生物工程酶在化工中的應(yīng)用進(jìn)展

摘要：在人體內(nèi)，酶是一種重要的生物催化物質(zhì)。我國目前的生物工程酶生產(chǎn)技術(shù)主要包括生物工程酶的來源、生物工程酶的生產(chǎn)、分散萃取和固化工藝，以及生物工程酶的應(yīng)用。生物化學(xué)中的生物酶素，正逐步走進(jìn)人們?nèi)粘５娜粘Ｉ?，在化學(xué)工藝、生物制造和生物化學(xué)領(lǐng)域，都得到了廣泛的應(yīng)用。在產(chǎn)品研發(fā)、科學(xué)和信息技術(shù)領(lǐng)域有著重要的地位。本文以現(xiàn)代生化技術(shù)為切入點(diǎn)，對生物工程酶在化工中的應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行了初步探索。

關(guān)鍵詞：生物工程酶;化工領(lǐng)域;應(yīng)用

引言

近幾年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，科技的飛速發(fā)展，化學(xué)工業(yè)的迅速發(fā)展，給化學(xué)工業(yè)的發(fā)展提供了新的契機(jī)，但也給化學(xué)工業(yè)提出了更多的挑戰(zhàn)。隨著石油資源的不斷枯竭，許多化工行業(yè)都在尋找新的發(fā)展道路。近年來，化學(xué)與化學(xué)工程與生物科技的整合日益緊密。

一、酶的定義及特征

在人體內(nèi)，酶是一種重要的生物催化物質(zhì)，是由有機(jī)物中的活性細(xì)胞產(chǎn)生的一種生物加速劑，廣義上的理解是一種叫做蛋白質(zhì)的生物促進(jìn)物質(zhì)：酶對蛋白質(zhì)起到生物催化的作用。

蛋白質(zhì)除了起到酶的加速劑的作用外，還具備以下特征：（1）蛋白作為一種生物工程酶的生物催化因子，具有的催化效果是其它催化因子的十倍以上;（2）專門化程度高，只對一種生物工程酶有生物催化作用，選擇性范圍小;（3）不穩(wěn)定的特性，其自身的化學(xué)特性也是如此。例如，實(shí)驗(yàn)生物工程酶，可以把生物工程酶分成單一的和結(jié)合的。包含蛋白質(zhì)的一類稱為酶素的兩種類型，沒有蛋白質(zhì)的一種稱為輔助因子的白質(zhì)。當(dāng)二者結(jié)合時，酶的作用是充滿了生機(jī)。但是，也有一些酶素是在產(chǎn)生或產(chǎn)生細(xì)胞它不具備酶的活性，我們稱之為酶原。單胞菌只有在經(jīng)歷了某種刺激之后，它才會變得有活性，從而進(jìn)行催化作用，正因如此，生物工程酶現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于各種領(lǐng)域。

在探索的工程中，特別是在生物化學(xué)領(lǐng)域;被大量使用，同時它在遺傳、農(nóng)業(yè)、工業(yè)等領(lǐng)域都有著廣闊的發(fā)展前景。

二、生物工程酶在化工中應(yīng)用存在的優(yōu)勢和不足

1.優(yōu)勢

（1）綠色化工平臺

在綠色化學(xué)領(lǐng)域，從生產(chǎn)環(huán)境上來說，生物工程酶催化的生產(chǎn)環(huán)境一般是常溫、常壓和接近中性的，投入小，能源消耗小，運(yùn)行安全，是一種比較好的綠色催化劑。在皮革、紡織和造紙等領(lǐng)域，使用了生物工程酶，可以大幅度降低化學(xué)污染物的排放。利用生化技術(shù)可以有效地降低化工行業(yè)的能耗，減少原材料、水、能源等，從而有效地改善化工行業(yè)的環(huán)境。

（2）高效專一

高效、專一性的生物催化劑，其催化速率和反應(yīng)速率均較高，比化學(xué)催化劑的期次催化效率高;轉(zhuǎn)換速度。生物催化的基質(zhì)和立體特異性都很高，可以通過特殊的基質(zhì)進(jìn)行特殊的反應(yīng)，從而可以高效地制備出一些難以進(jìn)行的手性化合物。

（3）愈發(fā)廣泛的覆蓋面

酶素被廣泛地用于許多工業(yè)，如洗滌劑，日用化學(xué)品，皮革和紡織。同時，生物工程酶和生物工程酶也將逐步替代化學(xué)和化學(xué)催化劑。世界上有很多知名的化工企業(yè)已經(jīng)轉(zhuǎn)型，比如美國孟山都公司、杜邦公司等。而且，隨著醫(yī)藥行業(yè)的發(fā)展，生物催化劑的需求量也會越來越大。

2.劣勢

生物工程酶的不足之處是：相對自然酶來說，生物工程酶遇熱容易分解，不穩(wěn)定;有些表面活性劑不能與它兼容;生物工程酶可以通過微生物來制造，但種類很少，因此，它的成本相對較高;在化學(xué)工業(yè)中，生物工程酶的生產(chǎn)，最早是從高產(chǎn)出的產(chǎn)物開始的。在更廣泛的化學(xué)基礎(chǔ)原材料中，要將其工業(yè)化應(yīng)用到更廣泛的領(lǐng)域，仍然存在著許多問題。

三、酶法在中藥提取中的應(yīng)用進(jìn)展探討

1.黃酮的提取

黃酮是中草藥銀杏葉中的一種物質(zhì)，通常具有糖苷和游離兩種形態(tài)。以往的提取的方式的是水提法，水提法只萃取了以糖苷為核心的可溶性組分，而大量的油溶性和不溶于水的自由態(tài)的黃酮類化合物難以萃取。日本高根芳春率先采用生物工程酶萃取技術(shù)，將含油溶性物質(zhì)的銀杏葉片加入水和純水的混合物中，加入糖苷酶，在PH為6.0，50℃時，進(jìn)行糖化反應(yīng)。通過這種方法，可以將不能溶解的活性組分轉(zhuǎn)化為水溶性的糖苷，從而可以在較短的時間內(nèi)，迅速的將其萃取，并且可以大幅度的提高其萃取效率。

2.植物多糖的提取

已有學(xué)者在對苦瓜的水溶性多糖和去蛋白進(jìn)行研究時，將纖維素生物工程酶和中性蛋白生物工程酶同時添加到苦瓜中。經(jīng)正交實(shí)驗(yàn)，得到的最佳水解條件是：水解時間48h，PH約7.0，生物工程酶加量10%，纖維素生物工程酶，50℃，PH6.0，生物工程酶用量5%。

3.皂苷類化合物的提取

將纖維素酶用于三七總皂苷的提取，加入生物工程酶的三七總皂甙含量比未加生物工程酶的三七皂甙含量高25.1%。結(jié)果表明，兩種檢測方法的組成無明顯差別，因此，添加生物工程酶不會對活性組分造成損害。結(jié)果表明，生物工程酶解法對皂苷類化合物的總活性組提取率可達(dá)89.2%。

4.真菌多糖的提取

利用復(fù)合酶法萃取真菌多糖，將纖維素酶、果膠酶、蛋白酶按照一定的比例混合，在45℃下生物工程酶解，需要40分鐘，加熱到85℃，再用溫水浸泡1個小時，可以大大提高真菌多糖的萃取率，同時還能縮短萃取時間。

四、生物工程酶在化工中的應(yīng)用

1.洗滌劑工業(yè)中生物工程酶的應(yīng)用

生物工程酶在洗滌行業(yè)中的應(yīng)用已經(jīng)有將近一個世紀(jì)了。在化學(xué)工業(yè)中使用最多、使用最多的就是生物工程酶清潔劑。將胰生物工程酶加入到洗衣液中，可以在極低的清洗溫度下快速清洗衣服。第二次世界大戰(zhàn)以后，西歐和美國才逐步推廣使用含有生物工程酶的清潔劑。1970年代初期，NOVO公司將生物工程酶、惰性填料與蠟結(jié)合起來，使生物工程酶粒子產(chǎn)生生物工程酶，而在不斷的研究中，他們采用了膠囊技術(shù)，將現(xiàn)有的生物工程酶轉(zhuǎn)化為生物工程酶。這就解決了酶素的不足，而合成的復(fù)合酶素清潔劑，也是推動了酶素清潔劑的發(fā)展。上個世紀(jì)80年代以后，無論是質(zhì)量、劑型、品種，都得到了極大的提高和發(fā)展。

2.酒精、有機(jī)酸在酒精、有機(jī)酸等工業(yè)中的應(yīng)用

酒精和有機(jī)酸作為非常重要的化工產(chǎn)品，主要是通過微生物發(fā)酵工藝來實(shí)現(xiàn)。它必須要經(jīng)過淀粉生物工程酶的加工，在將其分解為糖的過程中，這樣可以讓微生物更好的吸收，并且將其轉(zhuǎn)化為酒精和有機(jī)酸。在酒精生產(chǎn)中，對淀粉類物質(zhì)進(jìn)行糖化的研究，其發(fā)展歷程是由小麥芽糖向曲霉菌轉(zhuǎn)變，而曲霉菌由固態(tài)發(fā)酵到液態(tài)發(fā)酵。從淀粉到糖的轉(zhuǎn)變，是酒精行業(yè)發(fā)展的一個長期難題。日本于六十年代成功地實(shí)現(xiàn)了雙生物工程酶淀粉制糖，并將其分離出來，以促進(jìn)其獨(dú)立的生產(chǎn)。此后，商業(yè)酶素產(chǎn)品出現(xiàn)了一種不斷發(fā)展的態(tài)勢。在雙生物工程酶技術(shù)的推廣和推廣的基礎(chǔ)上，我國的酒精產(chǎn)業(yè)在化工生產(chǎn)中已取得了一定的進(jìn)展，并在一定程度上推動了我國的傳統(tǒng)酒精產(chǎn)業(yè)向現(xiàn)代化方向邁進(jìn)。有些有機(jī)酸的產(chǎn)生往往是通過像檸檬酸、乳酸和蘋果酸等生物工程技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的，淀粉是它的主要原材料，它與酒精相似，而新的生物工程酶的水解技術(shù)被引入，從而取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

3.紡織、皮革及日化用品等中生物工程酶的應(yīng)用

從紡織工業(yè)的用途來看，主要用于織布的退漿，這個階段所需的堿、氧水、硫酸等可以由淀粉生物工程酶代替，纖維素生物工程酶用于減少纖維和纖維的混合。生物工程酶技術(shù)已用于皮革的生產(chǎn)，稱為生物工程酶法制革。利用蛋白生物工程酶和脂肪生物工程酶對皮革進(jìn)行加工，不僅能使皮革的品質(zhì)得到顯著改善，還能有效地降低污水的排放。

在皮革工業(yè)中，生物工程酶類物質(zhì)的用途也非常廣泛，利用生物工程酶進(jìn)行皮革的脫毛和軟化，早在七十年代就開始流行起來，利用脂肪生物工程酶和蛋白生物工程酶對皮革進(jìn)行處理，不但可以提高產(chǎn)品的品質(zhì)，而且還可以減少污水的污染。而在造紙行業(yè)，使用的生物工程酶則更加普遍。

在再生紙業(yè)中，生物工程酶類物質(zhì)的使用主要有：能使紙漿在漂白階段產(chǎn)生一定的促進(jìn)作用，從而可以節(jié)省漂劑，使?jié){液漂白后的白度明顯增加;而對纖維進(jìn)行改性和脫墨的主要是淀粉生物工程酶和纖維素生物工程酶，它們能幫助脫墨，并能提高脫墨漿的白度，同時還能改進(jìn)過濾性能，使紙巾柔軟度更好;在改性和治理污水中，它的主要功能是漆生物工程酶，它能提高含機(jī)漿液的濕強(qiáng)度，并能促進(jìn)廢水的色度和BOD/COD的下降。在牙膏中加入一些酶素，可以有效的清潔牙齒，還可以有效的防止齲齒;可以用于護(hù)膚，消炎，抗輻射，延緩肌膚老化。

4.生物生物工程酶在石油煉化技術(shù)中的應(yīng)用

在原油、天然氣及主要化工產(chǎn)品價格波動較大的情況下，石油煉制廠為了進(jìn)一步提升催化過程的效率，并研制出一種新的催化劑，以取代傳統(tǒng)的原材料。生物生物工程酶作為一種新型的催化劑，在有機(jī)合成中取代常規(guī)的化學(xué)催化劑已經(jīng)引起了人們的關(guān)注。利用生物生物工程酶對石化工業(yè)的發(fā)展具有重大意義。生物生物工程酶作為一種新型的催化劑，在有機(jī)合成中取代常規(guī)的化學(xué)催化劑已經(jīng)引起了人們的關(guān)注。尤其是通過對活性物質(zhì)的立體選擇性，可以合成糖類、核酸、氨基酸、多肽、抗生素等特定的化合物。近年來，利用生物生物工程酶進(jìn)行分離、凈化，并發(fā)展了固定化法、生物反應(yīng)器等，使其在石油化工領(lǐng)域的應(yīng)用有了長足的發(fā)展。

五、結(jié)束語

總而言之，隨著生物工程酶的品質(zhì)和種類的提高，原本只是一種水解生物工程酶，但在不斷的研發(fā)中，卻出現(xiàn)了越來越多的新的酶素。這就導(dǎo)致了生物工程酶的用途越來越廣，特別是在化學(xué)工業(yè)中，生物工程酶的使用效果更好，而將其與生物化學(xué)的結(jié)合，可以促進(jìn)我國的化工業(yè)的發(fā)展，也可以促進(jìn)我們的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，同時，生產(chǎn)出更多的高質(zhì)量的化工產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)

[1]程玉華.酶在化學(xué)合成中的應(yīng)用[J].生物工程進(jìn)展，2018，12（004）：11-18.

[2]宮磊，周麗，崔文璟，等.攪拌槳組合數(shù)值模擬優(yōu)化及在谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶發(fā)酵中的應(yīng)用[J].化工進(jìn)展，2017，33（10）：6.

[3]彭益強(qiáng)，蘭琳，陳巍，等.樹脂分離技術(shù)在酶法制備1，3-丙二醇中的應(yīng)用[J].化工進(jìn)展，2018.

作者簡介：汪寄宇，1969.08.01，男，江蘇宿遷，漢，大學(xué)本科，工程師（擬申報高工），研究方向：生物化工。