生物工程酶在化工中的應用探析

朱長春,薛春元?。ǜ＝ㄊ∪輲煼秾W院,福建　泉州　362000）

生物工程酶在化工中的應用探析

朱長春,薛春元
（福建省泉州師范學院,福建泉州362000）

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

生物工程酶；化工；應用

迄今為止，已經在自然界發現了2500多種酶，其中有100多種酶制劑已經申請專利。并且其中有60多種是有經濟價值的，只有20種酶制劑是用于工業化生產的。本文接下來主要探討生物工程酶在化工中的應用以及其目前存在怎樣的優勢和不足。

1　酶在化工中的應用

1.1 洗滌劑工業中酶的應用

在洗滌劑工業中應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用的正是加酶洗滌劑。將胰蛋白酶加進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之后。上世紀70年代初，NOVO公司結合了酶、惰性填料和蠟，將其生成酶顆粒,接下來在經過反復地研究之后,又用到了膠囊技術,將現用的粒狀酶制成。如此便使得粉狀酶的缺陷得到了彌補和解決，于此同時開發的復合加酶洗滌劑，也促進了含酶洗滌劑的發展。到了上世紀80年代之后，不論是從質量、劑型，還是品種方面都有了巨大的提升和發展。

1.2酒精工業和有機酸工業中酶的應用

酒精和有機酸作為非常重要的化工產品，采用的都是微生物發酵的方法來進行生產。淀粉是其共同的原料，其一定要先通過淀粉酶來進行處理，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化。就酒精生產過程中淀粉質原料的糖化來看，經歷了一個十分復雜的過程：一是從大麥芽到曲霉菌,二是曲霉菌從固體培養到液體培養。在酒精工業漫長的發展歷程中，期一直最難以解決的問題就是關于怎樣由淀粉向糖轉化。在上世紀60年代，日本完成了雙酶法淀粉工業制糖，此后便從酒精企業中劃分出酶制劑，促使其進行獨立生產。隨后，商品酶制劑就呈現出持續發展的姿態。在成功應用并大力推行雙酶法工藝的同時，酒精工業也對化學工業中的一些先進的設備和工藝等進行了成功應用，這就促進了傳統酒精工業的發展，促使其步入現代化生物工程行業。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，淀粉為其生產原料，類似酒精，同時將新的酶水解工藝不斷引進，這樣就獲得了不錯的經濟效益。

1.3紡織 、皮革及日化用品等中酶的應用[1]

就紡織工業中酶的應用來看，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。早在上世紀七十年代，酶制劑就在皮革生產中得到了應用，這就是酶法皮革脫毛軟化。把皮革用蛋白酶和脂肪酶來進行處理，就會大大提高其質量，而且廢水的污染也有效減少了。再造紙工業中酶制劑的應用主要包括:對紙漿漂白期促進作用的木聚糖酶，這樣就有助于漂劑的節約，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脫墨漿白度的提高，同時濾水性得到了改善，衛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防效果；在護膚品中使用的功效主要是殺菌消炎、抗輻射和皮膚衰老。

2　酶在化工中應用存在的優勢和不足

2.1優勢

2.1.1綠色化工的平臺[2]

就酶催化反應的產生條件來看，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，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用了酶，而使得化學污染物排放量大大減少。生物催化技術的應用將有助于降低傳統化學工業很多方面的消耗，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散，進而真正改善了化學工業生產面貌。

2.1.2高效專一

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

2.1.3愈發廣泛的覆蓋面

如今酶以及廣泛應用于洗滌劑、日用化學品、皮革和紡織等眾多行業。酶制劑和酶催化也將逐漸取代傳統的化學劑和化學催化。在國際上存在不少著名化學工業公司轉變成以生物技術為主的例子，例如美國的孟山都公司和杜邦公司。除此之外，就精細化工和制藥工業方面而言，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定；存在一些表面活性劑不能與之相容；酶制劑生產可借助微生物發酵，但可以大規模生產的品種卻非常少，這就導致酶的價格基本比較高；由于難以找到特定催化反應需要的酶，所以化工生產中酶尤其是催化合成方面的應用會受限?；瘜W品產業中生物酶合成技術的應用，最初是始于高產值產品，如今生物酶技術應用較多是那些昂貴的產品。要想在更多的化工基礎原料中加以應用并實現產業化，需要解決的問題還有很多。

3　結束語

新世紀，經濟的巨大發展和科學技術的巨大進步也推動了化工行業的發展，但在為其帶來機遇的同時，也使其面臨前所未有的挑戰。伴隨著化石能源形勢的變化，相關的很多化學工業也都在找尋自身生存和發展的新方向。最近一些年來，化學及化學工程方面與生命科學之間加強了融合，化工與酶工程、酶制劑的結合尤為顯著，這就促使化工行業呈現出更加嶄新的面貌。

[1]譚天偉.生物化工現狀與展望[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進展[J].精細與專用化學品,2006,14(24):5-9.

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

[4]童海寶.生物催化技術在精細化工中的應用[J].精細與專用化學品，2002(10):9-10.