環境工程中固定化酶技術的應用分析

李 莉

（壽光市環境保護局，山東 壽光 262700）

環境工程中固定化酶技術的應用分析

李 莉

（壽光市環境保護局，山東 壽光 262700）

固定化酶是近十余年發展起來的酶應用技術，在工業生產、化學分析和醫藥等方面有誘人的應用前景，本文分析了固定化酶技術在環境工程領域的應用及目前已經取得的成果，并且展望了發展趨勢。

環境工程；環境監測；固定化酶

固定化酶技術是二十世紀六十年代發展起來的一項新興技術。通俗的說固定化酶就是指在一定的空間范圍內進行催化反應的酶，這種酶能夠反復和連續進行使用。酶固定化以后通常情況下穩定性會進一步增加，能夠從反應系統中快速容易地分離和控制，并且運輸和貯存起來非常方便。固定化酶技術在環境監測、污水處理和醫藥等方面都得到了廣泛的應用［1］。

1 固定化酶技術在環境監測方面的應用

近年來，水污染事件在各地時有發生，這就要求必須把好水質這道關，相應的對各類水體有害物質的監測也越來越有必要。

酶反應器是同固定化酶制成的，它可以直接或與其他檢測器組成酶電極、酶傳感器等分析檢測系統來實現對環境污染物的監測。這種酶反應器檢測起來簡單快速、特異性高、靈敏度好并且攜帶方便。到目前為止，用來檢測農藥的傳感器中就以乙酰膽堿酯酶的應用最廣。研究人員用固定化乙酰膽堿酯酶制成的檢測設備，對幾豐個蔬菜樣品中農藥殘留進行了快速準確的檢測。

2 固定化酶技術在污水處理中的應用

有機廢水的處理可以分為物理化學方法和生物方法。物理化學方法在處理污水過程中，難度大并且成本高，還有可能對周圍環境重復污染；所以生物方法處理有機廢水在日常的應用中越來越多。

有機廢水處理過程中經常用到的酶有下列幾種：辣要過氧化物酶、漆酶、酷氨酸酶等。這些酶有一個共同的特性就是通過對污水中的酚類催化和氧化，可以降解其中的具有非常強毒性的酚類。有的廢水中也含有殘留的農藥，而通過用固定化酶對廢水處理的檢測發現，這種技術對處理廢水中的農藥殘留也有很好的效果。研究人員發現在酸性條件下，固定化漆酶對氯苯嘧啶醇具有非常好的降解效果。

隨著人們對固定化酶這一技術的不斷探索，越來越多的固定化酶和固定化方法在廢水處理中受到全社會的關注。聯合固定化技術使酶的特性充分發揮了出來，進一步擴大了固定化酶的使用領域。研究人員把脫色酶與苯胺降解菌混合固定用來處理染料廢水。實驗證明，80%和90%的脫色率和苯胺降解率非常令人滿意。研究人員把造紙廠中的廢水用苯酚甲醛樹脂吸附結晶型枯草桿菌淀粉酶來進行處理，經過一段時間的停留，78%的懸浮膠態淀粉被去除。

3 固定化酶技術在大氣治理中的應用

近年來，煤炭等能源的大量消耗使空氣中的二氧化碳含量逐年增加，大氣污染越來越嚴重，這個問題越來越受到全社會的關注。而一種新型的海藻酸ΑLG-SiO2，以還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸作為電子供體，可以把二氧化碳催化成甲醇，這種海藻酸就是用甲酸脫氫酶、甲醛脫氫酶和醇脫氫酶制備而成。另外，碳酸酐酶還可以催化二氧化碳水化。

4 固定化酶技術在清潔生產中的應用

工業化的程度越來越高，同時人們對環境保護的觀念也越來越強，清潔生產這一工藝就受到越來越多的關注，也成為研究人員的一個研究重點為。因為固定化酶技術反應時條件比較溫和、污染也比較小，所以這一清潔生產工藝在實際應用中越來越廣泛。造紙廠紙漿漂白中用上木聚糖酶和漆酶可以避免生產過程中產生不容易以生物方法分解的大量氯代有機物質，從而進一步減少這一生產過程中的污染問題。此外，使用氧化還原酶、腈水酶以及脂肪酶這三類酶催化可以生成R扁桃酸的沒有污染、沒有毒性的合成方式也備受關注。［2］現在我們國家的研究人員已經成功研究出了固定化大腸桿菌生產6-氨基青霉烷酸等許多固定化新工藝。

5 其他應用

日常生產生活中，人們對污泥的處理方式一般是經過簡單處理后進行填埋，這樣就具有非常大的污染環境的風險。而固定化酶技術就可以用來處理污泥。根據研究，嗜熱溶菌酶溶解法就可以把活性污泥進行處理，并實現零排放。研究人員在污泥中放入嗜熱菌，通過觀察，得出嗜熱菌分泌的胞外酶可以快速實現懸浮固體及蛋白質的溶解。使用這一技術處理污泥有非常大的發展勢頭。

6 固定化酶技術在環境領域的應用展望

近來人們對固定化酶技術的研究越來越快，應用的前景也不可限量。這主要是固定化酶有非常多的優勢：（1）固定化酶可重復使用，使酶的使用效率提高、使用成本降低。（2）固定化酶極易與反應體系分離，簡化了提純工藝，而且產品收率高、質量好。（3）在多數情況下，酶經固定化后穩定性得到提高。（4）固定化酶的催化反應過程更易控制。（5）固定化酶具有一定的機械強度，可以用攪拌或裝柱的方式作用于底物溶液，便于酶催化反應的連續化和自動化操作。（6）固定化酶與游離酶相比更適于多酶體系的使用，不僅可利用多酶體系中的協同效應使酶催化反應速率大大提高，而且還可以控制反應按一定順序進行［3］。

當然，固定化酶技術也存在著一些不足，如：固定化可能造成酶的部分失活，酶活力有損失；固定化酶一般只適用于水溶性的小分子底物，對于大分子底物不適宜；酶催化微環境的改變可能導致其反應動力學發生變化等，這些都需要得到進一步的完善。不過隨著時代的發展新的載體材料的不斷開發和利用，無載體固定化酶應用和興起，固定化酶技術在環境工程中的應用會越來越廣泛。

［1］李德昆，林洪，江潔等.利用固定化草酸氧化酶快速檢測河豚毒素［J］.中國水產科學，2005，12（05）∶638-642.

［2］王建龍.生物固定化技術與水污染控制［M］.北京∶科學出版社，2004，291-292.

［3］李貴寶，周懷東，郭祥云等.我國水環境監測存在的問題及對策［J］.水利技術監督，2005（03）∶57-60.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.19.067