的应用

1、酶工程在环境保护方面的应用进展孙雪摘要：随着生物科学和生物工程的迅速发展， 生物技术在环境保护领域的研究、 开发方面已经展示了巨大的威力。 酶在环保方面的应用日益受到关注， 呈现出良好的发展前景。 介绍了酶在造纸方面的应用， 漆酶在环境保护方面的应用， 农作物上的农药残留的检测， 重金属污染的检测； 废水处理方面的应用， 将废水中含有的淀粉、 蛋白质、脂肪通过特定的酶进行处理；同时，酶在可生物降解材料开发方面的应用也是目前研究的重要课题。关键词：酶工程；环境保护；废水处理；可生物降解高分子；应用与研究人类的生产和生活与自然环境密切相关，地球环境由于受到各方面因素的影响，正在不断恶化， 已经成为

2、举世瞩目的重大问题。如何保护和改善环境质量是人类面临的重大课题。1. 21 世纪酶工程的前景跨入 21 世纪 , 人们在 20 世纪认识生命本质高度一致性的基础上 , 迎来了后基因组时代 (post-genome era), 将有可能从整个基因组及其全套蛋白质产物的结构 - 功能机理的角度 , 进一步阐明生命现象的核心和本质 , 并系统整合生物学的全部知识 , 建立起真正的统一的普通生物学 (general biology) 。在 21 世纪 , 结构生物学、功能生物学、遗传 - 发育 - 进化的统一、生态学、宏观生物学、脑科学及其相关学科等方面 , 必将在深度和广度上取得更快的发展 , 获得

3、更大、更新的成果。而生物技术将为解决人类所面临的食品和营养、 健康和长寿、 资源和能源、 环境保护和生态平衡 , 以及可持续发展等重大问题 , 发挥无可替代的作用 , 为人类作出更大的贡献。酶工程是生物技术的一个重要组成部分 , 指在一定的生物反应器内 , 利用酶的催化作用 , 进行物质转化的技术。其应用范围已遍及工业、医药、农业、化学1分析、环境保护、能源开发和生命科学理论研究等各个方面。2. 酶在环境保护方面的应用人类赖以生存的环境质量 , 是目前举世瞩目的重大问题。随着科学技术的不断发展 , 人类开发利用自然资源的能力和范围不断扩大 , 随之而来的环境污染问题也越来越严重。环境污染已成为

4、制约人类社会发展的重要因素 , 我国每年排放大量废水 (416 亿 t) 、废气和烟尘 (2000 万 t) 以及固体废弃物 (1000 亿 t), 污染达到相当严重的地步 2 。因此环境保护问题越来越受到人们的重视。2.1漆酶、白菌酶在环境保护方面的应用漆酶是一种含酮的多酚氧化酶 (P diphenolox-idaseECl ·10·3·2), 最早是从漆树的分泌物中发现 , 后来人们发现许多生物 , 包括植物、微生物 ( 主要是真菌 ) 、甚至昆虫体内皆存在漆酶。由于具有相当广泛的底物专一性和较好的稳定性 , 漆酶在废水处理、生物漂白、芳香化合物转化、环境监测

5、等方面具有重要应用价值3 。担子菌纲中的白腐菌是生产漆酶的一类重要的真菌。随着漆酶研究的深入，漆酶在含酚废水的处理、 环境中酚类毒物的降解、 秸秆生物降解、 土壤生物修复42.2固定化酶在环境保护中的应用随着社会的发展 ,人们生活水平的提高 ,越来越多的废物被排放到环境中。而这些废物的增长是由于人口增长与工业增长的双重产物 , 因此增长速度要比人口与工业生产更快。 由于人类与社会系统存在着发展的无限性与地球的有限性这一基本矛盾 , 因此 , 治理环境已是迫在眉睫。 我国于 20 世纪 60 年代末开始认识到环境污染的危害 , 首先在一些大城市如上海、 北京、天津等地开始不同程度的处理废水。继而

6、也广泛的开展了环境污染的治理工作 , 但环境治理工作任重而道远 , 关键在于技术的革新以及防止治理过程中新污染的产生。 而利用微生物来保护环境治理环境则在这方面更显示出它的优越性 5 。3. 酶工程在污染治理中的应用3.1酶工程在废水处理方面的应用与传统的物理化学过程和生物处理过程相比, 酶处理有机废水有以下几个优点6 :(1) 能处理难以降解的有机化合物 ;(2) 高浓度或低浓度废水都适用 ;(3) 操作时的 pH,温度和盐度的范围都很宽 ;(4) 不会因生物物质的聚集而减慢处理速度 , 处理过程的控制简便易行 ;(5) 不易被有生物毒性的物质所抑制 ;(6) 具有固定化酶的反应器抗冲击能力

7、强同时目前主要的应用范围包括含酚废水的处理， 造纸废水的处理， 含氰废水的处理，食品废水的处理7 。3.2酶在废油脂转化酯生产生物柴油方面的应用生物柴油，即长链脂肪酸单酯， 是一种以动植物油脂为原料生产的可再生的绿色能源。它不但可以作为化石柴油的替代燃料，而且具有化石柴油无可比拟的优良特性。随着石油资源的日益枯竭以及人们环保意识的不断增强。近年来生物柴油的生产已引起世界各国的广泛关注, 并成为新能源开发的一个热点。目前生物柴油的工业生产均采用化学法， 这种方法存在醇必须大大过量、 能耗高、产物难于回收和废碱液污染环境等缺点， 并且对原料要求高， 导致生产成本过高 ( 原料成本占总成本的 75%

8、左右 ) 。能否利用廉价的原料生产生物柴油是生物柴油能否得到广泛应用的关键。 酶法生产生物柴油具有反应条件温和、 醇用量小、产物易分离及无污染物排放等优点， 尤其是对原料要求低， 可利用餐饮业废油脂和工业废油脂等原料， 故可望降低生物柴油的生产成本。 因此，酶法生产生物柴油日益受到人们的青睐 8 。4. 酶法合成可生物降解高分子材料随着城市化和工业化的不断发展， 高分子材料已经成为与钢铁、 水泥和木材等并重的四大支柱材料之一 ，虽然许多新材料的生产改善了人类的物质生活，但是与此同时也带来了大量的污染废弃物， 加速了环境的恶化。 因此可生物降解材料越来越引起人们的关注， 并且对人类的生存、 健康

9、与发展将起重要作用。 近些年来，可生物降解高分子材料的研发已成为高分子领域的热点之一， 它具有质量轻、化学稳定性好、价格低廉以及可生物降解等优点。因此应用领域也比较广泛，例如建材业、农业和医学领域等等9 。真正的生物降解高分子是在有水存在的环境下, 能被酶或微生物促进水解降解、高分子主链断裂、分子量逐渐变小以至最终成为单体或代谢成CO2和 H2O。当前生物材料研究中的一个重要趋势是发展可降解聚合物新的应用。 其最广泛的应用是作为药物控制体系的载体材料和体内短期植入物。 当用生物降解高分子作为载体的长效药物植入体内 , 在药物释放完之后也不需要再经手术将其取出 , 这可以减少用药者的痛苦和麻烦。

10、因此生物降解高分子是抗癌、青光眼、心脏病、高血压、止痛、避孕等长期服用药物的理想载体。目前传统开发可生物降解高分子材料的方法有天然高分子改造法、 化学合成法、微生物发酵法等； 传统的方法虽然各有特点， 但是他们的缺点也是显而易见的 10 。用酶法合成可生物降解高分子材料 , 实际上得益于非水酶学的发展。酶在有机介质中表现出与其在水溶液中不同的性质 , 并拥有催化一些特殊反应的能力 , 从而显现出许多水相中所没有的特点 11 。小结与展望随和工业的发展和人口的增长，伴随着能源的减少， 使得酶工程的发展变得格外重要。酶工程目前在环境保护方面的应用比较广泛，在农药检测，污水处理，可降解高分子材料等方

11、面均有比较好的应用，有着经济，高效，污染少，可再次利用等多种优点。但是有些方法比较老旧， 比如在生产科生物降解高分子材料中，利用微生物发酵生产法， 因为有副产物的生成， 产物分离有一定的困难， 所以仍然需要去改进。目前提高产酶效率，将动植物产生的酶转变为微生物发酵产酶；开发酶的新品种， 比如一些耐高温、 耐酸的酶。酶工程将会在环境保护方面起到越来越重要的作用。参考文献1. 居乃琥 21 世纪酶工程研究的新动向 J. 工业微生物 2001，3（1）2.居乃琥酶工程研究和酶工程产业的新进展J.2004,26 (3)3. 刘涛，曹瑞玉 漆酶在环境保护领域中的研究及应用进展 J. 云南环境科学2005,24 (3)4.张莉 白腐菌漆酶酶学性质及其在酚类化合物降解中的特性研究D 20095.云艳霞 环境工程中固定化酶与固定化微生物的应用 J 大学时代 2006,66.王建龙，文湘华现代环境生物技术 M. 清华大学出版社 ,20017. 邵凤琴，韩庆祥酶工程在污染治理中的应用 N 石油化工高等学校学报2003，16（2）8.