生物工程酶在化工中的應(yīng)用探析

朱長春,薛春元?。ǜ＝ㄊ∪輲煼秾W(xué)院,福建　泉州　362000）

生物工程酶在化工中的應(yīng)用探析

朱長春,薛春元
（福建省泉州師范學(xué)院,福建泉州362000）

文章在對酶應(yīng)用的歷史起源進(jìn)行簡單闡述的基礎(chǔ)上，著重論述了生物工程酶在化工中的應(yīng)用及其發(fā)展過程。同時對酶在化學(xué)工業(yè)中應(yīng)用具有的優(yōu)勢和存在的不足之處進(jìn)行了詳細(xì)的介紹和分析，希望生物工程酶與化工能走上融合發(fā)展的道路。

生物工程酶；化工；應(yīng)用

迄今為止，已經(jīng)在自然界發(fā)現(xiàn)了2500多種酶，其中有100多種酶制劑已經(jīng)申請專利。并且其中有60多種是有經(jīng)濟(jì)價值的，只有20種酶制劑是用于工業(yè)化生產(chǎn)的。本文接下來主要探討生物工程酶在化工中的應(yīng)用以及其目前存在怎樣的優(yōu)勢和不足。

1　酶在化工中的應(yīng)用

1.1 洗滌劑工業(yè)中酶的應(yīng)用

在洗滌劑工業(yè)中應(yīng)用酶的歷史已有近百年。在化工中有著最大用量和最廣泛應(yīng)用的正是加酶洗滌劑。將胰蛋白酶加進(jìn)洗衣劑中最早可追溯到1913年，這樣就能在低洗滌溫度條件下，較快的洗凈衣物很快將衣物洗凈。而西歐和美國將含酶洗滌劑開始逐漸普及是在二戰(zhàn)之后。上世紀(jì)70年代初，NOVO公司結(jié)合了酶、惰性填料和蠟，將其生成酶顆粒,接下來在經(jīng)過反復(fù)地研究之后,又用到了膠囊技術(shù),將現(xiàn)用的粒狀酶制成。如此便使得粉狀酶的缺陷得到了彌補和解決，于此同時開發(fā)的復(fù)合加酶洗滌劑，也促進(jìn)了含酶洗滌劑的發(fā)展。到了上世紀(jì)80年代之后，不論是從質(zhì)量、劑型，還是品種方面都有了巨大的提升和發(fā)展。

1.2酒精工業(yè)和有機酸工業(yè)中酶的應(yīng)用

酒精和有機酸作為非常重要的化工產(chǎn)品，采用的都是微生物發(fā)酵的方法來進(jìn)行生產(chǎn)。淀粉是其共同的原料，其一定要先通過淀粉酶來進(jìn)行處理，等到其分解成糖之后才可以被微生物更快的利用，同時還會向酒精或有機酸轉(zhuǎn)化。就酒精生產(chǎn)過程中淀粉質(zhì)原料的糖化來看，經(jīng)歷了一個十分復(fù)雜的過程：一是從大麥芽到曲霉菌,二是曲霉菌從固體培養(yǎng)到液體培養(yǎng)。在酒精工業(yè)漫長的發(fā)展歷程中，期一直最難以解決的問題就是關(guān)于怎樣由淀粉向糖轉(zhuǎn)化。在上世紀(jì)60年代，日本完成了雙酶法淀粉工業(yè)制糖，此后便從酒精企業(yè)中劃分出酶制劑，促使其進(jìn)行獨立生產(chǎn)。隨后，商品酶制劑就呈現(xiàn)出持續(xù)發(fā)展的姿態(tài)。在成功應(yīng)用并大力推行雙酶法工藝的同時，酒精工業(yè)也對化學(xué)工業(yè)中的一些先進(jìn)的設(shè)備和工藝等進(jìn)行了成功應(yīng)用，這就促進(jìn)了傳統(tǒng)酒精工業(yè)的發(fā)展，促使其步入現(xiàn)代化生物工程行業(yè)。一些有機酸的生成通常都會借助于生物工程方法，諸如檸檬酸、乳酸和蘋果酸等，淀粉為其生產(chǎn)原料，類似酒精，同時將新的酶水解工藝不斷引進(jìn)，這樣就獲得了不錯的經(jīng)濟(jì)效益。

1.3紡織 、皮革及日化用品等中酶的應(yīng)用[1]

就紡織工業(yè)中酶的應(yīng)用來看，主要是在對織造過程中織物的退漿處理，這時期中用到的燒堿、雙氧水、硫酸等可用淀粉酶來取代；在減量整理纖維素纖維及其混紡織物方面用到的主要是纖維素酶。早在上世紀(jì)七十年代，酶制劑就在皮革生產(chǎn)中得到了應(yīng)用，這就是酶法皮革脫毛軟化。把皮革用蛋白酶和脂肪酶來進(jìn)行處理，就會大大提高其質(zhì)量，而且廢水的污染也有效減少了。再造紙工業(yè)中酶制劑的應(yīng)用主要包括:對紙漿漂白期促進(jìn)作用的木聚糖酶，這樣就有助于漂劑的節(jié)約，漿料漂后的白度也大大提高了；在纖維改性和脫墨方面起作用的主要是淀粉酶和纖維素酶，其有助于脫出油墨和促進(jìn)脫墨漿白度的提高，同時濾水性得到了改善，衛(wèi)生紙也具有了更好的柔軟度；在木素改性和處理廢水方面其主要作用的是漆酶，其有助于促進(jìn)含機械漿料濕強度的提高，對于廢水色度和BOD/COD值的降低也有促進(jìn)作用。在牙膏中使用酶往往能起到更好的潔齒效果，而且對于齬齒也能起到很好的預(yù)防效果；在護(hù)膚品中使用的功效主要是殺菌消炎、抗輻射和皮膚衰老。

2　酶在化工中應(yīng)用存在的優(yōu)勢和不足

2.1優(yōu)勢

2.1.1綠色化工的平臺[2]

就酶催化反應(yīng)的產(chǎn)生條件來看，通常是常溫、常壓和近于中性條件；在投資和能耗方面都很少，而且具有很高的操作安全性；作為一種蛋白質(zhì)，生物催化劑自身可生物降解，是較為理想的綠色催化劑。在皮革、紡織和造紙等催化合成中由于應(yīng)用了酶，而使得化學(xué)污染物排放量大大減少。生物催化技術(shù)的應(yīng)用將有助于降低傳統(tǒng)化學(xué)工業(yè)很多方面的消耗，主要是指原材料、水和能量，同時大大減少了污染物的排放以及擴(kuò)散，進(jìn)而真正改善了化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)面貌。

2.1.2高效專一

生物催化劑的催化和反應(yīng)速度都很快，期催化效率遠(yuǎn)高于化學(xué)催化劑；酶催化具有更高的轉(zhuǎn)化率，用丙烯腈水合酶進(jìn)行催化合成，可實現(xiàn)99.99%的轉(zhuǎn)化率。生物催化的底物以及立體專一性都很高，特定的底物會發(fā)生特定反應(yīng)，針對普通化學(xué)反應(yīng)很難進(jìn)行的手性化合物也能有效合成。

2.1.3愈發(fā)廣泛的覆蓋面

如今酶以及廣泛應(yīng)用于洗滌劑、日用化學(xué)品、皮革和紡織等眾多行業(yè)。酶制劑和酶催化也將逐漸取代傳統(tǒng)的化學(xué)劑和化學(xué)催化。在國際上存在不少著名化學(xué)工業(yè)公司轉(zhuǎn)變成以生物技術(shù)為主的例子，例如美國的孟山都公司和杜邦公司。除此之外，就精細(xì)化工和制藥工業(yè)方面而言，也將會消費越來越多的生物催化劑。

2.2 不足之處

生物工程酶存在的不足之處主要有：就天然酶蛋白而言，一旦遇熱就易降解且不穩(wěn)定；存在一些表面活性劑不能與之相容；酶制劑生產(chǎn)可借助微生物發(fā)酵，但可以大規(guī)模生產(chǎn)的品種卻非常少，這就導(dǎo)致酶的價格基本比較高；由于難以找到特定催化反應(yīng)需要的酶，所以化工生產(chǎn)中酶尤其是催化合成方面的應(yīng)用會受限?；瘜W(xué)品產(chǎn)業(yè)中生物酶合成技術(shù)的應(yīng)用，最初是始于高產(chǎn)值產(chǎn)品，如今生物酶技術(shù)應(yīng)用較多是那些昂貴的產(chǎn)品。要想在更多的化工基礎(chǔ)原料中加以應(yīng)用并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，需要解決的問題還有很多。

3　結(jié)束語

新世紀(jì)，經(jīng)濟(jì)的巨大發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的巨大進(jìn)步也推動了化工行業(yè)的發(fā)展，但在為其帶來機遇的同時，也使其面臨前所未有的挑戰(zhàn)。伴隨著化石能源形勢的變化，相關(guān)的很多化學(xué)工業(yè)也都在找尋自身生存和發(fā)展的新方向。最近一些年來，化學(xué)及化學(xué)工程方面與生命科學(xué)之間加強了融合，化工與酶工程、酶制劑的結(jié)合尤為顯著，這就促使化工行業(yè)呈現(xiàn)出更加嶄新的面貌。

[1]譚天偉.生物化工現(xiàn)狀與展望[J].化工中間體,2003(01):6-10.

[2]孫志浩.生物催化制備手性化合物技術(shù)進(jìn)展[J].精細(xì)與專用化學(xué)品,2006,14(24):5-9.

[3]潘力，羅立新，鄭穗平.酶立體選擇性的定向進(jìn)化及其高通量篩選方法[J].化學(xué)通報，2004，67(08):582-587.

[4]童海寶.生物催化技術(shù)在精細(xì)化工中的應(yīng)用[J].精細(xì)與專用化學(xué)品，2002(10):9-10.