生物工程酶在化工中的应用探析
时间：2021-02-05 08:00:31 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要：文章在对酶应用的历史起源进行简单阐述的基础上，着重论述了生物工程酶在化工中的应用及其发展过程。同时对酶在化学工业中应用具有的优势和存在的不足之处进行了详细的介绍和分析，希望生物工程酶与化工能走上融合发展的道路。
关键词：生物工程酶；化工；应用
迄今为止，已经在自然界发现了2500 多种酶，其中有100多种酶制剂已经申请专利。并且其中有60多种是有经济价值的，只有20种酶制剂是用于工业化生产的。本文接下来主要探讨生物工程酶在化工中的应用以及其目前存在怎样的优势和不足。
1 酶在化工中的应用
1.1 洗涤剂工业中酶的应用
在洗涤剂工业中应用酶的历史已有近百年。在化工中有着最大用量和最广泛应用的正是加酶洗涤剂。将胰蛋白酶加进洗衣剂中最早可追溯到1913 年，这样就能在低洗涤温度条件下，较快的洗净衣物很快将衣物洗净。而西欧和美国将含酶洗涤剂开始逐渐普及是在二战之后。上世纪70 年代初，NOVO公司结合了酶 、惰性填料和蜡，将其生成酶颗粒 ，接下来在经过反复地研究之后 ， 又用到了胶囊技术， 将现用的粒状酶制成。如此便使得粉状酶的缺陷得到了弥补和解决，于此同时开发的复合加酶洗涤剂，也促进了含酶洗涤剂的发展。到了上世纪 80 年代之后，不论是从质量、剂型，还是品种方面都有了巨大的提升和发展。
1.2 酒精工业和有机酸工业中酶的应用
酒精和有机酸作为非常重要的化工产品，采用的都是微生物发酵的方法来进行生产。淀粉是其共同的原料，其一定要先通过淀粉酶来进行处理，等到其分解成糖之后才可以被微生物更快的利用，同时还会向酒精或有机酸转化。就酒精生产过程中淀粉质原料的糖化来看，经历了一个十分复杂的过程：一是从大麦芽到曲霉菌， 二是曲霉菌从固体培养到液体培养。在酒精工业漫长的发展历程中，期一直最难以解决的问题就是关于怎样由淀粉向糖转化。在上世纪60年代，日本完成了双酶法淀粉工业制糖，此后便从酒精企业中划分出酶制剂，促使其进行独立生产。随后，商品酶制剂就呈现出持续发展的姿态。在成功应用并大力推行双酶法工艺的同时，酒精工业也对化学工业中的一些先进的设备和工艺等进行了成功应用，这就促进了传统酒精工业的发展，促使其步入现代化生物工程行业。一些有机酸的生成通常都会借助于生物工程方法，诸如柠檬酸 、乳酸和苹果酸等，淀粉为其生产原料，类似酒精，同时将新的酶水解工艺不断引进，这样就获得了不错的经济效益。
1.3 纺织 、皮革及日化用品等中酶的应用[1]
就纺织工业中酶的应用来看，主要是在对织造过程中织物的退浆处理，这时期中用到的烧碱、双氧水、硫酸等可用淀粉酶来取代；在减量整理纤维素纤维及其混纺织物方面用到的主要是纤维素酶。早在上世纪七十年代，酶制剂就在皮革生产中得到了应用，这就是酶法皮革脱毛软化。把皮革用蛋白酶和脂肪酶来进行处理，就会大大提高其质量，而且废水的污染也有效减少了。再造纸工业中酶制剂的应用主要包括：对纸浆漂白期促进作用的木聚糖酶，这样就有助于漂剂的节约，浆料漂后的白度也大大提高了；在纤维改性和脱墨方面起作用的主要是淀粉酶和纤维素酶，其有助于脱出油墨和促进脱墨浆白度的提高，同时滤水性得到了改善，卫生纸也具有了更好的柔软度；在木素改性和处理废水方面其主要作用的是漆酶 ，其有助于促进含机械浆料湿强度的提高，对于废水色度和BOD/COD 值的降低也有促进作用。在牙膏中使用酶往往能起到更好的洁齿效果，而且对于龉齿也能起到很好的预防效果；在护肤品中使用的功效主要是杀菌消炎、抗辐射和皮肤衰老。
2 酶在化工中应用存在的优势和不足
2.1 优势
2.1.1 绿色化工的平台[2]
就酶催化反应的产生条件来看，通常是常温、常压和近于中性条件；在投资和能耗方面都很少，而且具有很高的操作安全性；作为一种蛋白质，生物催化剂自身可生物降解，是较为理想的绿色催化剂。在皮革、纺织和造纸等催化合成中由于应用了酶，而使得化学污染物排放量大大减少。生物催化技术的应用将有助于降低传统化学工业很多方面的消耗，主要是指原材料、水和能量，同时大大减少了污染物的排放以及扩散，进而真正改善了化学工业生产面貌。
2.1.2 高效专一
生物催化剂的催化和反应速度都很快，期催化效率远高于化学催化剂；酶催化具有更高的转化率，用丙烯腈水合酶进行催化合成，可实现99.99 %的转化率。生物催化的底物以及立体专一性都很高，特定的底物会发生特定反应，针对普通化学反应很难进行的手性化合物也能有效合成。
2.1.3 愈发广泛的覆盖面
如今酶以及广泛应用于洗涤剂、日用化学品、皮革和纺织等众多行业。酶制剂和酶催化也将逐渐取代传统的化学剂和化学催化。在国际上存在不少著名化学工业公司转变成以生物技术为主的例子，例如美国的孟山都公司和杜邦公司。除此之外，就精细化工和制药工业方面而言，也将会消费越来越多的生物催化剂。
2.2 不足之处
生物工程酶存在的不足之处主要有：就天然酶蛋白而言，一旦遇热就易降解且不稳定；存在一些表面活性剂不能与之相容；酶制剂生产可借助微生物发酵，但可以大规模生产的品种却非常少，这就导致酶的价格基本比较高；由于难以找到特定催化反应需要的酶，所以化工生产中酶尤其是催化合成方面的应用会受限。化学品产业中生物酶合成技术的应用，最初是始于高产值产品，如今生物酶技术应用较多是那些昂贵的产品。要想在更多的化工基础原料中加以应用并实现产业化，需要解决的问题还有很多。
3 结束语
新世纪，经济的巨大发展和科学技术的巨大进步也推动了化工行业的发展，但在为其带来机遇的同时，也使其面临前所未有的挑战。伴随着化石能源形势的变化，相关的很多化学工业也都在找寻自身生存和发展的新方向。最近一些年来，化学及化学工程方面与生命科学之间加强了融合，化工与酶工程、酶制剂的结合尤为显著，这就促使化工行业呈现出更加崭新的面貌。
参考文献：
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