酶工程在環(huán)境保護(hù)方面的應(yīng)用

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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

2、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)?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-genomeera),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)(generalbiology)。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

3、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。[1]2.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

4、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)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-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(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]。1.1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

6、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[5]。2.酶工程在污染治理中的應(yīng)用2.1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

7、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]。2.2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

8、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