第8章酶在環(huán)境保護(hù)方面的應(yīng)用-08-2014

1、 第八章第八章 酶在環(huán)境保護(hù)方面的應(yīng)用酶在環(huán)境保護(hù)方面的應(yīng)用一、一、酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用二、水凈化二、水凈化三三、石油及工業(yè)廢水處理、石油及工業(yè)廢水處理四四、石油及工業(yè)廢水處理、石油及工業(yè)廢水處理五、環(huán)境監(jiān)測五、環(huán)境監(jiān)測 目前，國內(nèi)外廣泛使用酶的領(lǐng)域是食品工業(yè)。國內(nèi)外大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的 淀粉酶、淀粉酶、異淀粉酶、蛋白酶、果膠酶、葡萄糖異構(gòu)酶、葡萄糖氧化酶、脂肪酶、纖維素酶、天冬氨酸酶、糖化酶、溶菌酶等大部分都在食品工業(yè)中應(yīng)用。 酶在食品工業(yè)方面主要用于食品保鮮、淀粉加工、蛋白制品加工、果蔬加工、食品添加劑的生產(chǎn)以及改善食品的品質(zhì)和風(fēng)味等。8.1 酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用酶在食品保

2、鮮方面的應(yīng)用 酶法保鮮技術(shù)是利用酶的催化作用，防止或消除各種外界因素對食品產(chǎn)生的不良影響，從而保持食品原有的優(yōu)良品質(zhì)和風(fēng)味特色的技術(shù)。 隨著人們對食品各方面的要求不斷提高和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，酶法保鮮技術(shù)越來越受到人們的關(guān)注和歡迎，并被廣泛地應(yīng)用于各種食品的保鮮。食品的滅菌保鮮 微生物的污染會(huì)引起食品的變質(zhì)、腐敗，防止微生物的污染是食品保鮮的主要任務(wù)。 殺滅微生物的方法有很多，常用的物理和化學(xué)方法極易引起食品品質(zhì)的改變，而且添加大量的防腐劑還可能對人體健康帶來不良的影響。 采用溶菌酶進(jìn)行食品保鮮，不但效果好，而且不存在食品安全問題。 溶菌酶是一種專門作用于細(xì)菌細(xì)胞壁的水解酶，又稱細(xì)胞壁溶解酶。

3、 它專一地作用于細(xì)菌細(xì)胞壁中的肽多糖分子中N-乙酰胞壁酸與N-乙酰氨基葡萄糖之間的-1,4糖苷鍵，催化細(xì)胞壁中的肽多糖水解，從而破壞細(xì)菌的細(xì)胞壁，使細(xì)菌溶解死亡。溶菌酶在食品保鮮方面的應(yīng)用酶在淀粉類食品生產(chǎn)方面的應(yīng)用 在淀粉類食品的加工中，主要用酶有淀粉酶、 淀粉酶、葡萄糖淀粉酶（糖化酶）、支鏈淀粉酶、異淀粉酶、葡萄糖異構(gòu)酶等。 酶在蛋白類食品生產(chǎn)方面的應(yīng)用 蛋白質(zhì)是食品的主要營養(yǎng)成分之一，以蛋白質(zhì)為主要成分或以蛋白質(zhì)為主要原料加工而成的食品稱為蛋白質(zhì)類食品。 如乳制品、肉制品、蛋制品和魚制品等。在蛋白質(zhì)類食品的生產(chǎn)過程中，主要使用的酶是各種蛋白酶，此外也使用乳糖酶和其他一些酶。 蛋白酶（Pr

4、oteinases）是一類催化蛋白質(zhì)水解的酶。根據(jù)其來源的不同，可分為動(dòng)物蛋白酶，如胰蛋白酶、胃蛋白酶等；植物蛋白酶，如木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶等；以及微生物蛋白酶，如枯草桿菌蛋白酶、黑曲霉蛋白酶等。 在蛋白類食品的生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的蛋白酶和乳糖酶，主要是用其進(jìn)行蛋白水解產(chǎn)物、氨基酸、明膠、干酪的生產(chǎn)，肉類的嫩化，低乳糖奶的生產(chǎn)等。 酶在果蔬類食品生產(chǎn)方面的應(yīng)用 果蔬類食品是指以各種水果或蔬菜為主要原料加工而成的食品。在果蔬類食品的生產(chǎn)過程中，為了提高產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量，常常加入各種酶。常用的有果膠酶、柚苷酶、橙皮苷酶、花青素酶等，主要用于果汁、果酒、果凍、果蔬罐頭等的生產(chǎn)。 酶在果蔬類食品生產(chǎn)方面的

5、應(yīng)用1、酶在果汁生產(chǎn)中的應(yīng)用2、酶在果酒生產(chǎn)中的應(yīng)用3、酶在低糖果凍生產(chǎn)中的應(yīng)用4、柑橘制品去除苦味5、柑橘罐頭防止產(chǎn)生白色渾濁6、果蔬制品的脫色 酶在食品添加劑生產(chǎn)中的應(yīng)用 食品添加劑是指為改善食品品質(zhì)和色、香、味，以及為防腐和加工工藝需要而加入食品中的化學(xué)合成或天然物質(zhì)。 食品添加劑的生產(chǎn)可以采用提取分離法、微生物發(fā)酵法、酶催化合成法和化學(xué)合成法等。由于酶具有催化效率高、專一性強(qiáng)和作用條件溫和等特點(diǎn)，隨著酶工程的發(fā)展，作為高效、安全的生物催化劑，酶在食品添加劑的生產(chǎn)中已經(jīng)較為廣泛地得到應(yīng)用。酶在酸味劑生產(chǎn)中的應(yīng)用 常用的酸味劑一般分為無機(jī)酸和有機(jī)酸。食品中常用的無機(jī)酸為磷酸和己二酸，有機(jī)酸

6、為檸檬酸、酒石酸、蘋果酸、乳酸、醋酸等。有機(jī)酸一般是采用提取法、發(fā)酵法和化學(xué)合成法制得。近期酶法合成的研究逐漸增多，主要集中在乳酸、蘋果酸、葡萄糖酸及一些新的酸味劑上。酶在增味劑生產(chǎn)中的應(yīng)用 食品增味劑或稱食品風(fēng)味增強(qiáng)劑，是指補(bǔ)充或增強(qiáng)食品原有風(fēng)味的一類物質(zhì)，通常又稱為鮮味劑。鮮味是食品物質(zhì)刺激人們的味覺器官而產(chǎn)生的一種鮮美感覺。能夠刺激味覺器官產(chǎn)生鮮美感覺的物質(zhì)稱為鮮味劑。例如，味精、肌苷酸鈉等。 酶催化法生產(chǎn)食品增味劑，利用酶的催化作用，將底物轉(zhuǎn)化為食品增味劑的技術(shù)過程。酶催化法可以提高產(chǎn)率，減少設(shè)備投資，提高產(chǎn)品質(zhì)量。逐漸被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)。酶催化法主要用于氨基酸和呈味核苷酸的生產(chǎn)

7、。酶在甜味劑生產(chǎn)中的應(yīng)用 食品甜味劑能改進(jìn)食品的可口性和其他食用性質(zhì)，滿足有些人的愛好，并且可供給人體熱能。近年來，由于高熱量糖類物質(zhì)的過量攝入而引起的肥胖、高血脂和齲齒等疾病已成為世界各國一大社會(huì)問題，此外人們對食用合成甜味劑糖精、甜蜜素等存在顧慮，因此，開發(fā)新型低熱能甜味劑一直是國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。尤其是那些甜度高、味質(zhì)好、不致齲的低熱能產(chǎn)品發(fā)展很快。在這些新產(chǎn)品的研究開發(fā)過程中，酶技術(shù)占據(jù)了重要地位。酶在甜味劑生產(chǎn)中的應(yīng)用 通過酶的催化作用可以生成各種甜味劑。(1) 嗜熱菌蛋白酶催化天冬氨酸和苯丙氨酸反應(yīng)生成天苯肽 (2) 葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶生產(chǎn)帕拉金糖(3) 果聚糖蔗糖酶生產(chǎn)低聚果糖 低聚果

8、糖是指在蔗糖的果糖基上結(jié)合個(gè)果糖分子而成的非還原性糖。低聚果糖存在于洋蔥、香蕉等果蔬中，但含量較低，其甜度約為蔗糖的低聚果糖的生產(chǎn)可以采用蔗糖為原料，通過果聚糖蔗糖果聚糖蔗糖酶催化作用生成。果聚糖蔗糖酶可以通過黑曲霉發(fā)酵得到。酶在乳化劑生產(chǎn)中的應(yīng)用 食品乳化劑是食品加工過程中使互不相溶的液體（如油和水）形成穩(wěn)定乳濁液的一類食品添加劑。目前，國內(nèi)外最普遍使用的乳化劑是甘油單脂及其衍生物和大豆磷脂等。這些乳化劑在人體消化過程中被分解為脂肪酸和多元醇，從而被人體吸收或排出體外，對人體代謝無不良作用。 利用脂肪酶的作用，將甘油三酯水解生成的甘油單酯，簡稱單甘酯，是一種廣泛應(yīng)用的食品乳化劑。 酶在改善食

9、品品質(zhì)與風(fēng)味方面的應(yīng)用 風(fēng)味酶的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用在食品風(fēng)味的再現(xiàn)、強(qiáng)化和改善方面呈現(xiàn)廣闊的應(yīng)用前景。例如，用洋蔥風(fēng)味酶處理甘藍(lán)等蔬菜，可使被處理的蔬菜呈現(xiàn)出洋蔥的風(fēng)味；用奶油風(fēng)味酶作用于含乳脂的巧克力、冰淇淋和人造奶油等食品，可使這些食品增強(qiáng)奶油的風(fēng)味。 有些食品在加工或保藏過程中，可能會(huì)使原有的風(fēng)味減弱或失去，若在這些食品中添加各種風(fēng)味酶，則可使它們恢復(fù)甚至強(qiáng)化原來的天然風(fēng)味。 面包加工過程中添加的酶及其對面包質(zhì)量的影響 在含有蔗糖的糕點(diǎn)、飲料等食品的生產(chǎn)過程中，添加適量的蔗糖酶，可以催化蔗糖水解生成葡萄糖和果糖。果糖具有類似蜜糖的風(fēng)味，從而使改善產(chǎn)品的風(fēng)味，同時(shí)還可以防止蔗糖析出結(jié)晶。 在可溶性

10、魚蛋白水解物的生產(chǎn)過程中，往往會(huì)產(chǎn)生苦味肽，使產(chǎn)品帶有苦味。為了減輕或消除產(chǎn)品的苦味，可以添加適量的羧肽酶或者氨肽酶，催化生產(chǎn)中產(chǎn)生的苦味肽水解生成氨基酸，從而改善魚蛋白水解物的風(fēng)味。 乳制品的特有香味主要是由脂肪酸及其分解產(chǎn)物產(chǎn)生的。在乳制品生產(chǎn)過程中，加入適量脂肪酶或酯酶，可以使乳中的脂肪水解，生成脂肪酸和甘油二酯等?；蚋视蛦熙亩@著增加干酪、奶油等乳制品的香味，同時(shí)增強(qiáng)乳化性。酶在食品分析檢測中的應(yīng)用 在食品分析與檢測中，需要測定的組分很多，包括醇類和膽固醇類、糖類、氨基酸類、有機(jī)酸類、硝酸鹽和亞酸鹽、氰化物以及各種毒素等。對于食品中的這些組分的分析與檢測，總是需要快速而準(zhǔn)確地測定。酶

11、法檢測技術(shù)作為一種新的檢測技術(shù)，其具有專一性強(qiáng)、準(zhǔn)確性高、檢測速度快等優(yōu)點(diǎn)，在食品分析與檢測中已廣泛應(yīng)用。酶在食品分析檢測中的應(yīng)用 1、醇類和膽固醇的測定 2、食品中糖類的測定 3、氨基酸類的測定 4、有機(jī)酸的測定 5、食品中其他組分的測定 環(huán)境監(jiān)測的目的是了解環(huán)境情況，掌握環(huán)境質(zhì)量變化。環(huán)境監(jiān)測是進(jìn)行環(huán)境保護(hù)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。 酶在環(huán)境監(jiān)測方面的應(yīng)用越來越廣泛，已經(jīng)在農(nóng)藥污染的監(jiān)測、重金屬污染的監(jiān)測、微生物污染的監(jiān)測等方面取得重要成果。8.2 酶在環(huán)保與能源方面的應(yīng)用8.2.1 酶在環(huán)境監(jiān)測方面的應(yīng)用 利用亞硝酸還 原酶檢測 水中亞硝酸鹽濃度 利用膽堿酯酶檢測有機(jī)磷農(nóng)藥污染 利用乳酸脫氫酶的同

12、工酶監(jiān)測重金屬污染 通過葡聚糖苷酸酶監(jiān)測大腸桿菌污染Text 3環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用環(huán)境監(jiān)測環(huán)境監(jiān)測 酶傳感器在環(huán)境監(jiān)測中已取得誘人的成就,并將繼續(xù)擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。 目前發(fā)現(xiàn)的酶傳感器已有多種。環(huán)境監(jiān)測是了解環(huán)境情況、掌握環(huán)境質(zhì)量變化，進(jìn)行環(huán)境保護(hù)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。 酶在環(huán)境監(jiān)測方面的應(yīng)用越來越廣泛，已經(jīng)在農(nóng)藥污染的監(jiān)測、重金屬污染的監(jiān)測、微生物污染的監(jiān)測等方面取得重要成果。 利用膽堿酯酶 可以催化膽堿酯水解生成膽堿和有機(jī)酸。(1) 利用膽堿酯酶監(jiān)測有機(jī)磷農(nóng)藥污染 有機(jī)磷農(nóng)藥是膽堿酯酶的一種抑制劑，可以通過檢測膽堿酯酶的活性變化，來判斷是否受到有機(jī)磷農(nóng)藥的污染?？梢酝ㄟ^固定化膽堿酯酶的受抑制情況，檢測空

13、氣或水中微量的酶抑制劑（有機(jī)磷等），靈敏度可達(dá)0.1mg/L。乳酸脫氫酶5 種同工酶。它們具有不同的結(jié)構(gòu)和特性，當(dāng)遇到重金屬離子時(shí)，活性會(huì)發(fā)生一定的變化。通過檢測家魚血清乳酸脫氫酶（SLDH）的活性變化，可以檢測水中重金屬污染的情況及危害程度；鎘和鉛的存在可以使SLDH3活性升高的活性；汞的污染使SLDH1活性升高；銅的存在則引起SLDH4活性降低。(2)利用乳酸脫氫酶的同工酶監(jiān)測重金屬污染 將4-甲基香豆素基-葡聚糖苷酸摻入選擇性培養(yǎng)基中，樣品中如果有大腸桿菌存在，大腸桿菌中葡聚糖苷酸酶就將其水解，生成甲基香豆素。 甲基香豆素在紫外光的照射下發(fā)出熒光，由此可以通過紫外光分光光度法檢測水或食品

14、中大腸桿菌的污染程度。(3)通過-葡聚糖苷酸酶監(jiān)測大腸桿菌污染亞硝酸還原酶是催化亞硝酸還原生產(chǎn)一氧化氮的氧化還原酶。(4)利用亞硝酸還原酶檢測水中亞硝酸鹽濃度利用固定化亞硝酸還原酶，可檢測水中亞硝酸鹽濃度。8.3 8.3 酶在廢水處理中的應(yīng)用酶在廢水處理中的應(yīng)用重金屬廢水食品工業(yè)廢水含酚廢水含酚廢水水凈化水凈化水凈化水凈化 早2O世紀(jì)7O年代，固定化酶已被用于水和空氣的凈化法國工業(yè)研究所積極開展利用固定化酶處理工業(yè)廢水的研究，將能處理廢水的酶制成固定化酶處理靜止廢水時(shí)直接用酶布或酶片； 處理流動(dòng)廢水時(shí)根據(jù)廢水所含污物的種類和數(shù)量，確定玻璃酶柱或塑料酶柱的高度和直徑，采用多酶酶柱或單一酶柱。石油

15、及工業(yè)廢油的處理石油及工業(yè)廢油的處理 每年由于各種原因排人海中的石油達(dá) 2 0 0萬 t如 不及時(shí)處理， 不僅會(huì)造成魚類的大量死亡，而且石油中 的有害物質(zhì)也會(huì)通過食物鏈進(jìn)人人體。 人們用含有酶及其它成分的復(fù)合制劑處理海中的石油，為浮在油表面的細(xì)菌提供優(yōu)良的養(yǎng)料，使得分解石油的細(xì)菌迅速繁殖， 以達(dá)到快速降解石油的目的。 脂酶生物技術(shù)應(yīng)用于被污染環(huán)境的修復(fù)以及廢物處理是一個(gè)新興的領(lǐng)域。 石油開采和煉制過程中產(chǎn)生的油泄漏、脂加工過程中產(chǎn)生的含脂廢物 以及飲食業(yè)產(chǎn)生的廢物，都可以用不同來源的脂酶進(jìn)行有效的處理。 酶法生產(chǎn)生物柴油 日益受到人們 的青睞，可利用餐飲業(yè)廢油脂和工業(yè)廢油脂為原料，變廢為寶。

16、不同的廢水，含有的物質(zhì)不同，因此應(yīng)采用不同的酶進(jìn)行處理。 廢水中含有淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪等各種有機(jī)物質(zhì)，可以在有氧和無氧的條件下用微生物處理，也可以用固定化淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等進(jìn)行處理。 廢水中含有硝酸鹽、亞硝酸鹽等酸性物質(zhì)，可以用固定化硝酸還原酶、亞硝酸還原酶和一氧化氮還原酶進(jìn)行處理，使硝酸根、亞硝酸根逐步還原，最終成為氮?dú)?。酶在廢水處理方面的應(yīng)用 目前，應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域的高分子材料，大多數(shù)是生物不可降解或不可完全降解的材料。這些高分子材料使用以后，成為固體廢棄物，造成環(huán)境污染。研究和開發(fā)可生物降解材料是當(dāng)今國內(nèi)外的重要課題。其中，利用酶的催化作用合成可生物降解材料，已經(jīng)成為開發(fā)可生物降解材

17、料的重要途徑。 利用酶在有機(jī)介質(zhì)中的催化作用合成的可生物降解材料主要有：利用蛋白酶或脂肪酶合成多肽類或聚酰胺類物質(zhì)，利用脂肪酶的有機(jī)介質(zhì)催化合成聚酯類物質(zhì)和聚糖酯類物質(zhì)等。8.4 酶在生物降解材料方面的應(yīng)用 由于酵母菌不能直接利用淀粉和纖維素等原料，所以乙醇的生產(chǎn)必須經(jīng)過糖化和發(fā)酵兩個(gè)階段。8.5 酶在乙醇生產(chǎn)方面的應(yīng)用 為了簡化發(fā)酵工藝過程，人們可以采用各種生物技術(shù)使酵母菌具有直接利用淀粉或纖維素發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的能力。 采用酶工程技術(shù)將糖化酶等淀粉酶或者纖維素酶與酵母細(xì)胞共固定化，通過多糖水解酶和酵母細(xì)胞內(nèi)酒化酶系的共同作用，將淀粉或纖維素轉(zhuǎn)化為乙醇。8.6 酶在生物柴油制造方面的應(yīng)用 生物柴

18、油是甘油酯與小分子醇類經(jīng)過酯交換反應(yīng)而得到的脂肪酸酯類物質(zhì)，可以代替柴油作為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料使用等。在當(dāng)今石油資源面臨枯竭的情況下，研究和開發(fā)新的生物能源具有重要的意義和應(yīng)用價(jià)值。 在有機(jī)介質(zhì)中，脂肪酶或酯酶可以催化甘油酯與小分子醇類進(jìn)行酯交換反應(yīng)，生成小分子的酯類混合物（甘油和酯）。 應(yīng)用于飼料中的酶，有淀粉酶、脂解酶、蛋白酶、纖維素酶、半纖維素酶、果膠酶、植酸酶和棉籽糖分解酶等。主要來源于微生物（包括細(xì)菌、真菌、酵母菌等）發(fā)酵物，部分來源于植物組織和動(dòng)物組織（或消化液）。8.7 酶在飼料工業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)中的應(yīng)用(1) 飼用酶制劑的種類和來源1、補(bǔ)充內(nèi)源酶的不足，改善消化道內(nèi)的微生態(tài)環(huán)境2、打破

19、植物細(xì)胞壁，提高飼料的有效能值。3、降低胃腸道黏性，提高養(yǎng)分的消化吸收率，減少疾病的發(fā)生。4、消除飼料中的抗?fàn)I養(yǎng)因子（ANF ）和有毒有害物，提高飼料的營養(yǎng)價(jià)值。5、減少環(huán)境污染。6、充分利用飼料資源。(2) 飼用酶制劑的作用 用酶制劑添加到不同種類畜禽的不同基礎(chǔ)日糧中，都能起到一定的應(yīng)用效果，畜禽生產(chǎn)性能都有一定的提高。 目前，根據(jù)日糧類型的不同，已開發(fā)利用的酶制劑主要有各種淀粉酶、葡聚糖酶、木聚糖酶、蛋白酶、纖維素酶、半纖維素酶、糖化酶、果膠酶、溶菌酶等，大多是以某一種酶為主導(dǎo)酶系的復(fù)合酶制劑，且不同生產(chǎn)廠商生產(chǎn)的酶制劑成分含量也各不相同。(3) 飼用酶制劑的應(yīng)用A.注意生產(chǎn)工藝的影響 酶

20、是一種蛋白質(zhì)，對熱、光、酸等較敏感，飼料生產(chǎn)過程的每一環(huán)節(jié)都可能影響酶的活性，飼料中添加酶制劑時(shí)，盡可能地減少生產(chǎn)工藝對酶活性的影響，特別是制料的溫度最好不要超過，以保證酶制劑有較好的作用效果。(4) 飼用酶制劑的合理使用B. 根據(jù)動(dòng)物種類和不同生長階段應(yīng)用 不同動(dòng)物種類和不同的生長階段，動(dòng)物體內(nèi)酶的種類和數(shù)量并不相同，因此根據(jù)不同動(dòng)物和不同生長階段的特點(diǎn)選用合適的酶制劑，才能有效地發(fā)揮和提高酶制劑的作用效果。一般情況下，家畜使用酶制劑的作用效果比家禽好，幼年階段使用比成年階段好。C. 結(jié)合飼料中原料情況應(yīng)用酶制劑 各種復(fù)合酶制劑都有自身的針對性原料，不同類型飼料配方應(yīng)選擇符合自身酶解的酶制劑

21、。 4、科學(xué)選用酶制劑產(chǎn)品商品酶制劑多為復(fù)合酶制劑，衡量酶制劑的質(zhì)量水平和作用效果的依據(jù)主要是酶的種類、含量、活性和穩(wěn)定性。由于這些指標(biāo)目前在應(yīng)用上較難檢測和判斷，因此在選用時(shí)應(yīng)特別注意?？蛇x擇一些被人們廣泛認(rèn)可的大型和專業(yè)的酶制劑生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品。脂肪酶是一種具有多種催化能力的酶，可以催化三酰甘油酯及其他一些水不溶性酯類的水解（如磷脂酶、溶血磷脂酶、膽固醇酯酶、酰肽水解酶活性等），形成脂肪酸、甘油二酯、甘油單酯、甘油。具有優(yōu)良的底物特異性，立體選擇性和有機(jī)溶劑穩(wěn)定性而研究表明，脂肪酶除了能夠催化甘油酯類化合物的水解和合成之外，還可以用于催化酯交換反應(yīng)、生物表面活性劑的合成、多肽合成、聚合物的合

22、成和藥物的合成等。尤其是利用某些脂肪酶的立體專一性，催化旋光異構(gòu)體的拆分和手性藥物的合成成為酶工程領(lǐng)域研究的新熱點(diǎn)。脂肪酶是一種特殊的酯鍵水解酶，只作用于異相系統(tǒng)（油水界面）。而其不同活性的發(fā)揮依賴于反應(yīng)體系的特點(diǎn)，如在油水界面促進(jìn)酯水解，而在有機(jī)相中可以酶促合成和酯交換。脂肪酶在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用脂肪酶在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用 8.8(1)(1)脂肪酶來源脂肪酶來源動(dòng)物動(dòng)物 ：胰臟和脂肪組織，腸液中含有胰臟和脂肪組織，腸液中含有少量脂肪酶。肉食動(dòng)物的胃液中含有少量脂肪酶。肉食動(dòng)物的胃液中含有少量的丁酸甘油酯酶。少量的丁酸甘油酯酶。 植物植物 ：油料作物的種子油料作物的種子 ，如麻子、小，如麻子、小麥胚芽

23、、米糠等。麥胚芽、米糠等。微生物微生物 ：真菌（曲霉、青霉、毛霉、真菌（曲霉、青霉、毛霉、米根霉、酵母等）；細(xì)菌（假單胞菌米根霉、酵母等）；細(xì)菌（假單胞菌等）等） 。 123廣泛存在于：廣泛存在于：(2) (2) 微生物脂肪酶微生物脂肪酶 微生物脂肪酶是一種重要的工業(yè)酶類。與動(dòng)植物脂肪酶相比，微生物脂肪酶有更廣的作用PH范圍和溫度范圍及便于進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)和獲取高純度制劑。尤其因在油脂化工和有機(jī)合成工業(yè)中，酶催化反應(yīng)有條件溫和、耗能低、原料要求低、成品質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。動(dòng)植物中脂肪酶含量、種類有限，工業(yè)主要利用微生物進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)。 經(jīng)國內(nèi)外多年的深入研究，能應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)脂肪酶的微生物種

24、類不斷增加。目前脂肪酶生產(chǎn)菌種已遍及細(xì)菌、酵母及霉菌各大類中。近期公布的36種不同來源的商業(yè)化脂肪酶中，有19種來源于真菌，8種來源于細(xì)菌。 同時(shí)隨著生物技術(shù)的不斷發(fā)展（酶固定化技術(shù)、界面酶學(xué)和非水解酶學(xué)研究的突破性進(jìn)展），逐步擴(kuò)展了微生物脂肪酶應(yīng)用領(lǐng)域。微生物脂肪酶的多功能性不僅對傳統(tǒng)的工業(yè)領(lǐng)域具有重要的影響，而且在許多新的工業(yè)領(lǐng)域，如環(huán)保領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用。 每年由于各種原因排入海中的廢油脂達(dá)200萬t，如不及時(shí)處理，不僅會(huì)造成魚類的大量死亡，而且廢油脂中的有害物質(zhì)也會(huì)通過食物鏈進(jìn)入人體。 餐飲業(yè)廢油脂是現(xiàn)代餐飲業(yè)的副產(chǎn)品，由于經(jīng)過多次反復(fù)高溫煎炸，其中不僅游離脂肪酸含量高，而且含有上

25、百種醛、酮和聚合物等氧化產(chǎn)物。這些廢油脂除部分用于生產(chǎn)低附加值的肥皂外，大部分非法進(jìn)入飲食業(yè)，極大地威脅著人的身體健康。 有調(diào)查數(shù)據(jù)顯示， 中國人一年大約要吃掉近300萬噸“地溝油”。A.脂肪酶在處理費(fèi)油污染方面的應(yīng)用脂肪酶在處理費(fèi)油污染方面的應(yīng)用 一方面，人們用含有脂肪酶及其它成分的復(fù)合制劑處理海中的石油，可以將石油降解成適合微生物的營養(yǎng)成分，為浮在油表面的細(xì)菌提供優(yōu)良的養(yǎng)料，使得分解石油的細(xì)菌迅速繁殖，以達(dá)到快速降解石油的目的。另一方面，利用游離脂肪酸含量較高的廢油脂制備生物柴油是近年的研究熱點(diǎn)。生物柴油通常是指脂肪酸甲脂（FAME），即以菜籽油、棕櫚油、麻瘋樹油等可食用或不可食用的植物油

26、和動(dòng)物油脂為原料，在催化劑的作用下與甲醇發(fā)生酯交換反應(yīng)而生成的混合脂肪酸甲酯的總稱。生物柴油可降解、可再生， 是典型的綠色能源， 是替代石化柴油的理想燃料之一。為扶持生物柴油的發(fā)展，我國相繼出臺(tái)一系列政策。在這些政策的刺激下，生物柴油產(chǎn)業(yè)也漸漸受到了重視。而目前生產(chǎn)生物柴油的主要問題是成本過高， 生物柴油制備成本大約80是原料成本， 因此采用廉價(jià)原料是生物柴油實(shí)用化的關(guān)鍵。為此， 以廢棄油脂為原料生產(chǎn)生物柴油， 可使廢油脂變成一種有用的工業(yè)資源， 打開了廢油脂回收再利用的“瓶頸”， 從而切斷其重新流入食用領(lǐng)域的途徑， 有效保障人們身體健康，同時(shí)， 也將使城市環(huán)境大為改善。利用生物酶法制備生物柴

27、油有反應(yīng)條件溫和、設(shè)備要求低、醇用量少、產(chǎn)品的分離純化簡單以及無污染物排放等優(yōu)點(diǎn)，是一種頗具競爭力的催化劑，日益受到人們的重視。用于催化合成生物柴油的脂肪酶主要是真菌類脂肪酶， 這類酶生產(chǎn)較為方便， 與動(dòng)物脂肪酶相比具有更高的活性。 由廢油脂轉(zhuǎn)化生成生物柴油工藝流程微生物脂肪酶生物技術(shù)應(yīng)用于被污染環(huán)境的修復(fù)以及廢物處理是一個(gè)新興的領(lǐng)域。由于大多數(shù)低溫脂肪酶都有著比較低的最適酶活反應(yīng)溫度（接近自然環(huán)境溫度），因此它們在環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域有極大用武之地。脂肪酶不僅可用于去除低溫狀態(tài)下工業(yè)廢物中的油脂（如石油開采和煉制過程中產(chǎn)生的油泄漏，脂類加工所產(chǎn)生的含脂廢物和飲食業(yè)產(chǎn)生的含油脂廢物等），還可以處理大量

28、的城市和生活含脂廢水和廢物。用低溫脂肪酶處理這些含脂廢棄物時(shí)，所需附加的熱能低，且安全、高效，不會(huì)造成二次污染，對環(huán)境保護(hù)有非常積極的意義。 目前酶法催化存在問題主要是：脂肪酶對甲醇及乙醇的轉(zhuǎn)化率低，一般僅為40%60%。這是由于目前脂肪酶對長鏈脂肪醇的酯化或轉(zhuǎn)酯化有效， 而對短鏈脂肪醇如甲醇或乙醇等轉(zhuǎn)化效率低。而且由于短鏈醇對酶的毒性直接導(dǎo)致了酶的使用壽命短，不能在大工業(yè)生產(chǎn)中反復(fù)使用。此外，甘油對固定化酶有毒性， 固定化酶使用壽命較短。 脂肪酶酶法制備生物柴油雖然有其優(yōu)越性，但還存在許多的問題。酶催化廢食用油生產(chǎn)生物柴油還不能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。 我國在這方面的研究尚不太多。通過大量篩選脂肪酶

29、產(chǎn)生菌，利用脂肪酶在非水相催化領(lǐng)域的優(yōu)勢，尋找能夠催化脂肪酸高效酯化的脂肪酶，進(jìn)行生物柴油的生產(chǎn)條件的探索性研究， 是目前要解決的問題。 解決上述問題主要通過： 提高脂肪酸甲（乙）酯產(chǎn)率（例如選擇適當(dāng)?shù)闹久浮⒑线m的反應(yīng)體系、分步加入甲醇法等）。 降低原料成本和降低脂肪酶生產(chǎn)成本（通過誘變，尤其是定向誘變以及從分子水平改造菌種以篩選脂肪酶高產(chǎn)菌）。吳虹等人研究了關(guān)于無溶劑系統(tǒng)中，固定化脂肪酶Novozym435催化餐飲業(yè)廢油脂轉(zhuǎn)酯生產(chǎn)生物柴油。反應(yīng)副產(chǎn)物甘油可吸附在固定化酶載體表面，同時(shí)采用丙酮洗滌除去甘油可提高酶的穩(wěn)定性，大大削減了甘油對脂肪酶的抑制作用。反應(yīng)30h后產(chǎn)物中的脂肪酸甲酯含量為

30、88.16%。 連續(xù)反應(yīng)300h后，酶活性基本沒有下降。有研究顯示以不同大孔樹脂吸附法固定化假絲酵母99-125 脂肪酶，在微水有機(jī)相中的應(yīng)用表明非極性樹脂NKA是最佳的固定化載體。單批轉(zhuǎn)化率最高達(dá)到97.13 %，連續(xù)反應(yīng)19批以后轉(zhuǎn)化率仍保持為70.12 %。生物降解塑料在可降解塑料中最具發(fā)展前途。世界上的生物降解塑料主要是采用脂肪族聚酯或脂肪族聚酯混合淀粉制造的。傳統(tǒng)的脂肪族聚酯合成方法反應(yīng)溫度通常190 ，并且其金屬催化劑很難除去，限制了其應(yīng)用領(lǐng)域。而酶催化法具有高選擇性、反應(yīng)條件溫和、催化劑無毒害等優(yōu)點(diǎn)，成為一種新型的環(huán)境友好綠色化學(xué)技術(shù)，為生物可降解聚合物的合成開辟了一條全新的道路

31、。目前已經(jīng)可以利用脂肪酶的有機(jī)介質(zhì)催化合成聚酯類物質(zhì)、聚糖脂類物質(zhì)，利用蛋白酶或脂肪酶合成多肽類或聚酰胺類物質(zhì)。脂肪族聚酯主要包括以石油為原料合成的聚己（PCL）、聚丁烯（PBS）及共聚體，還有以可再生資源為原料生產(chǎn)的聚乳酸、由微生物生產(chǎn)的聚羥基酪酸（PHB）等。(4) 脂肪酶在消除白色污染的應(yīng)用脂肪酶在消除白色污染的應(yīng)用這些聚酯類物質(zhì)一般都是微生物內(nèi)源性物質(zhì)，可利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)，由此形成的塑料和地膜可以被微生物或相應(yīng)的酶降解，成為水和二氧化碳，因此不會(huì)對環(huán)境產(chǎn)生危害。 同時(shí)因其有高熔點(diǎn)、高彈性、不含有毒物質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)而在許多領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。單純的脂肪族聚酯（如聚已內(nèi)酯PCL）雖然具有較好的生物

32、降解性，并且與其它廣泛使用的塑料樹脂具有良好的相容性，但耐熱性和物理強(qiáng)度差。脂肪族聚酯與聚酰胺的共聚體（CPAE）這種材料是為了改善脂肪族聚酯的這種物性而開發(fā)的，在熔點(diǎn)和拉力強(qiáng)度等特性上較以往有了改善，是新一代可降解性塑料。我國生物降解塑料主要應(yīng)用在農(nóng)業(yè)、食品包裝、降解發(fā)泡網(wǎng)和一次性快餐盒等方面。龐大的塑料垃圾龐大的塑料垃圾塑料包裝材料塑料包裝材料 5000萬噸萬噸 其中超過其中超過1/3為一次性發(fā)泡材料為一次性發(fā)泡材料30%土地利用地膜土地利用地膜+農(nóng)業(yè)育苗缽及保鮮膜農(nóng)業(yè)育苗缽及保鮮膜約約1000萬噸萬噸其他廢棄塑料其他廢棄塑料約約1000萬噸萬噸 其污染所造成的環(huán)境壓力不言而喻。如何處理這些垃圾成為當(dāng)務(wù)之急。而從長遠(yuǎn)來看，研究開發(fā)可降解材料迫在眉急。如果在這些廢棄塑料中有30為可降解塑料，那么我們的環(huán)境將會(huì)得到大大的改善。白色污染的治理白色污染的治理 當(dāng)前各個(gè)領(lǐng)域使用的各種高分子材料，絕大多數(shù)都是非生物降解或不完全降解的材料，據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界 每年有3500萬t這樣的材料用后丟棄，嚴(yán)重污染了環(huán)境。 開發(fā)可生物降解高分子材料”的傳統(tǒng)方法包括天然高分子的改造