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1、脂脂脂脂脂脂肪肪肪肪肪肪酶酶酶酶酶酶在在在在在在环环环环环环保保保保保保领领领领领领域域域域域域的的的的的的应应应应应应用用用用用用Contents脂肪酶脂肪酶 脂肪酶在环保领域的应用脂肪酶在环保领域的应用 研究与应用现状研究与应用现状 1231 脂肪酶脂肪酶v脂肪酶脂肪酶是一种具有多种催化能力的酶，可以催化是一种具有多种催化能力的酶，可以催化三酰甘油酯三酰甘油酯及其他及其他一些一些水不溶性酯类水不溶性酯类的水解（如磷脂酶、溶血磷脂酶、胆固醇酯酶、的水解（如磷脂酶、溶血磷脂酶、胆固醇酯酶、酰肽水解酶活性等），形成酰肽水解酶活性等），形成脂肪酸、甘油二酯、甘油单酯、甘油脂肪酸、甘油二酯、甘油单酯
2、、甘油。具有优良的底物特异性，立体选择性和有机溶剂稳定性具有优良的底物特异性，立体选择性和有机溶剂稳定性v而研究表明，脂肪酶除了能够催化而研究表明，脂肪酶除了能够催化甘油酯类化合物的水解甘油酯类化合物的水解和合成之和合成之外，还可以用于外，还可以用于催化酯交换反应催化酯交换反应、生物表面活性剂的合成、多肽合、生物表面活性剂的合成、多肽合成、成、聚合物的合成聚合物的合成和药物的合成等。尤其是利用某些脂肪酶的立体和药物的合成等。尤其是利用某些脂肪酶的立体专一性，催化旋光异构体的拆分和手性药物的合成成为酶工程领域专一性，催化旋光异构体的拆分和手性药物的合成成为酶工程领域研究的新热点。研究的新热点。脂
3、脂肪肪酶酶是是一一种种特特殊殊的的酯酯键键水水解解酶酶，只只作作用用于于异异相相系系统统（油油水水界界面面）。而而其其不不同同活活性性的的发发挥挥依依赖赖于于反反应应体体系系的的特特点点，如如在在油油水水界界面面促促进进酯酯水解，而在有机相中可以酶促合成和酯交换。水解，而在有机相中可以酶促合成和酯交换。1.1 脂肪酶催化的反应脂肪酶催化的反应1.2 脂肪酶来源脂肪酶来源动物动物 ：胰脏和脂肪组织，肠液中含有胰脏和脂肪组织，肠液中含有少量脂肪酶。肉食动物的胃液中含有少量脂肪酶。肉食动物的胃液中含有少量的丁酸甘油酯酶。少量的丁酸甘油酯酶。植物植物 ：油料作物的种子油料作物的种子，如麻子、小，如麻子
4、、小麦胚芽、米糠等。麦胚芽、米糠等。微生物微生物 ：真菌（曲霉、青霉、毛霉、真菌（曲霉、青霉、毛霉、米根霉、酵母等）；细菌（假单胞菌米根霉、酵母等）；细菌（假单胞菌等）等）。123广泛存在于：广泛存在于：1.3 微生物脂肪酶微生物脂肪酶v微微生生物物脂脂肪肪酶酶是是一一种种重重要要的的工工业业酶酶类类。与与动动植植物物脂脂肪肪酶酶相相比比，微微生生物物脂脂肪肪酶酶有有更更广广的的作作用用PH范范围围和和温温度度范范围围及及便便于于进进行行工工业业生生产产和和获获取取高高纯纯度度制制剂剂。尤尤其其因因在在油油脂脂化化工工和和有有机机合合成成工工业业中中，酶酶催催化化反反应应有有条条件件温温和和、
5、耗耗能能低低、原原料料要要求求低低、成成品品质质量量高高等等优优点点而而得得到到广广泛泛应应用用。动动植植物物中中脂脂肪肪酶酶含含量量、种种类类有有限限，工工业业主主要要利利用用微微生生物物进进行行发酵生产。发酵生产。v经经国国内内外外多多年年的的深深入入研研究究，能能应应用用于于工工业业生生产产脂脂肪肪酶酶的的微微生生物物种种类类不不断断增增加加。目目前前脂脂肪肪酶酶生生产产菌菌种种已已遍遍及及细细菌菌、酵酵母母及及霉霉菌菌各各大大类类中中。近近期期公公布布的的36种种不不同同来来源源的的商商业业化化脂脂肪酶中，有肪酶中，有19种来源于种来源于真菌真菌，8种来源于种来源于细菌细菌。v同同时时
6、随随着着生生物物技技术术的的不不断断发发展展（酶酶固固定定化化技技术术、界界面面酶酶学学和和非非水水解解酶酶学学研研究究的的突突破破性性进进展展），逐逐步步扩扩展展了了微微生生物物脂脂肪肪酶酶应应用用领领域域。微微生生物物脂脂肪肪酶酶的的多多功功能能性性不不仅仅对对传传统统的的工工业业领领域域具具有有重重要要的的影影响响，而而且且在在许许多多新新的的工工业业领领域域，如如环环保领域保领域也得到了广泛的应用。也得到了广泛的应用。2 脂肪酶在环保领域的应用脂肪酶在环保领域的应用v每每年年由由于于各各种种原原因因排排入入海海中中的的废废油油脂脂达达200万万t，如如不不及及时时处处理理，不不仅仅会会
7、造造成成鱼鱼类类的的大大量量死死亡亡，而而且且废废油油脂脂中中的的有有害害物质也会通过食物链进入人体。物质也会通过食物链进入人体。v餐饮业废油脂餐饮业废油脂是现代餐饮业的副产品，由于经过多次反复是现代餐饮业的副产品，由于经过多次反复高温煎炸，其中不仅游离脂肪酸含量高，而且含有上百种高温煎炸，其中不仅游离脂肪酸含量高，而且含有上百种醛、酮和聚合物等氧化产物。这些废油脂除部分用于生产醛、酮和聚合物等氧化产物。这些废油脂除部分用于生产低附加值的肥皂外，大部分非法进入饮食业，极大地威胁低附加值的肥皂外，大部分非法进入饮食业，极大地威胁着人的身体健康。着人的身体健康。v有调查数据显示，有调查数据显示，中
8、国人一年大约要吃掉近中国人一年大约要吃掉近300万吨万吨“地地沟油沟油”。v预预预预计计计计我我我我国国国国每每每每年年年年全全全全国国国国废废废废塑塑塑塑料料料料总总总总量量量量将将将将达达达达到到到到35003500万万万万t t，其其污污染染所所造造成成的的环环境境压压力力不不言言而而喻喻。如如何何处处理理这这些些垃垃圾圾成成为为当当务务之之急急。而而从从长长远远来来看看，研研究究开开发发可可降降解解材材料料迫迫在在眉眉急急。如如果果在在这这些些废废弃弃塑塑料料中中有有30为为可可降降解解塑塑料料，那那么么我我们们的的环环境境将将会会得得到到大大大大的的改改善。善。庞大的塑料垃圾庞大的塑
9、料垃圾塑料包装材料塑料包装材料 5000万吨万吨 其中超过其中超过1/3为一次性发泡材料为一次性发泡材料30%土地利用地膜土地利用地膜+农业育苗钵及保鲜膜农业育苗钵及保鲜膜约约1000万吨万吨其他废弃塑料其他废弃塑料约约1000万吨万吨每年全国废塑料每年全国废塑料每年全国废塑料每年全国废塑料总量将达到总量将达到总量将达到总量将达到35003500万吨万吨万吨万吨 v微生物脂肪酶生物技术微生物脂肪酶生物技术应用于应用于被污染环境的修复以及废物被污染环境的修复以及废物处理处理是一个新兴的领域。由于大多数低温脂肪酶都有着比是一个新兴的领域。由于大多数低温脂肪酶都有着比较低的最适酶活反应温度（接近自然
10、环境温度），因此它较低的最适酶活反应温度（接近自然环境温度），因此它们在环境修复领域有极大用武之地。脂肪酶不仅可用于去们在环境修复领域有极大用武之地。脂肪酶不仅可用于去除低温状态下工业废物中的油脂（如石油开采和炼制过程除低温状态下工业废物中的油脂（如石油开采和炼制过程中产生的油泄漏，脂类加工所产生的含脂废物和饮食业产中产生的油泄漏，脂类加工所产生的含脂废物和饮食业产生的含油脂废物等），还可以处理大量的城市和生活含脂生的含油脂废物等），还可以处理大量的城市和生活含脂废水和废物。用低温脂肪酶处理这些含脂废弃物时，所需废水和废物。用低温脂肪酶处理这些含脂废弃物时，所需附加的附加的热能低，且安全、高效
11、，不会造成二次污染热能低，且安全、高效，不会造成二次污染，对环，对环境保护有非常积极的意义。境保护有非常积极的意义。v生生物物降降解解塑塑料料在在可可降降解解塑塑料料中中最最具具发发展展前前途途。世世界界上上的的生生物物降降解解塑塑料料主主要要是是采采用用脂脂肪肪族族聚聚酯酯或或脂脂肪肪族族聚聚酯酯混混合合淀淀粉粉制造的。制造的。v传传统统的的脂脂肪肪族族聚聚酯酯合合成成方方法法反反应应温温度度通通常常190，并并且且其其金金属属催催化化剂剂很很难难除除去去，限限制制了了其其应应用用领领域域。而而酶酶催催化化法法具具有有高高选选择择性性、反反应应条条件件温温和和、催催化化剂剂无无毒毒害害等等优
12、优点点，成成为为一一种种新新型型的的环环境境友友好好绿绿色色化化学学技技术术，为为生生物物可可降降解解聚聚合合物的合成开辟了一条全新的道路。物的合成开辟了一条全新的道路。目目前前已已经经可可以以利利用用脂脂肪肪酶酶的的有有机机介介质质催催化化合合成成聚聚酯酯类类物物质质、聚聚糖糖脂脂类类物物质质，利利用用蛋蛋白白酶酶或或脂脂肪肪酶酶合合成成多多肽肽类类或或聚聚酰酰胺胺类物质类物质。v脂脂肪肪族族聚聚酯酯主主要要包包括括以以石石油油为为原原料料合合成成的的聚聚己己（PCL）、聚聚丁丁烯烯（PBS）及及共共聚聚体体，还还有有以以可可再再生生资资源源为为原原料料生生产产的聚乳酸、由微生物生产的聚羟基
13、酪酸（的聚乳酸、由微生物生产的聚羟基酪酸（PHB）等。）等。2.1 2.1 脂肪酶在消除白色污染的应用脂肪酶在消除白色污染的应用脂肪酶在消除白色污染的应用脂肪酶在消除白色污染的应用v这这些些聚聚酯酯类类物物质质一一般般都都是是微微生生物物内内源源性性物物质质，可可利利用用微微生生物物发发酵酵生生产产，由由此此形形成成的的塑塑料料和和地地膜膜可可以以被被微微生生物物或或相相应应的的酶酶降降解解，成成为为水水和和二二氧氧化化碳碳，因因此此不不会会对对环环境境产产生生危危害害。同同时时因因其其有有高高熔熔点点、高高弹弹性性、不不含含有有毒毒物物质质等等优优点点而而在在许许多领域有广泛应用。多领域有广
14、泛应用。v单单纯纯的的脂脂肪肪族族聚聚酯酯（如如聚聚已已内内酯酯PCL）虽虽然然具具有有较较好好的的生生物物降降解解性性，并并且且与与其其它它广广泛泛使使用用的的塑塑料料树树脂脂具具有有良良好好的的相相容容性性，但但耐耐热热性性和和物物理理强强度度差差。脂脂肪肪族族聚聚酯酯与与聚聚酰酰胺胺的的共共聚聚体体（CPAE）这这种种材材料料是是为为了了改改善善脂脂肪肪族族聚聚酯酯的的这这种种物物性性而而开开发发的的，在在熔熔点点和和拉拉力力强强度度等等特特性性上上较较以以往往有有了了改改善善，是新一代可降解性塑料。是新一代可降解性塑料。v我国生物降解塑料主要应用在农业、食品包装、降解发泡我国生物降解塑
15、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。网和一次性快餐盒等方面。脂肪酶催化脂肪族聚酯合成脂肪酶催化脂肪族聚酯合成2.2 脂肪酶在净化污水方面的应用脂肪酶在净化污水方面的应用v废废水水中中的的有有毒毒物物质质十十分分复复杂杂，有有的的废废水水（尤尤其其是是工工业业和和油油泄泄漏漏造造成成的的废废水水）常常含含有有脂脂肪肪，可可用用脂脂肪肪酶酶水水解解以以达达到到净净化的目的。化的目的。v用用脂脂肪肪酶酶及及其其他他酶酶类类处处理理废废水水有有以以下下优优点点：可可以以处处理理难难以以生生物物降降解解的的化化合合物物；高高浓浓度度和和低低浓浓度度废废水水都都适适用用；操操作作时
16、时PH、温温度度、盐盐度度范范围围都都很很广广泛泛；不不因因物物质质的的聚聚集集而而减减慢慢处处理速度；处理过程控制简单；不造成二次污染等。理速度；处理过程控制简单；不造成二次污染等。v而而运运用用固固定定化化酶酶技技术术可可以以提提高高处处理理效效率率，并并且且利利于于回回收收再再利用。利用。2.3 脂肪酶在处理费油污染方面的应用脂肪酶在处理费油污染方面的应用一一方方面面，人人们们用用含含有有脂脂肪肪酶酶及及其其它它成成分分的的复复合合制制剂剂处处理理海海中中的的石石油油，可可以以将将石石油油降降解解成成适适合合微微生生物物的的营营养养成成分分，为为浮浮在在油油表表面面的的细细菌菌提提供供优
17、优良良的的养养料料，使使得得分分解解石石油油的的细细菌菌迅速繁殖，以达到快速降解石油的目的。迅速繁殖，以达到快速降解石油的目的。另另一一方方面面，利利用用游游离离脂脂肪肪酸酸含含量量较较高高的的废废油油脂脂制制备备生生物物柴柴油油是近年的研究热点。是近年的研究热点。生物柴油通常是指脂肪酸甲脂（生物柴油通常是指脂肪酸甲脂（FAME），即以菜籽油、），即以菜籽油、棕榈油、麻疯树油等可食用或不可食用的植物油和动物油棕榈油、麻疯树油等可食用或不可食用的植物油和动物油脂为原料，在催化剂的作用下与脂为原料，在催化剂的作用下与甲醇甲醇发生发生酯交换反应酯交换反应而生而生成的成的混合脂肪酸甲酯混合脂肪酸甲酯的
18、总称。的总称。生生物物柴柴油油可可降降解解、可可再再生生，是是典典型型的的绿绿色色能能源源，是是替替代代石石化化柴柴油油的的理理想想燃燃料料之之一一。为为扶扶持持生生物物柴柴油油的的发发展展，我我国国相相继继出出台台一一系系列列政政策策。在在这这些些政政策策的的刺刺激激下下，生生物物柴柴油油产产业业也渐渐受到了重视。也渐渐受到了重视。而而目目前前生生产产生生物物柴柴油油的的主主要要问问题题是是成成本本过过高高，生生物物柴柴油油制制备备成成本本大大约约80是是原原料料成成本本，因因此此采采用用廉廉价价原原料料是是生生物物柴柴油实用化的关键。油实用化的关键。为为此此，以以废废弃弃油油脂脂为为原原料
19、料生生产产生生物物柴柴油油，可可使使废废油油脂脂变变成成一一种种有有用用的的工工业业资资源源，打打开开了了废废油油脂脂回回收收再再利利用用的的“瓶瓶颈颈”，从从而而切切断断其其重重新新流流入入食食用用领领域域的的途途径径，有有效效保保障障人人们们身身体健康体健康，同时，同时，也将也将使城市环境大为改善。使城市环境大为改善。利利用用生生物物酶酶法法制制备备生生物物柴柴油油有有反反应应条条件件温温和和、设设备备要要求求低低、醇醇用用量量少少、产产品品的的分分离离纯纯化化简简单单以以及及无无污污染染物物排排放放等等优优点点，是一种颇具竞争力的催化剂，日益受到人们的重视。是一种颇具竞争力的催化剂，日益
20、受到人们的重视。用用于于催催化化合合成成生生物物柴柴油油的的脂脂肪肪酶酶主主要要是是真真菌菌类类脂脂肪肪酶酶，这这类酶生产较为方便，类酶生产较为方便，与动物脂肪酶相比具有更高的活性。与动物脂肪酶相比具有更高的活性。v由废油脂转化生成生物柴油工艺流程由废油脂转化生成生物柴油工艺流程v目目前前酶酶法法催催化化存存在在问问题题主主要要是是：脂脂肪肪酶酶对对甲甲醇醇及及乙乙醇醇的的转转化化率率低低，一一般般仅仅为为40%60%。这这是是由由于于目目前前脂脂肪肪酶酶对对长长链链脂脂肪肪醇醇的的酯酯化化或或转转酯酯化化有有效效，而而对对短短链链脂脂肪肪醇醇如如甲甲醇醇或或乙乙醇醇等等转转化化效效率率低低。
21、而而且且由由于于短短链链醇醇对对酶酶的的毒毒性性直直接接导导致致了了酶酶的的使使用用寿寿命命短短，不不能能在在大大工工业业生生产产中中反反复复使使用用。此此外，外，甘油对固定化酶有毒性甘油对固定化酶有毒性，固定化酶使用寿命较短。固定化酶使用寿命较短。v脂脂肪肪酶酶酶酶法法制制备备生生物物柴柴油油虽虽然然有有其其优优越越性性，但但还还存存在在许许多多的的问问题题。酶酶催催化化废废食食用用油油生生产产生生物物柴柴油油还还不不能能实实现现工工业业化化生产。生产。v我国在这方面的研究尚不太多。通过大量筛选脂肪酶产生我国在这方面的研究尚不太多。通过大量筛选脂肪酶产生菌，利用脂肪酶在非水相催化领域的优势，
22、寻找能够催化菌，利用脂肪酶在非水相催化领域的优势，寻找能够催化脂肪酸高效酯化的脂肪酶，进行生物柴油的生产条件的探脂肪酸高效酯化的脂肪酶，进行生物柴油的生产条件的探索性研究，索性研究，是目前要解决的问题。是目前要解决的问题。v解决上述问题主要通过：解决上述问题主要通过：v提提高高脂脂肪肪酸酸甲甲（乙乙）酯酯产产率率（例例如如选选择择适适当当的的脂脂肪肪酶酶、合合适的反应体系、分步加入甲醇法等）。适的反应体系、分步加入甲醇法等）。v降降低低原原料料成成本本和和降降低低脂脂肪肪酶酶生生产产成成本本（通通过过诱诱变变，尤尤其其是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）。定向诱变以及从分子水
23、平改造菌种以筛选脂肪酶高产菌）。v吴吴虹虹等等人人研研究究了了关关于于无无溶溶剂剂系系统统中中，固固定定化化脂脂肪肪酶酶Novozym435催催化化餐餐饮饮业业废废油油脂脂转转酯酯生生产产生生物物柴柴油油。反反应应副副产产物物甘甘油油可可吸吸附附在在固固定定化化酶酶载载体体表表面面，同同时时采采用用丙丙酮酮洗洗涤涤除除去去甘甘油油可可提提高高酶酶的的稳稳定定性性，大大大大削削减减了了甘甘油油对对脂脂肪肪酶酶的的抑抑制制作作用用。反反应应30h后后产产物物中中的的脂脂肪肪酸酸甲甲酯酯含含量量为为88.16%。连连续续反反应应300h后后，酶活性基本没有下降。酶活性基本没有下降。v有有研研究究显显
24、示示以以不不同同大大孔孔树树脂脂吸吸附附法法固固定定化化假假丝丝酵酵母母99-125 脂脂肪肪酶酶，在在微微水水有有机机相相中中的的应应用用表表明明非非极极性性树树脂脂NKA是是最最佳佳的的固固定定化化载载体体。单单批批转转化化率率最最高高达达到到97.13%，连续反应，连续反应19批以后转化率仍保持为批以后转化率仍保持为70.12%。3 研究与应用现状研究与应用现状脂脂肪肪酶酶在在环环保保及及其其他他领领域域中中的的应应用用有有其其优优越越性性。然然而而目目前前由由于于商商业业酶酶成成本本较较高高，而而国国内内研研究究开开发发脂脂肪肪酶酶还还属属于于起起步步阶段阶段，大大，大大限制了脂肪酶的
25、广泛应用限制了脂肪酶的广泛应用。v当前的脂肪酶并不能满足所有的工业需求，因此从当前的脂肪酶并不能满足所有的工业需求，因此从特殊生特殊生境中发掘新型微生物脂肪酶境中发掘新型微生物脂肪酶，是近年来脂肪酶催化领域的，是近年来脂肪酶催化领域的热点。同时热点。同时提高脂肪酶生产菌性能提高脂肪酶生产菌性能，通过，通过酶的修饰及固定酶的修饰及固定化化等技术提高脂肪酶活性和利用率，研究开发等技术提高脂肪酶活性和利用率，研究开发脂肪酶生产脂肪酶生产菌新品种菌新品种，也是目前国内外研究的主要方向和打破脂肪酶，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。应用局限的主要途径。我我国国在在基基因因工工程
26、程、蛋蛋白白质质工工程程等等方方面面已已开开展展了了改改造造酶酶、开开发发新新酶酶的的研研究究，生生物物传传感感器器的的研研究究也也取取得得了了一一定定进进展展。利利用用酶酶制制作作的的生生物物传传感感器器在在环环境境监监测测中中的的应应用用越越来来越越广广泛泛，酶酶在在废废物物处处理理及及资资源源化化的的过过程程中中正正发发挥挥着着重重要要作作用用，利利用用基基因因工工程程和和蛋蛋白白质质工工程程扩扩展展酶酶的的代代谢谢途途径径，是是治治理理难难降降解解有有毒毒污污染染物物的的重重要要方方法法。酶酶工工程程技技术术将将在在环环境境保保护护方方面面起起到越来越重要的作用。到越来越重要的作用。THANK YOU