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(lèi)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)成為舉世矚目的重大問(wèn)題。如何

2、保護(hù)和改善環(huán)境質(zhì)量是人類(lèi)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)?0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。而生物技術(shù)將為解決人類(lèi)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

3、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(lèi)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(lèi)賴(lài)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(lèi)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(lèi)社會(huì)發(fā)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

4、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(Pdiphenolox-idaseECl·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(chóng)體內(nèi)皆存在漆酶。由于具有相當(dāng)廣泛的底物專(zhuān)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3。擔(dān)子菌綱中的白腐菌是生產(chǎn)漆酶的一類(lèi)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(lèi)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)

5、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(lèi)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

6、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:(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

7、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)

8、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(lèi)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。因此可生物降解材料越來(lái)越引起人們的關(guān)注，并且對(duì)人類(lèi)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)

9、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CO2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)

10、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

11、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(lèi)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. 吳虹