酶工程在環(huán)境保護方面的應用

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1、酶工程在環(huán)境保護方面的應用進展孫雪摘要:隨著生物科學和生物工程的迅速發(fā)展,生物技術在環(huán)境保護領域的研究、開發(fā)方面已經(jīng)展示了巨大的威力。酶在環(huán)保方面的應用日益受到關注,呈現(xiàn)出良好的發(fā)展前景。介紹了酶在造紙方面的應用,漆酶在環(huán)境保護方面的應用,農(nóng)作物上的農(nóng)藥殘留的檢測,重金屬污染的檢測;廢水處理方面的應用,將廢水中含有的淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪通過特定的酶進行處理;同時,酶在可生物降解材料開發(fā)方面的應用也是目前研究的重要課題。關鍵詞:酶工程;環(huán)境保護;廢水處理;可生物降解高分子;應用與研究人類的生產(chǎn)和生活與自然環(huán)境密切相關,地球環(huán)境由于受到各方面因

2、素的影響,正在不斷惡化,已經(jīng)成為舉世矚目的重大問題。如何保護和改善環(huán)境質(zhì)量是人類面臨的重大課題。1.21世紀酶工程的前景跨入21世紀,人們在20世紀認識生命本質(zhì)高度一致性的基礎上,迎來了后基因組時代(post-genomeera),將有可能從整個基因組及其全套蛋白質(zhì)產(chǎn)物的結(jié)構-功能機理的角度,進一步闡明生命現(xiàn)象的核心和本質(zhì),并系統(tǒng)整合生物學的全部知識,建立起真正的統(tǒng)一的普通生物學(generalbiology)。在21世紀,結(jié)構生物學、功能生物學、遺傳-發(fā)育-進化的統(tǒng)一、生態(tài)學、宏觀生物學、腦科學及其相關學科等方面,必將在深度和廣度上取得

3、更快的發(fā)展,獲得更大、更新的成果。而生物技術將為解決人類所面臨的食品和營養(yǎng)、健康和長壽、資源和能源、環(huán)境保護和生態(tài)平衡,以及可持續(xù)發(fā)展等重大問題,發(fā)揮無可替代的作用,為人類作出更大的貢獻。酶工程是生物技術的一個重要組成部分,指在一定的生物反應器內(nèi),利用酶的催化作用,進行物質(zhì)轉(zhuǎn)化的技術。其應用范圍已遍及工業(yè)、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、化學分析、環(huán)境保護、能源開發(fā)和生命科學理論研究等各個方面。[1]2.酶在環(huán)境保護方面的應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題。隨著科學技術的不斷發(fā)展,人類開發(fā)利用自然資源的能力和范圍不斷擴大,隨之而來的環(huán)境污染

4、問題也越來越嚴重。環(huán)境污染已成為制約人類社會發(fā)展的重要因素,我國每年排放大量廢水(416億t)、廢氣和煙塵(2000萬t)以及固體廢棄物(1000億t),污染達到相當嚴重的地步[2]。因此環(huán)境保護問題越來越受到人們的重視。2.1漆酶、白菌酶在環(huán)境保護方面的應用漆酶是一種含酮的多酚氧化酶(P—diphenolox-idaseECl·10·3·2),最早是從漆樹的分泌物中發(fā)現(xiàn),后來人們發(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。由于具有相當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

5、監(jiān)測等方面具有重要應用價值[3]。擔子菌綱中的白腐菌是生產(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、土壤生物修復和飼料工業(yè)等方面得到了越來越廣泛的關注和應用[4]。1.1固定化酶在環(huán)境保護中的應用隨著社會的發(fā)展,人們生活水平的提高,越來越多的廢物被排放到環(huán)境中。而這些廢物的增長是由于人口增長與工業(yè)增長的雙重產(chǎn)物,因此增長速度要比人口與工業(yè)生產(chǎn)更快。由于人類與社會系統(tǒng)存在著發(fā)展的無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。我國于20世紀60年代末開始認識到環(huán)境污染的

6、危害,首先在一些大城市如上海、北京、天津等地開始不同程度的處理廢水。繼而也廣泛的開展了環(huán)境污染的治理工作,但環(huán)境治理工作任重而道遠,關鍵在于技術的革新以及防止治理過程中新污染的產(chǎn)生。而利用微生物來保護環(huán)境治理環(huán)境則在這方面更顯示出它的優(yōu)越性[5]。2.酶工程在污染治理中的應用2.1酶工程在廢水處理方面的應用與傳統(tǒng)的物理化學過程和生物處理過程相比,酶處理有機廢水有以下幾個優(yōu)點[6]:  (1)能處理難以降解的有機化合物;(2)高濃度或低濃度廢水都適用;  (3)操作時的pH,溫度和鹽度的范圍都很寬;  (4)不會因生物物質(zhì)的聚集而減慢處理速

7、度,處理過程的控制簡便易行;  (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器抗沖擊能力強同時目前主要的應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]。2.2酶在廢油脂轉(zhuǎn)化酯生產(chǎn)生物柴油方面的應用生物柴油,即長鏈脂肪酸單酯,是一種以動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)保意識的不斷增強。近年來生物柴油的生產(chǎn)已引起世界各國的廣泛關注,并成為新能源開發(fā)的一個熱點。目前生物柴油的工業(yè)生產(chǎn)均采用

8、化學法,這種方法存在醇必須大大過量、能耗高、產(chǎn)物難于回收和廢堿液污染環(huán)境等缺點,并且對原料要求高,導致生產(chǎn)成本過高(原料成本占總成本的75%左右)。能否利用廉價的原料生產(chǎn)生物柴油是生物柴油能否

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