酶工程在环境领域的应用
酶在环保领域的应用ppt课件
脂肪族聚酯主要包括以石油为原料合成的聚己（PCL）、 聚丁烯（PBS）及共聚体，还有以可再生资源为原料生产 的聚乳酸、由微生物生产的聚羟基酪酸（PHB）等。
这些聚酯类物质一般都是微生物内源性物质，可利用微生 物发酵生产，由此形成的塑料和地膜可以被微生物或相应 的酶降解，成为水和二氧化碳，因此不会对环境产生危害 。 同时因其有高熔点、高弹性、不含有毒物质等优点而在 许多领域有广泛应用。
单纯的脂肪族聚酯（如聚已内酯PCL）虽然具有较好的生 物降解性，并且与其它广泛使用的塑料树脂具有良好的相 容性，但耐热性和物理强度差。脂肪族聚酯与聚酰胺的共 聚体（CPAE）这种材料是为了改善脂肪族聚酯的这种物 性而开发的，在熔点和拉力强度等特性上较以往有了改善 ，是新一代可降解性塑料。
我国生物降解塑料主要应用在农业、食品包装、降解发泡 网和一次性快餐盒等方面。
解决上述问题主要通过：
提高脂肪酸甲（乙）酯产率（例如选择适当的脂肪酶、合 适的反应体系、分步加入甲醇法等）。
降低原料成本和降低脂肪酶生产成本（通过诱变，尤其是 定向诱变以及从分子水平改造菌种以筛选脂肪酶高产菌） 。
吴虹等人研究了关于无溶剂系统中，固定化脂肪酶Novozym435催化餐饮 业废油脂转酯生产生物柴油。反应副产物甘油可吸附在固定化酶载体表面，同 时采用丙酮洗涤除去甘油可提高酶的稳定性，大大削减了甘油对脂肪酶的抑制 作用。反应30h后产物中的脂肪酸甲酯含量为88.16%。 连续反应300h后 ，酶活性基本没有下降。
THANK YOU
当前的脂肪酶并不能满足所有的工业需求，因此从特殊生 境中发掘新型微生物脂肪酶，是近年来脂肪酶催化领域的 热点。同时提高脂肪酶生产菌性能，通过酶的修饰及固定 化等技术提高脂肪酶活性和利用率，研究开发脂肪酶生产 菌新品种，也是目前国内外研究的主要方向和打破脂肪酶 应用局限的主要途径。
微生物学新技术在环境工程中的应用
应用固定化异构酶大量生产高果糖浆； 筛选耐高温脂肪酶、糖化酶和蛋白酶； 应用基因工程技术改造和生产新型酶制剂。
通常生物材料中所含酶的总量并不太少，但每一种酶的含 量却很低，常在0.0001-1％，如胰腺中含有5％的胰蛋白 酶，而脱氧核糖核酸酶仅含0.004％。由于各种酶在生物
材料中含量很低，因此提取、分离和纯化各种酶制剂是一
复合酶系时，应用固定化细胞生物反应器可以把发酵工艺
改为连续酶法反应，其制造成本也较低。
4.酶工程技术的产业化
新型抗生素生产工艺
抗生素工业是以青霉素的生产为开端的，迄今已有50多年 的历史。70年代开始，出现了一种新的生产工艺—酶法半
合成。已用酶法生产的产品有头孢霉素I号、Ⅳ号、羟头
抱霉素、青霉素等。充分显示了酶法半合成作为抗生素生 产工艺的后起之秀具有巨大的竞争力。
在固定化酶广泛应用的基础上，人们发现天然细胞本身就
具有多功能的系列化反应系统，因此采用物理或化学方法 将细胞固定化，这是利用酶或酶系的一条捷径。 固定化细胞技术开始于70年代，其实际应用程度已超过固 定化酶。 固定化细胞比固定化酶具有明显的优点，主要是省去了破 碎细胞提取酶的手续。酶在细胞内环境中稳定性较高，进 行完整细胞固定化时，酶活力丢失较少。尤其在需要利用
菌驱油的主要机制之一。1957年,捷克的Dostalek和
Spumy把脱硫弧菌和假单胞菌同糖蜜一起注入油层，原 油产量提高。他们认为,可能是细菌产生的表面活性物质, 改变了岩石 油 水三相系统的界面张力所致。
生物表面活性剂是由微生物所产生的一类具有表面活性的 生物大分子物质。与化学合成的表面活性剂相比,生物表 面活性剂除具有降低表面张力、稳定乳化液和增加泡沫等 相同作用外,还具有一般化学合成表面活性剂所不具备的 无毒、能生物降解等优点。
酶工程应用,附图片
3
微生物发酵药品：如人胰岛素、干扰素等
• 1、应用酶工程生产抗生素
• 应用酶工程可以制备青霉素酞化酶、头抱菌素酞 化酶、头抱菌素、头抱菌素酞化酶、青霉素酞化 酶、脱乙酸头抱菌素、头抱菌素乙酸醋酶,近年来 还进行固定化产黄青霉青霉素合成酶系细胞生产 青霉素的研究,合成青霉 索和头抱菌素前体物的 最新工艺也采用酶工程 的方法。
前言
• 早在几千年我们的祖先就曾有酿酒、制醋 、做酱的记载,所有这些,实际上都是酶知识 的应用。
• 现在，酶工程已在医药、食品、工业、农 业、饲料、环保、能源、科研等领域广泛 应用。
一、酶工程技术在医药工业中的应用
1 种类繁多的药品，如抗生素、维生素等
2
基因工程药品：如人生长素、乙肝疫苗、单抗等
2
酶工程在用农产品开发生物活性肽方面的应用
3
酶工程在饲料工业中的应用
1、酶工程应用于农产品的深加工
利用α-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶和葡萄糖异构 酶的催化功能，以玉米淀粉等为原料生产高果糖 浆等。乳制品加工则需要用凝乳酶和乳糖酶。农 副产品的加工和综合利用需要用纤维素酶、果胶 酶和木质素酶。
• 2、酶工程在用农产品开发生物活性肽方面 的应用
• 2、酶工程在调味剂生产中的应用
• 在日本和美国利用酶水解蛋白制取的营养型调味 剂和氨基酸复配调味品占调味剂市场很大的比重 。其销售量已超过传统调味剂的数倍。用酶法提 取的米糠蛋白的溶解性、起泡性、乳化特性和营 养性等蛋白功能特性 上表现出良好性能,不 仅可以作为食品中的 营养强化剂,还可以作 为食品中的风味增强 剂。
三、酶工程技术在食品工程的应用
1
酶工程在甜味剂生产中的应用
2
酶工程在调味剂生产中的应用
酶工程技术在生物能源生产中的应用
酶工程技术在生物能源生产中的应用引言：随着全球能源危机的加剧以及对环境友好型能源的需求不断增加，生物能源作为一种可再生、清洁且具有潜力的能源形式受到了广泛关注。
酶工程技术作为一种重要的生物技术手段，可以通过对酶的改造和优化，提高其活性和稳定性，从而在生物能源生产中发挥重要作用。
本文将介绍酶工程技术在生物能源生产中的应用，并探讨其在提高生物能源生产效率和降低生产成本方面的潜力。
一、酶工程技术在生物能源酶解中的应用1. 乙醇生产中的酶工程技术乙醇是一种重要的生物能源，在酶解木质纤维素和纤维素乙醇生产过程中起到关键作用。
酶工程技术可以通过改变酶的底物特异性、提高酶的耐受性和稳定性等方式来提高乙醇生产效率。
例如，通过将聚木糖酶与纤维素酶基因组合，构建出对多种底物具有高特异性的酶，从而提高底物转化率和乙醇产量。
2. 生物柴油生产中的酶工程技术生物柴油是一种可再生的、清洁的替代能源，酶工程技术在生物柴油生产中的应用有助于提高生产效率和产品质量。
例如，通过改变脂肪酶的底物特异性和催化活性，可以提高生物酯合成的转化率和选择性。
此外，还可以通过改变酶的热稳定性来降低生产过程中的能量消耗，从而降低生产成本。
二、酶工程技术在生物能源转化中的应用1. 生物氢生产中的酶工程技术生物氢是一种清洁、可再生的能源，而酶工程技术在生物氢生产中的应用可以提高生氢产量和增强酶的稳定性。
例如，通过改造氢酶的底物特异性和增强其耐受性，可以优化生物氢产生菌株，并提高生物氢的产量。
2. 生物甲烷生产中的酶工程技术生物甲烷是一种重要的生物能源，酶工程技术在生物甲烷生产中的应用可以提高产甲烷菌株的甲烷产量和耐受性。
通过改造甲烷生成酶和辅助酶，可以提高甲烷的生成速率和产量。
三、酶工程技术在生物能源生产中的挑战和前景1. 挑战酶工程技术在生物能源生产中仍面临一些技术挑战。
首先，酶的改造和优化过程需要大量的实验室研究和试验验证，耗时且耗资。
其次，酶工程技术需要综合考虑多种因素，如底物特异性、催化活性、稳定性等，以实现最佳生产效果。
生物酶工程技术的研究及应用
生物酶工程技术的研究及应用近年来，随着生物科技的不断发展，生物酶工程技术的研究和应用也越来越广泛。
生物酶工程技术是将生物化学、分子生物学、微生物学等科学原理和技术应用于酶工程领域，以开发、改良、生产和利用各种酶类为核心的一种技术。
在制药、食品工业、环保等领域都有着广泛的应用。
本文将从酶的应用、酶的类型、酶工程技术和酶的市场前景四个方面对生物酶工程技术进行探讨。
一、酶的应用酶是一种天然的催化剂，具有高效、选择性和温和的反应条件等优势，因此在生物学、化学、医药、食品和环保等领域均有着广泛的应用。
以医药领域为例，酶的应用涉及到检测、治疗和预防等多个方面。
在检测方面，酶可以用于制造试剂盒和诊断试剂盒。
在治疗方面，酶可以用于制造抑癌剂、抗生素和疫苗等药物。
在预防方面，酶可以用于生物反应器的生产和酶活性控制等方面。
二、酶的类型酶的种类繁多，可分为生物酶和工业酶两类。
其中，生物酶主要分为氧化酶、水解酶、转移酶和异构酶等。
这些酶在代谢、运动和调节等过程中起到重要作用。
而工业酶主要包括纤维素酶、淀粉酶、蛋白酶、葡萄糖氧化酶和活性炭酶等。
这些酶在生物质转化、食品加工、纺织和制浆等工业领域中发挥着至关重要的作用。
三、酶工程技术酶工程技术是将基因工程、分子生物学和生物化学等科学原理和技术应用于生物化工领域，采用生物反应器、分离纯化和酶代谢等技术，以改良、开发和生产各种酶类为主要的技术。
因此，酶工程技术在生物质转化、食品、医药、环保等领域具有广泛的应用。
在酶工程技术的研究中，也有着一些热门研究方向，如：酶的结构和功能的研究，酶的遗传调控和表达调节等。
这些研究方向为酶工程技术的进一步发展提供了宝贵的思路和方法。
四、酶的市场前景随着生物科技的不断发展，酶作为一种天然的催化剂，在生物化工、医药、食品、纺织和环保等领域均有着广泛的应用。
根据MarketsandMarkets的研究显示，全球酶市场的规模将在2022年达到105.89亿美元，其中亚太地区的市场规模最大。
酶工程在污染治理中的应用
酶工程在污染治理中的应用酶工程在污染治理中的应用污染问题一直是全球范围内的严重难题。
随着工业化的快速发展以及人口的急剧增加，各种污染物排放量不断增加，给环境造成了严重的破坏。
传统的治理方法往往效果有限且成本高昂，难以达到理想的治理效果。
近年来，酶工程在污染治理中的应用取得了一系列突破，成为一种新的、有效的治理手段。
酶工程是一门综合性交叉学科，它将生物技术、化学工程、生化工程等多个学科的理论和方法结合在一起，利用酶的天然催化性能来解决各种问题。
在污染治理中，酶工程主要通过改变酶的性质和功能，使其具备更好的降解能力和更广泛的适应性，以达到高效、低成本的污染治理效果。
首先，在水污染治理中，酶工程发挥着重要的作用。
水是生命之源，而水污染对人类健康和生态环境造成了严重的威胁。
传统的水污染治理方法主要采用物理和化学方法，但这些方法不仅效果有限，而且会产生二次污染。
而酶工程可以通过改变酶的结构和功能，使其具备高效降解水中污染物的能力。
例如，利用脱氨酶和氧化酶等酶类催化剂，可以将有机废水中的有害物质转化为无害物质，大大提高了水污染治理的效率。
其次，在空气污染治理中，酶工程也具有广阔的应用前景。
空气污染不仅会对人体健康造成直接危害，还会对大气环境和生态系统造成长期影响。
传统的空气污染治理方法主要是通过过滤、吸附和燃烧等物理和化学处理手段来去除污染物。
但这些方法往往需要大量的能源和高昂的成本，并且难以完全去除污染物。
酶工程可以通过改变酶的催化特性和活性中心，使其具备高效催化氧化、还原和分解有机物的能力。
这种特性使得酶工程在空气污染治理中具有很高的应用价值。
此外，酶工程在土壤污染治理中也得到了广泛的应用。
土壤是重要的自然资源，然而土壤污染不仅会对农作物生长和土壤质量造成损害，还会导致地下水和地表水的污染。
传统的土壤污染治理方法主要是通过土壤剥离、覆盖和修复等物理和化学手段来清除污染物。
然而，这些方法难以彻底去除有机和无机污染物，且成本较高。
酶工程技术在农业中的应用
酶工程技术在农业中的应用酶工程技术是一种专门研究酶的制造和应用的技术，因其应用范围广泛，成为人们关注的热点话题之一。
随着农业技术的不断创新，酶工程技术不断地向农业领域拓展，成为农业领域新的研究方向。
本文从酶工程技术在农业中的应用角度来探讨该技术在农业方面带来的积极贡献。
一、酶工程技术在农业中的概念酶是一种生物催化剂，能够在温和的条件下促进生物体内某些化学反应的进行。
酶工程技术是一种利用工程手段来改变酶活性、增强稳定性和活力的科学技术，是一种将生物技术与工程技术相结合的新兴交叉领域。
农业中的酶工程技术是指利用生物反应器等技术手段，改变酶的性质、结构和功能，利用这些改变后的酶促进农业生产过程中的各种化学反应，从而提高农业生产效率和农产品品质。
二、酶工程技术在农业中的应用1、酶制剂在作物种植链上的应用作物种植链是指葡萄、苹果、樱桃、桃子等果蔬生产过程中的关键链条，包括前期播种、育苗、田间管理和采收等环节。
在这些环节中，酶制剂的使用能够帮助植物快速吸收土壤养分，提高种植效率和农作物产量。
除了提高产量之外，酶制剂还能够改善农产品品质。
例如，使用减水酶制剂能够让水果生长过程中减少二氧化碳释放，降低果皮开裂率，使得水果更加美观，更有利于食用。
2、酶工程技术在饲料生产中的应用饲料是农业生产中极为重要的一环，其成分和组成对于养殖动物的成长、生产能力和产品品质有着直接影响。
利用酶工程技术可以生产出一系列高效饲料酶剂，这些酶剂能够促进植物蛋白质、淀粉和脂肪的分解，提高饲料营养成分的利用率，减少养殖过程中的浪费，从而降低饲料成本，提高产品的质量和竞争力。
3、酶工程技术在农产品加工中的应用农产品的加工环节中涉及到很多化学反应，而酶剂的加入可以在很大程度上促进这些化学反应的进行。
例如，在果蔬加工中使用果胶酶剂、纤维素酶等酶剂，可以使得食品加工过程中固液分离速度提高，食品外观更加美观，口感更为细腻。
总体来说，酶工程技术的应用使得农业生产流程更加高效、节约成本，同时也提高了农产品的品质和市场竞争力。
生物酶在环境工程领域中的应用
生物酶在环境工程领域中的应用生物酶是生命活动中一类非常重要的蛋白质催化物质，它们能够分解有机物质、提高化学反应速度等。
在环境工程领域中，生物酶具有许多应用，本文将从生物酶在废水处理、土地生态修复、口腔医学等方面进行探讨。
一、生物酶在废水处理方面的应用生物酶在废水处理方面的应用非常广泛，尤其是在污泥提取物处理、生物膜系统过滤池、生化反应器、先进氧化处理等方面均具有良好的效果。
举例来说，葡萄糖氧化酶、过氧化物酶、硝化酶、脱氮酶等生物酶的加入，可加速废水中有机物质的降解，提高其处理效率。
在生化反应器中添加淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等能够加速污泥的降解，同时还能减少废水中的COD、BOD和SS等污染物质的浓度，保障出水水质达标。
二、生物酶在土地生态修复中的应用在土地生态修复中，生物酶也起到了重要作用。
例如，土壤中的酶活性对土壤自然修复具有重要影响，而在土地治理中添加合适的微生物菌种及其代谢产物，能够有效地提升酶活性，促进土壤的生态修复。
尤其是采用了土壤修复剂添加生物酶，相对于仅采取物理化学方法修复的土地，其效果明显更好，提高了土地治理的可持续性。
三、生物酶在口腔医学中的应用生物酶在口腔医学中的应用主要涉及到口腔清洁和牙齿美白等方面。
例如，含有蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶等生物酶的口腔清洁剂能够有效去除口腔中的污垢和牙菌斑，减少口腔疾病的风险。
此外，含有氧化酶、过氧化物酶、多酚氧化酶等生物酶的美白牙膏和美白剂，能够去除牙齿表面的色素和污渍，让牙齿变得更加美白。
总之，生物酶在环境工程领域中的应用非常广泛，其作用的重要性不可低估。
未来随着技术的发展和应用的深化，生物酶将会有更多的应用场景。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
重金属废水的处理
台湾成功大学等将筛选出的耐铜、耐镍 真菌用于电镀废水的处理。Tsezos 等发现 每克R hi z op usor rhi z us 菌丝(干重) 去除 铜高达180 mg 以上,真菌表面的连接酶将溶 于水中的重金属吸附在微生物表面,在能出 入细胞壁传输营养物的酶的作用下,将重金 属离子带入细胞内,细胞内重金属酶将其进 行生物合成。
酶在可生物降解材料方面的应用
➢现状：目前应用于各个领域的高分子材料， 大多数是生物不可降解或不可完全降解的 材料，对环境造成严重影响。所以研究和 开发可生物降解大分子材料，已经成为当 今国内外的重要课题。见表1-1
表1-1 可生物降解高分子材料的应用
领域
应用
医疗 外科手术的缝合线；伤口涂料；人造血管制 品；骨骼代替品和固定物等
酶在环境监测方面的应用
酶传感器在环境监测中已取得诱人的成就。 用乙 酰胆碱酯酶电极和单片机结合研制的掌上型有机 磷农药现场检测仪可测定敌敌畏、对硫磷。
将含有亚硫酸盐氧化酶的肝微粒体固定在醋酸纤 维膜上和氧电极制成安培型生物传感器,可对SO2 形成的酸雨酸雾样品溶液进行检测。
酶学和免疫学测定法也常用于环境监测。利用酶 联免疫分析法原理,采用双抗体夹心法,研制出的微 生物快速检验盒,2 h 即可检测出沙门菌、李斯特 菌等。
酶的固定化技术
酶的固定化是指用物理或化学手段, 把酶束缚在一定的区域内,使其在一定 的范围内起催化作用。固定化酶既具 有酶的催化特性,又具有一般化学催化 剂能回收、反复使用等优点,并且生产 工艺可以连续化、自动化。
酶的改造和修饰
酶的化学本质就是蛋白质, 采用某种生 物学或化学方法改变蛋白质的一级结构,从 而改善蛋白质分子的功能性质和生物活性, 这一过程称为酶分子改造和修饰。其主要 的方法有蛋白质工程技术(包括定位突变技 术、盒式突变技术、双引物法、缺口双链 法、质粒上直接突变法等) 、酶法有限水解、 氨基酸置换修饰、亲和标记修饰、大分子 结合修饰等。
工业 无污染可生物降解的包装材料；除锈剂 农业 可生物降解的农用薄膜；肥料；杀虫剂
结语
我国在基因工程、蛋白质工程等方面 已开展了改造酶、开发新酶的研究,生物传 感器的研究也取得了一定进展。利用酶制 作的生物传感器在环境监测中的应用越来 越广泛,酶在废物处理及资源化过程中正发 挥着重要作用,利用基因工程和蛋白质工程 扩展酶的代谢途径,是治理难降解有毒污染 物的重要方法。酶工程技术将在环境保护 方面起到越来越重要的作用。
能源开发 环境保护
医学
临床诊 断
化学分 析
生物工 程
酶工程环境领域的应用
I. 酶在废水废油方面的应用 II. 酶在环境监测方面的应用 III.酶在可生物降解材料开发方面的应用
酶在废水废油方面的应用
一．水净化
① 食品工业废水 ② 重金属废水
二．石油与废油的处理
食品工业废水的处理
将固定化蛋白酶应用于粮食加工废水的 预处理,其后续工艺可以采用任何一种生物 处理法。因为固定化蛋白酶已将废水中不 易生化降解的大分子转化为易于生物降解 的小分子,大大提高了废水的可生化性。固 定化蛋白酶稳定、可重复使用的特点,使得 将酶应用于废水处理成为一种经济可行的 方法,具有良好的发展前景
酶工程的含义
• 酶工程就是将酶或者微生物细胞，动植物 细胞，细胞器等在一定的生物反应装置中， 利用酶所具有的生物催化功能，借助工程 手段将相应的原料转化成有用物质并应用 于社会生活的一门科学技术。它包括酶制 剂的制备，酶的固定化，酶的修饰与改造 及酶反应器等方面内容。
酶工程基本技术
I. 酶制剂的生产 II. 酶的分离纯化 III. 酶的固定化技术 IV.酶的改造和修饰
石油与废油的处理
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。
国外只有日本大阪市立工业研究所Shimada 等为数不多的报
酶的来源主要有植物、动物和微生物。 最早酶多从植物、动物组织中提取。但大 多数酶由微生物生产,因为微生物种类多,几 乎所有的酶都能在微生物中找到。由于微 生物容易培养、繁殖快、产量高,故可在短 时间内大量生产。连续发酵生产可以提供 经济有效的酶制剂产品。
酶的分离纯化
酶分离纯化的目 的在于获得一定量不 含或含少量杂质的酶 制品或者提纯为结晶, 以利于科学研究和生 产应用。
Contents
酶的定义 酶工程的含义 酶工程基本技术 酶工程环境领域的应用
结语
• 酶（德语：Enzym，又称酵素），指具有生物催 化功能的高分子物质。在酶的催化反应体系中， 反应物分子被称为底物，底物通过酶的催化转化 为另一种分子。几乎所有的细胞活动进程都需要 酶的参与，以提高效率。与其他非生物催化剂相 似，酶透过降低化学反应的活化能（用Ea或ΔG‡ 表示）来加快反应速率，大多数的酶可以将其催 化的反应之速率提高上百万倍；事实上，酶是提 供另一条活化能需求较低的途径，使更多反应粒 子能拥有不少于活化能的动能，从而加快反应速 率。目前已知的可以被酶催化的反应有约4000种。