环境工程中固定化酶技术的应用分析
固定化
固定化技术及其应用摘要固定化细胞技术是酶工程的核心技术之一，它将酶工程提高到一个新水平。
该技术简化了工业分离纯化的步骤，并使酶反应的连续生产成为现实。
目前，该技术已经广泛应用于食品、发酵、三废处理等行业，经济效益显著。
首先分析了固定化细胞的优缺点，介绍了近年来在食品、发酵和三废处理行业的应用，最后对其应用进行了展望。
关键词固定化酶；食品；发酵；三废处理；应用引言固定化细胞就是被限制自由移动的细胞，既细胞受到物理化学等因素约束或限制在一定的空间界限内，但细胞仍保留催化活性并具备能被反复或连续使用的活力。
是在酶固定化基础上发展起来的一项技术。
【1】固定化微生物技术使用化学或物理手段，将游离细胞或者酶定位于限定的区域，使其保持活性并可反复利用的方法。
最初主要用于发酵生产，70年代后期，被利用到水处理领域，近年来则成为各国学者研究的热点【2】。
固定化微生物技术克服了生物细胞太小，与水溶液分离较难，易造成二次污染的缺点，保持了效率高、稳定性强、能纯化和保持高效菌种的优点，在废水处理领域有广阔的应用前景。
在实际应用过程中，如何固定、何种载体，才能使固定化微生物能较长时间的保持一定的强度和活度，才能降低固定化成本，延长固定微生物的使用寿命，是该技术在污水处理中得到广泛应用的关键。
固定化技术作为实现动物细胞大规模培养的重要途径, 相对悬浮培养而言具有细胞生长密度高、抗剪切力和抗污染能力强、产物易于收集和分离纯、对贴壁型和非贴壁型细胞【3】都适用的优点, 因此在动物细胞的大规模培养上得到越来越广泛的应用,相继出现了微载体、中空纤维及微囊化等多种固定化培养技术。
本文作者将结合动物细胞的培养特性,介绍目前动物细胞大规模培养中的固定化技术。
酶作为一种蛋白质，其催化活性与空间结构密切相关，在大多数情况下固相酶的催化活性较低，以固定化氨基酰化酶为例，选择比较好的载体材料和固定化方法，其活性一般也仅为游离酶的50％～60％。
固定化技术应用-酶和细胞的固定化
固定化技术应用－酶和细胞的固定化试题中出现固定酶能不能催化一系列反应，查找资料，没有权威资料认为已经存在催化系列反应的酶，应该是研究方向。
选修知识的考查已经出现应用方向，也拓展到了技术的前景。
也就是说，需要在教学中创设情境适当扩大知识面，结合试题进行教学会收到很好的效果，如固定化酶技术可以拓展到固定化细胞。
问题：固定化技术以及发展前景如何？什么是固定化酶？什么是固定化细胞？011.固定化酶技术固定化酶技术是用物理或化学手段。
将游离酶封锁住固体材料或限制在一定区域内进行活跃的、特有的催化作用，并可回收长时间使用的一种技术。
酶的固定化技术已经成为酶应用领域中的一个主要研究方向。
经固定化的酶与游离酶相比具有稳定性高、回收方便、易于控制、可反复使用、成本低廉等优点，在生物工业、医学及临床诊断、化学分析、环境保护、能源开发以及基础研究等方面发挥了重要作用。
2.固定化酶技术的发展以前，固定化酶技术是把从生物体内提取出来的酶，用人工方法固定在载体上。
1916年Nelson和GrImn最先发现了酶的固定化现象。
科学家们就开始了同定化酶的研究工作。
1969年日本一家制药公司第一次将固定化的酰化氨基酸水解酶用于从混合氨基酸中生产L－氮基酸，开辟了固定化酶在工业生产中的新纪元。
我国的固定化酶研究开始于1970年，首先是微生物所和上海生化所的工作者开始了固定化酶的研究。
当今，固定化酶技术发展方向是无载体的酶固定化技术。
邱广亮等用磁性聚乙二醇胶体粒子作载体，采用吸附－交联法，制备出具有磁响应性的固定化糖化酶，简称磁性酶(M I E)一方面由于载体具有两亲性，M I E可稳定的分散于水相或有机相中，充分的进行酶催化反应；另一方面，由于载体具有磁响应性，M I E又可借助外部磁场简单地回收，反复使用，大大提高酶的使用效率。
Puleo等将钛合金表面用丙烯酸胺等离子体处理引入氨基，然后将含碳硝化甘油接枝于钛合金表面，或者将等离子体处理的钛合金先由琥珀酸酐处理，再用含碳硝化甘油接枝，进而将溶菌酶和骨形态蛋白进行固定，实现了生物分子在生物惰性金属上的固定化。
酶在环境保护方面的应用
酶在环境保护方面的应用摘要：随着科学技术的迅速发展，人类赖以生存的环境质量,是目前举世瞩目的重大问题。
对日益严峻的全球化环境污染问题，酶在环保方面的应用日益受到关注，呈现出良好的发展前景。
为环境保护污染治理提供了新的技术手段。
?本文介绍了酶工程基本技术，包括酶制剂的生产、酶的分离纯化，酶的固定化技术、酶的改造和修饰等，综述了酶在环境保护方面，包括水净化、石油和工业废油的处理、白色污染的治理和环境监测等方面的研究和应用现状。
关键词：酶工程；环境保护；环境监测；废水处理；可生物降解材料开发；石油和工业废油众所周知,酶作为一种高效生物催化剂,能在十分温和的条件下起高数率的催化作用, 并且具有高度的区域选择性和立体专一性。
因此, 它有着化学催化剂所无可比组的优越性, 已经广泛应用在食品工业、药物工业和洗议剂工业。
近年来环境污染越来越严重，酶的作用也从工业生产转移至环境治理中来。
人类的生产和生活与自然环境密切相关，随着科学技术的不断发展，地球环境由于受到各方面因素的影响，正在不断恶化，人类开发利用自然资源的能力和范围不断扩大，随之而来的环境污染问题也越来越严重，已经成为举世瞩目的重大问题。
环境污染已成为制约人类社会发展的重要因素，我国每年排放大量废水(416亿t)、废气和烟尘(2000万t)以及固体废弃物(i000亿t)，污染达到相当严重的地步。
因此环境保护问题越来越受到人们的重视。
20世纪以来，在化学和生物学之间的交叉地带形成的生物技术占据了重要的地位，在工业、农业、医药、食品等方面得到了广泛的应用，并对解决当代资源、能源、环保等多方面问题起着举足轻重的作用。
而作为生物工程的重要组成部分，酶和酶工程受到生物化学工作者的重视，几种新兴的技术产业已成为优先发展的高科技领域。
酶在环境保护方面的应用1.酶在环境监测方面的应用环境监测是了解环境情况、掌握环境质量变化，进行环境保护的一个重要环节。
酶在环境监测方面的应用越来越广泛，已经在农药污染的监测、重金属污染的监测、微生物污染的监测等方面取得重要成果。
环境工程中固定化酶与固定化微生物的应用初探
环境工程中固定化酶与固定化微生物的应用初探环境工程是通过采取适当的技术手段，保护和改善自然环境，维护人类健康和促进可持续发展的工程学科。
在环境工程中，固定化酶和固定化微生物是两种常见的应用技术。
固定化酶是指将酶固定在固体载体上，形成固定化酶颗粒，以实现酶的稳定性和重复使用。
固定化酶具有许多优点，如提高催化活性，提高酶的稳定性和重复使用能力，提高产量和纯度，降低生产成本等。
固定化酶在环境工程中的应用非常广泛。
固定化酶可以用于废水处理。
废水中含有各种有机和无机污染物，这些污染物通过固定化酶可以得到有效降解。
固定化酶可以应用于废水中的有机废物处理，通过酶的作用将废物转化为无害物质，从而达到净化废水的目的。
固定化酶也可以用于废水中的重金属去除，在一定条件下，酶可以选择性地结合和去除废水中的重金属离子。
固定化酶可以用于土壤修复。
土壤污染是一个严重的环境问题，污染的土壤中含有大量的有害物质，会对生态系统和人类健康造成严重影响。
固定化酶可以应用于土壤污染物的修复。
通过固定化酶催化作用，有机和无机污染物可以被有效地降解，从而修复受污染的土壤。
固定化酶还可以应用于空气处理。
空气中存在着各种有害气体和颗粒物，这些污染物对人类健康和环境造成危害。
固定化酶可以用于空气中有害气体的降解。
一些固定化酶可以催化空气中有毒气体的转化为无害物质，从而达到净化空气的目的。
固定化微生物还可以应用于生物膜反应器。
生物膜反应器是一种基于固定化微生物的废水处理技术。
在生物膜反应器中，微生物生长在固体载体的表面，通过微生物的代谢作用，将废水中的有机和无机污染物转化为无害物质。
生物膜反应器具有高效、节能、稳定性好等特点，已广泛应用于废水处理。
固定化微生物技术在环境工程中的应用研究进展
环境生态huan jing sheng tai155固定化微生物技术在环境工程中的应用研究进展◎严家强摘要：固定化微生物技术在环境工程中的应用发挥了重要作用。
在废水处理中，固定化微生物细胞的作用远大于分散微生物的作用。
目前，固定化微生物技术在废水、大气和土壤环境工程的处理过程中得到了有效应用。
基于此，本文总结固定化微生物载体的选择，阐述了固定化微生物技术的应用和发展过程。
关键词：固定化微生物；环境工程；研究进展由于这项技术不需要从细胞中提取纯化酶，酶的活性只会略有损失。
相关研究表明，固定化微生物具有微生物损失少、反应速度快、操作简便等优点。
随着环境污染的日益加重，固定化微生物技术广泛应用于环境研究中，特别是废水处理。
经过多年的理论和实践研究，目前我国固定化微生物技术在环境治理方面取得了一定的成果。
一、微生物固定化的方法和载体微生物固定化的方法。
目前，微生物固定化的形式多样，但大致可分为四种：包埋法、吸附法、连接法和共价结合法。
第一，就包埋法而言将微生物限制在凝胶的微小格子或者受限的空间里使微生物细胞在多孔介质中扩散进入载体内部，让基质深入，产物分散。
包埋法固定化的操作比较简单，对微生物活性的影响很小，颗粒强度大，是目前应用较多的一种方法。
但是会在一定程度上阻止底物和氧气的扩散，不适合大分子底物；第二，吸附法是通过带电微生物细胞与载体之间的静电、表面张力和粘附力的作用进行的，使微生物细胞附着在载体表面形成生物膜。
该方法是物理吸附，操作简便，条件温和，微生物固定化过程有对细胞活性影响不大，但固定化微生物数量受载体类型和表面的限制，组合不够牢固，响应稳定性和重复性低；第三，交联法，也称为无载体固定化法，是利用微生物中酶分子的氨基和羟基，与分子功能相关者反应形成共价键，在微生物之间形成网络结构，实现微生物的不动性。
可分为物理施肥和化学施肥[1]。
第一种是指在微生物培养过程中培养条件的改变，使细菌之间直接造粒和固定，同时形成合适的代谢环境。
酶固定化技术的研究进展
酶分子 和交联试剂之 间 ，将不同的材料添加于交联体系 中， 再 加上一些不 同的交联 条件 ， 从而产生 固定 化酶 。交联法往往不 会独立存在 ， 通常作为其他 固定化方法 的辅助手段 。
包埋 法指 的是混 合载体 和酶溶液 ， 加入 一些引发 剂 ， 使 其
体 和固定化酶 ， 稳定性和重复使用性较好 ， 因此 ， 目前应 用 比较
广泛 。 但是 ， 这种方法有着剧烈的反应 ， 会严重损失 固定化酶的
活性 。
２ 新型酶固定化 方法
在 开发新型酶 固定化方法 时 ， 需 要遵循 以下原则 ： 在进 行 酶的固定化时 ， 需要在 比较 温和 的条 件下实现 ， 并且 在酶活 力 损失方面 ， 也需 要最 大限度地减少 ， 甚至避免 。 在制备高活性 固
１ 传统的酶 固定化方法
很 多的高度激发原 子、 分子 和离子等 ， 在 常温下存 在着大量 的
等离子体。等离子体可以自由修饰载体材料表面， 从而实现活
性基 团引入的 目的。Ｐ ｕ ｌ ｅ ｏ等将钛合金 Ｔ ｉ 一 ６ Ａ ｖ表面用丙 烯
传统 的酶 固定化 方法主要包括四个类型 ，分别是吸 附法 、
定化技术 ， 并且得 到了快速 的发展［ 】 】 。 酶 固定化技术指的是采用
离子体等 。ｔ Ｗ Ｃ ｓ 为辐射源 ， 利用射线在尼龙膜表 面共 聚 甲基丙 烯 酸甲酯接枝 ， 进一步活化 ， 就可以 固定青霉 素酚化酶。 光偶联 单 体聚合物包埋 具有光敏基 团载体 的共 价 固定 化酶或者普 通 的固定化酶 ， 在温和 的条件 下实现转 化 ， 因此获得 的 固定化 酶
其是使用 光敏性 和催化活性等等 ； 但是 ， 游离状态的酶对很多物质却有着较差 法是获得具有较高活力 固定化 酶的一种方法 ，
酶在环境保护方面的应用
酶在环境保护方面的应用摘要在社会高速发展的过程中，对自然资源的开发利用大大加强，随之带来了严重的环境污染。
在治理环境污染的过程中酶发挥了重要作用。
本文介绍了酶的产生过程，酶在环境保护中对废水净化，石油与废油净化，白色污染治理等发面起到的重大作用。
关键词酶；环境保护；应用现如今，世界经济高速发展，随之带来的是严重的环境破坏，所以人类赖以生存的环境质量已经成为世界瞩目的重大问题。
随着科学技术的发展，人类对自然资源的开发范围越来越广，环境问题也就越来越严重，对人类的生存带来了不小的威胁。
为了改善现在的坏境问题，人类开始利用生物技术与环境工程技术相结合，为环境治理提供了高效的技术手段。
20世纪以来，在化学和生物学的交叉地带想成了生物技术，现今生物技术成为了环境保护的重要手段。
作为生物工程的重要组成部分，酶和酶工程手袋生物和化学学者的重视，现代研究表明，酶与酶技术对环境保护有着重大影响。
1 酶与酶工程的基本技术1.1 酶的产生酶的来源有植物，动物和微生物。
由于技术不够先进，早先的酶多从动植物中提取。
但大多数酶由微生物产生，因微生物种类繁多，几乎所有的酶都可以在微生物中找到。
由于现在生物技术的快速发展，微生物变得容易培养，并且繁殖快产量高，所以可以在短期内大量培养，高效产酶，这样连续发酵可以产出经济有效的酶制剂，对于迫切需要治理的环境问题起到较大改善作用。
1.2 酶的固定化技术酶的固定化技术是通过物理或化学的方法将酶连接在一定的固相载体上成为固定化酶，从而发挥催化的作用。
固定化酶具有酶的较高品质。
固定化酶储存稳定性高、分离和回收容易、可循环使用、工艺简便、成本较低。
固定化酶在生物、化学、生物工程、生命科学等领域研究越来越多，应用的范围也越来越广泛。
并且固定化酶在对环境治理中起到了非常重要的作用，有效的改善了生态环境，符合可持续发展的战略要求。
2 酶在环境保护方面的应用2.1 对废水净化的作用在20世纪70年代，固定化酶已被用于空气和水的净化。
酶在环境保护中的应用
三、酶的应用举例
1、 木聚糖酶
木聚糖酶是指能专一降解半纤维素木聚糖为低聚木糖和 木糖的一组酶的总称，主要包括三类：(1)β-1，4-D-内切木 聚糖酶(EC 3.2.1.8)，可从木聚糖主链的内部切割β-1，4-糖 苷键，使木聚糖溶液的粘度迅速降低；(2) β-1，4-D-外切木 聚糖酶(EC 3.2.1.92)，可以单个木糖为切割单位作用于木聚 糖的非还原性末端，使反应体系的还原性不断增加；(3) β木糖苷酶(EC 3.2.1.37)，可切割低聚木糖和木二糖，有助于 木聚糖彻底降解为木糖。它在纸浆漂白中具有重要的作用。
淀粉酶是一类多糖水解酶，多糖转变为单糖 和发酵能同时进行，淀粉酶用于含淀粉废水处理， 可使大米加工产生的废水中的有机物转化为酒精。 淀粉酶还可缩短活性污泥法处理废水的时间。何 国庆等研究了同时采用a-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶 的双酶法来处理小麦淀粉废水，既实现了对废水 的净化处理，又实现了利用此废水生产单细胞蛋 白的目的。
70年代初，固定化葡萄糖异构酶用于果葡糖浆的生产， 开创了淀粉制糖的新纪元，推动了整个食品工业与酶制 剂工业的大发展。随着酶制剂的普及应用和固定化酶的 广泛研究,使生物催化技术与化学工程结合而诞生了一 门新学科--“酶工程”。1971年，在美国召开了第一次 国际酶工程会议，把酶的大规模生产，分离提纯，固定 化技术,酶反应器设计,以及酶的工业应用等研究都纳入 酶工程的范围，从而使酶学成为生物技术中最活跃、发 展最快、成效最大的一门学科。当前酶的应用主要是在 医药业、食品加工业、环境保护、能源、轻工和化工工 业等几个方面。
这是因为此系统会给微生物提供氮源和浓培养液， 有利于微生物的生长繁殖。
脂酶生物技术应用于被污染环境的修复以及 废物处理是一个新兴的领域。石油开采和炼制过 程中产生的油泄漏、脂加工过程中产生的含脂废 物以及饮食业产生的废物，都可以用不同来源的 脂酶进行有效的处理。例如，脂肪酶被广泛应用 于废水处理，Dauber和Boehnke研究出一种技
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环境工程中固定化酶技术的应用分析
作者：李莉
来源：《山东工业技术》2016年第19期
摘要：固定化酶是近十余年发展起来的酶应用技术，在工业生产、化学分析和医药等方面有诱人的应用前景，本文分析了固定化酶技术在环境工程领域的应用及目前已经取得的成果，并且展望了发展趋势。
关键词：环境工程；环境监测；固定化酶
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.19.067
固定化酶技术是二十世纪六十年代发展起来的一项新兴技术。
通俗的说固定化酶就是指在一定的空间范围内进行催化反应的酶，这种酶能够反复和连续进行使用。
酶固定化以后通常情况下稳定性会进一步增加，能够从反应系统中快速容易地分离和控制，并且运输和贮存起来非常方便。
固定化酶技术在环境监测、污水处理和医药等方面都得到了广泛的应用[1]。
1 固定化酶技术在环境监测方面的应用
近年来，水污染事件在各地时有发生，这就要求必须把好水质这道关，相应的对各类水体有害物质的监测也越来越有必要。
酶反应器是同固定化酶制成的，它可以直接或与其他检测器组成酶电极、酶传感器等分析检测系统来实现对环境污染物的监测。
这种酶反应器检测起来简单快速、特异性高、灵敏度好并且携带方便。
到目前为止，用来检测农药的传感器中就以乙酰胆碱酯酶的应用最广。
研究人员用固定化乙酰胆碱酯酶制成的检测设备，对几丰个蔬菜样品中农药残留进行了快速准确的检测。
2 固定化酶技术在污水处理中的应用
有机废水的处理可以分为物理化学方法和生物方法。
物理化学方法在处理污水过程中，难度大并且成本高，还有可能对周围环境重复污染；所以生物方法处理有机废水在日常的应用中越来越多。
有机废水处理过程中经常用到的酶有下列几种：辣要过氧化物酶、漆酶、酷氨酸酶等。
这些酶有一个共同的特性就是通过对污水中的酚类催化和氧化，可以降解其中的具有非常强毒性的酚类。
有的废水中也含有残留的农药，而通过用固定化酶对废水处理的检测发现，这种技术对处理废水中的农药残留也有很好的效果。
研究人员发现在酸性条件下，固定化漆酶对氯苯嘧啶醇具有非常好的降解效果。
随着人们对固定化酶这一技术的不断探索，越来越多的固定化酶和固定化方法在废水处理中受到全社会的关注。
联合固定化技术使酶的特性充分发挥了出来，进一步扩大了固定化酶的使用领域。
研究人员把脱色酶与苯胺降解菌混合固定用来处理染料废水。
实验证明，80%和90%的脱色率和苯胺降解率非常令人满意。
研究人员把造纸厂中的废水用苯酚甲醛树脂吸附结晶型枯草杆菌淀粉酶来进行处理，经过一段时间的停留，78%的悬浮胶态淀粉被去除。
3 固定化酶技术在大气治理中的应用
近年来，煤炭等能源的大量消耗使空气中的二氧化碳含量逐年增加，大气污染越来越严重，这个问题越来越受到全社会的关注。
而一种新型的海藻酸ALG-SiO2，以还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸作为电子供体，可以把二氧化碳催化成甲醇，这种海藻酸就是用甲酸脱氢酶、甲醛脱氢酶和醇脱氢酶制备而成。
另外，碳酸酐酶还可以催化二氧化碳水化。
4 固定化酶技术在清洁生产中的应用
工业化的程度越来越高，同时人们对环境保护的观念也越来越强，清洁生产这一工艺就受到越来越多的关注，也成为研究人员的一个研究重点为。
因为固定化酶技术反应时条件比较温和、污染也比较小，所以这一清洁生产工艺在实际应用中越来越广泛。
造纸厂纸浆漂白中用上木聚糖酶和漆酶可以避免生产过程中产生不容易以生物方法分解的大量氯代有机物质，从而进一步减少这一生产过程中的污染问题。
此外，使用氧化还原酶、腈水酶以及脂肪酶这三类酶催化可以生成R扁桃酸的没有污染、没有毒性的合成方式也备受关注。
[2]现在我们国家的研究人员已经成功研究出了固定化大肠杆菌生产6-氨基青霉烷酸等许多固定化新工艺。
5 其他应用
日常生产生活中，人们对污泥的处理方式一般是经过简单处理后进行填埋，这样就具有非常大的污染环境的风险。
而固定化酶技术就可以用来处理污泥。
根据研究，嗜热溶菌酶溶解法就可以把活性污泥进行处理，并实现零排放。
研究人员在污泥中放入嗜热菌，通过观察，得出嗜热菌分泌的胞外酶可以快速实现悬浮固体及蛋白质的溶解。
使用这一技术处理污泥有非常大的发展势头。
6 固定化酶技术在环境领域的应用展望
近来人们对固定化酶技术的研究越来越快，应用的前景也不可限量。
这主要是固定化酶有非常多的优势：（1）固定化酶可重复使用，使酶的使用效率提高、使用成本降低。
（2）固定化酶极易与反应体系分离，简化了提纯工艺，而且产品收率高、质量好。
（3）在多数情况下，酶经固定化后稳定性得到提高。
（4）固定化酶的催化反应过程更易控制。
（5）固定化酶具有一定的机械强度，可以用搅拌或装柱的方式作用于底物溶液，便于酶催化反应的连续化和自动化操作。
（6）固定化酶与游离酶相比更适于多酶体系的使用，不仅可利用多酶体系中的协同效应使酶催化反应速率大大提高，而且还可以控制反应按一定顺序进行[3]。
当然，固定化酶技术也存在着一些不足，如：固定化可能造成酶的部分失活，酶活力有损失；固定化酶一般只适用于水溶性的小分子底物，对于大分子底物不适宜；酶催化微环境的改变可能导致其反应动力学发生变化等，这些都需要得到进一步的完善。
不过随着时代的发展新的载体材料的不断开发和利用，无载体固定化酶应用和兴起，固定化酶技术在环境工程中的应用会越来越广泛。
参考文献：
[1]李德昆，林洪，江洁等.利用固定化草酸氧化酶快速检测河豚毒素[J].中国水产科学，2005，12（05）：638-642.
[2]王建龙.生物固定化技术与水污染控制[M].北京：科学出版社，2004，291-292.
[3]李贵宝，周怀东，郭祥云等.我国水环境监测存在的问题及对策[J].水利技术监督，2005（03）：57-60.。