環(huán)境工程中固定化酶技術(shù)的應(yīng)用分析

李 莉

（壽光市環(huán)境保護(hù)局，山東 壽光 262700）

環(huán)境工程中固定化酶技術(shù)的應(yīng)用分析

李 莉

（壽光市環(huán)境保護(hù)局，山東 壽光 262700）

固定化酶是近十余年發(fā)展起來的酶應(yīng)用技術(shù)，在工業(yè)生產(chǎn)、化學(xué)分析和醫(yī)藥等方面有誘人的應(yīng)用前景，本文分析了固定化酶技術(shù)在環(huán)境工程領(lǐng)域的應(yīng)用及目前已經(jīng)取得的成果，并且展望了發(fā)展趨勢(shì)。

環(huán)境工程；環(huán)境監(jiān)測(cè)；固定化酶

固定化酶技術(shù)是二十世紀(jì)六十年代發(fā)展起來的一項(xiàng)新興技術(shù)。通俗的說固定化酶就是指在一定的空間范圍內(nèi)進(jìn)行催化反應(yīng)的酶，這種酶能夠反復(fù)和連續(xù)進(jìn)行使用。酶固定化以后通常情況下穩(wěn)定性會(huì)進(jìn)一步增加，能夠從反應(yīng)系統(tǒng)中快速容易地分離和控制，并且運(yùn)輸和貯存起來非常方便。固定化酶技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)、污水處理和醫(yī)藥等方面都得到了廣泛的應(yīng)用［1］。

1 固定化酶技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用

近年來，水污染事件在各地時(shí)有發(fā)生，這就要求必須把好水質(zhì)這道關(guān)，相應(yīng)的對(duì)各類水體有害物質(zhì)的監(jiān)測(cè)也越來越有必要。

酶反應(yīng)器是同固定化酶制成的，它可以直接或與其他檢測(cè)器組成酶電極、酶?jìng)鞲衅鞯确治鰴z測(cè)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境污染物的監(jiān)測(cè)。這種酶反應(yīng)器檢測(cè)起來簡(jiǎn)單快速、特異性高、靈敏度好并且攜帶方便。到目前為止，用來檢測(cè)農(nóng)藥的傳感器中就以乙酰膽堿酯酶的應(yīng)用最廣。研究人員用固定化乙酰膽堿酯酶制成的檢測(cè)設(shè)備，對(duì)幾豐個(gè)蔬菜樣品中農(nóng)藥殘留進(jìn)行了快速準(zhǔn)確的檢測(cè)。

2 固定化酶技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用

有機(jī)廢水的處理可以分為物理化學(xué)方法和生物方法。物理化學(xué)方法在處理污水過程中，難度大并且成本高，還有可能對(duì)周圍環(huán)境重復(fù)污染；所以生物方法處理有機(jī)廢水在日常的應(yīng)用中越來越多。

有機(jī)廢水處理過程中經(jīng)常用到的酶有下列幾種：辣要過氧化物酶、漆酶、酷氨酸酶等。這些酶有一個(gè)共同的特性就是通過對(duì)污水中的酚類催化和氧化，可以降解其中的具有非常強(qiáng)毒性的酚類。有的廢水中也含有殘留的農(nóng)藥，而通過用固定化酶對(duì)廢水處理的檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，這種技術(shù)對(duì)處理廢水中的農(nóng)藥殘留也有很好的效果。研究人員發(fā)現(xiàn)在酸性條件下，固定化漆酶對(duì)氯苯嘧啶醇具有非常好的降解效果。

隨著人們對(duì)固定化酶這一技術(shù)的不斷探索，越來越多的固定化酶和固定化方法在廢水處理中受到全社會(huì)的關(guān)注。聯(lián)合固定化技術(shù)使酶的特性充分發(fā)揮了出來，進(jìn)一步擴(kuò)大了固定化酶的使用領(lǐng)域。研究人員把脫色酶與苯胺降解菌混合固定用來處理染料廢水。實(shí)驗(yàn)證明，80%和90%的脫色率和苯胺降解率非常令人滿意。研究人員把造紙廠中的廢水用苯酚甲醛樹脂吸附結(jié)晶型枯草桿菌淀粉酶來進(jìn)行處理，經(jīng)過一段時(shí)間的停留，78%的懸浮膠態(tài)淀粉被去除。

3 固定化酶技術(shù)在大氣治理中的應(yīng)用

近年來，煤炭等能源的大量消耗使空氣中的二氧化碳含量逐年增加，大氣污染越來越嚴(yán)重，這個(gè)問題越來越受到全社會(huì)的關(guān)注。而一種新型的海藻酸ΑLG-SiO2，以還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸作為電子供體，可以把二氧化碳催化成甲醇，這種海藻酸就是用甲酸脫氫酶、甲醛脫氫酶和醇脫氫酶制備而成。另外，碳酸酐酶還可以催化二氧化碳水化。

4 固定化酶技術(shù)在清潔生產(chǎn)中的應(yīng)用

工業(yè)化的程度越來越高，同時(shí)人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的觀念也越來越強(qiáng)，清潔生產(chǎn)這一工藝就受到越來越多的關(guān)注，也成為研究人員的一個(gè)研究重點(diǎn)為。因?yàn)楣潭ɑ讣夹g(shù)反應(yīng)時(shí)條件比較溫和、污染也比較小，所以這一清潔生產(chǎn)工藝在實(shí)際應(yīng)用中越來越廣泛。造紙廠紙漿漂白中用上木聚糖酶和漆酶可以避免生產(chǎn)過程中產(chǎn)生不容易以生物方法分解的大量氯代有機(jī)物質(zhì)，從而進(jìn)一步減少這一生產(chǎn)過程中的污染問題。此外，使用氧化還原酶、腈水酶以及脂肪酶這三類酶催化可以生成R扁桃酸的沒有污染、沒有毒性的合成方式也備受關(guān)注。［2］現(xiàn)在我們國家的研究人員已經(jīng)成功研究出了固定化大腸桿菌生產(chǎn)6-氨基青霉烷酸等許多固定化新工藝。

5 其他應(yīng)用

日常生產(chǎn)生活中，人們對(duì)污泥的處理方式一般是經(jīng)過簡(jiǎn)單處理后進(jìn)行填埋，這樣就具有非常大的污染環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)。而固定化酶技術(shù)就可以用來處理污泥。根據(jù)研究，嗜熱溶菌酶溶解法就可以把活性污泥進(jìn)行處理，并實(shí)現(xiàn)零排放。研究人員在污泥中放入嗜熱菌，通過觀察，得出嗜熱菌分泌的胞外酶可以快速實(shí)現(xiàn)懸浮固體及蛋白質(zhì)的溶解。使用這一技術(shù)處理污泥有非常大的發(fā)展勢(shì)頭。

6 固定化酶技術(shù)在環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用展望

近來人們對(duì)固定化酶技術(shù)的研究越來越快，應(yīng)用的前景也不可限量。這主要是固定化酶有非常多的優(yōu)勢(shì)：（1）固定化酶可重復(fù)使用，使酶的使用效率提高、使用成本降低。（2）固定化酶極易與反應(yīng)體系分離，簡(jiǎn)化了提純工藝，而且產(chǎn)品收率高、質(zhì)量好。（3）在多數(shù)情況下，酶經(jīng)固定化后穩(wěn)定性得到提高。（4）固定化酶的催化反應(yīng)過程更易控制。（5）固定化酶具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，可以用攪拌或裝柱的方式作用于底物溶液，便于酶催化反應(yīng)的連續(xù)化和自動(dòng)化操作。（6）固定化酶與游離酶相比更適于多酶體系的使用，不僅可利用多酶體系中的協(xié)同效應(yīng)使酶催化反應(yīng)速率大大提高，而且還可以控制反應(yīng)按一定順序進(jìn)行［3］。

當(dāng)然，固定化酶技術(shù)也存在著一些不足，如：固定化可能造成酶的部分失活，酶活力有損失；固定化酶一般只適用于水溶性的小分子底物，對(duì)于大分子底物不適宜；酶催化微環(huán)境的改變可能導(dǎo)致其反應(yīng)動(dòng)力學(xué)發(fā)生變化等，這些都需要得到進(jìn)一步的完善。不過隨著時(shí)代的發(fā)展新的載體材料的不斷開發(fā)和利用，無載體固定化酶應(yīng)用和興起，固定化酶技術(shù)在環(huán)境工程中的應(yīng)用會(huì)越來越廣泛。

［1］李德昆，林洪，江潔等.利用固定化草酸氧化酶快速檢測(cè)河豚毒素［J］.中國水產(chǎn)科學(xué)，2005，12（05）∶638-642.

［2］王建龍.生物固定化技術(shù)與水污染控制［M］.北京∶科學(xué)出版社，2004，291-292.

［3］李貴寶，周懷東，郭祥云等.我國水環(huán)境監(jiān)測(cè)存在的問題及對(duì)策［J］.水利技術(shù)監(jiān)督，2005（03）∶57-60.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.19.067