酶在环境保护中的应用

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1、酶在环境保护中的应用摘要介绍了酶工程基本技术,包括酶制剂的生产、酶的分离纯化、酶的固定化技术、酶的改造和修饰等,综述了酶在环境保护方面,包括水净化、石油和工业废油的处理、白色污染的治理和环境监测等方面的研究和应用现状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。因此环境保护问题越来越受到人们的重视。20世纪以

2、来,在化学和生物学之间的交叉地带形成的生物技术占据了重要的地位,在工业、农业、医药、食品等方面得到了广泛的应用,并对解决当代资源、能源、环保等多方面问题起着举足轻重的作用。而作为生物工程的重要组成部分,酶和酶工程受到生物化学工作者的重视,几种新兴的技术产业已成为优先发展的高科技领域。本文在此介绍了酶工程基本技术及其在环境保护方面的研究和应用现状。酶工程基本技术知识主要内容环境保护中的应用酶技术包括酶的生产酶的改造与修饰酶的分离纯化酶的固定化技术酶制剂的生产酶的来源主要有植物、动物和微生物。最早酶多从植物、动物组织中提取,目前广泛使用的动物酶有猪胰蛋白酶和胃蛋白酶等,植物

3、来源的酶有木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶、无花果蛋白酶、麦芽淀粉水解酶、大豆脂肪氧化酶等。但大多数酶由微生物生产,因为微生物种类多,几乎所有的酶都能在微生物中找到。由于微生物容易培养、繁殖快、产量高,故可在短时间内大量生产。连续发酵生产可以提供经济有效的酶制剂产品酶的分离纯化酶分离纯化的目的在于获得一定量不含或含少量杂质的酶制品或者提纯为结晶,以利于科学研究和生产应用,属于生物技术的下游工程,包括粗制工艺和精制工艺。自1926年Sumner从刀豆中分离提纯第一个结晶脲酶以来,酶的分离纯化研究进展迅速,迄今为止,科学家们已制成了300多种纯净酶,达到了相当高的纯化程度,并发展了各

4、种类型的分离纯化方法。酶的固定化技术酶的固定化是指用物理或化学手段,把酶束缚在一定的区域内,使其在一定的范围内起催化作用。固定化酶既具有酶的催化特性,又具有一般化学催化剂能回收、反复使用等优点,并且生产工艺可以连续化、自动化。经过50多年的研究和发展,酶固定化技术取得了长足的进步,采用这种技术不仅能改善酶的特性,还能创造适应特殊要求的新酶。酶的改造和修饰酶的化学本质就是蛋白质,蛋白质的功能性质与其空间构像关系密切。采用某种生物学或化学方法改变蛋白质的一级结构,从而改善蛋白质分子的功能性质和生物活性,这一过程称为酶分子改造和修饰。其主要的方法有蛋白质工程技术(包括定位突变

5、技术、盒式突变技术、双引物法、缺口双链法、质粒上直接突变法等)、酶法有限水解、氨基酸置换修饰、亲和标记修饰、大分子结合修饰等。绿色环保“酶”力无限不同的废水，含有各种不同的物质，要根据所含物质的不同，采用不同的酶进行处理。有的废水中含有淀粉、蛋白质、脂肪等各种有机物质，可以在有氧和无氧的条件下用微生物处理，也可以通过固定化淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等进行处理。酶在废水处理中的应用重金属废水食品工业废水含酚废水水净化水净化早在20世纪70年代,固定化酶已被用于水和空气的净化。法国工业研究所积极开展利用固定化酶处理工业废水的研究,将能处理废水的酶制成固定化酶。处理静止废水时直接

6、用酶布或酶片;处理流动废水时根据废水所含污物的种类和数量,确定玻璃酶柱或塑料酶柱的高度和直径,采用多酶酶柱或单一酶柱。含酚废水芳香族化合物,包括酚和芳香胺,属于优先控制的污染物,塑料厂、树脂厂、染料厂等企业的废水中都含有这类污染物,很多酶已用于这类废水处理。辣根过氧化物酶(HRP)的应用集中在含酚污染物的处理方面,使用HRP处理的污染物包括苯胺、羟基喹啉、致癌芳香族化合物等。HRP可以与一些难以去除的污染物一起沉淀,形成多聚物而使难处理物质的去除率增大。如多氯联苯可以与酚一起从溶液中沉淀下来。科学研究了用磁性CS2M固定化HRP处理含酚废水,不仅有较高的酚去除率,并可利

7、用其磁响应性简便地回收磁性酶。并用壳聚糖固定化漆酶,通过共价结合,壳聚糖固定化漆酶获得了较高的酶活性回收率,在25℃条件下半连续处理酚类污染物,连续操作12次后固定化酶活性仍保留60%以上,漆酶的使用效率比简单的物理吸附明显提高。墨西哥科学家从萝卜中提炼出一种能清除工业废水中酚类混合物的酶,经这种萝卜素酶处理过的工业废水可以循环再利用。食品工业废水将固定化蛋白酶应用于粮食加工废水的预处理,其后续工艺可以采用任何一种生物处理法。因为固定化蛋白酶已将废水中不易生化降解的大分子转化为易于生物降解的小分子,大大提高了废水的可生化性。固定化蛋白酶稳