第8章 酶在環(huán)境保護(hù)方面的應(yīng)用-08-2014

第八章酶在環(huán)境保護(hù)方面的應(yīng)用一、酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用二、水凈化三、石油及工業(yè)廢水處理四、石油及工業(yè)廢水處理五、環(huán)境監(jiān)測(cè)

目前，國(guó)內(nèi)外廣泛使用酶的領(lǐng)域是食品工業(yè)。國(guó)內(nèi)外大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的淀粉酶、淀粉酶、異淀粉酶、蛋白酶、果膠酶、葡萄糖異構(gòu)酶、葡萄糖氧化酶、脂肪酶、纖維素酶、天冬氨酸酶、糖化酶、溶菌酶等大部分都在食品工業(yè)中應(yīng)用。酶在食品工業(yè)方面主要用于食品保鮮、淀粉加工、蛋白制品加工、果蔬加工、食品添加劑的生產(chǎn)以及改善食品的品質(zhì)和風(fēng)味等。8.1酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用酶在食品保鮮方面的應(yīng)用

酶法保鮮技術(shù)是利用酶的催化作用，防止或消除各種外界因素對(duì)食品產(chǎn)生的不良影響，從而保持食品原有的優(yōu)良品質(zhì)和風(fēng)味特色的技術(shù)。隨著人們對(duì)食品各方面的要求不斷提高和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，酶法保鮮技術(shù)越來(lái)越受到人們的關(guān)注和歡迎，并被廣泛地應(yīng)用于各種食品的保鮮。食品的滅菌保鮮

微生物的污染會(huì)引起食品的變質(zhì)、腐敗，防止微生物的污染是食品保鮮的主要任務(wù)。殺滅微生物的方法有很多，常用的物理和化學(xué)方法極易引起食品品質(zhì)的改變，而且添加大量的防腐劑還可能對(duì)人體健康帶來(lái)不良的影響。

采用溶菌酶進(jìn)行食品保鮮，不但效果好，而且不存在食品安全問題。

溶菌酶是一種專門作用于細(xì)菌細(xì)胞壁的水解酶，又稱細(xì)胞壁溶解酶。它專一地作用于細(xì)菌細(xì)胞壁中的肽多糖分子中N-乙酰胞壁酸與N-乙酰氨基葡萄糖之間的β-1,4糖苷鍵，催化細(xì)胞壁中的肽多糖水解，從而破壞細(xì)菌的細(xì)胞壁，使細(xì)菌溶解死亡。溶菌酶在食品保鮮方面的應(yīng)用酶在淀粉類食品生產(chǎn)方面的應(yīng)用

在淀粉類食品的加工中，主要用酶有淀粉酶、淀粉酶、葡萄糖淀粉酶（糖化酶）、支鏈淀粉酶、異淀粉酶、葡萄糖異構(gòu)酶等。酶在蛋白類食品生產(chǎn)方面的應(yīng)用

蛋白質(zhì)是食品的主要營(yíng)養(yǎng)成分之一，以蛋白質(zhì)為主要成分或以蛋白質(zhì)為主要原料加工而成的食品稱為蛋白質(zhì)類食品。如乳制品、肉制品、蛋制品和魚制品等。在蛋白質(zhì)類食品的生產(chǎn)過(guò)程中，主要使用的酶是各種蛋白酶，此外也使用乳糖酶和其他一些酶。

蛋白酶（Proteinases）是一類催化蛋白質(zhì)水解的酶。根據(jù)其來(lái)源的不同，可分為動(dòng)物蛋白酶，如胰蛋白酶、胃蛋白酶等；植物蛋白酶，如木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶等；以及微生物蛋白酶，如枯草桿菌蛋白酶、黑曲霉蛋白酶等。

在蛋白類食品的生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的蛋白酶和乳糖酶，主要是用其進(jìn)行蛋白水解產(chǎn)物、氨基酸、明膠、干酪的生產(chǎn)，肉類的嫩化，低乳糖奶的生產(chǎn)等。酶在果蔬類食品生產(chǎn)方面的應(yīng)用

果蔬類食品是指以各種水果或蔬菜為主要原料加工而成的食品。在果蔬類食品的生產(chǎn)過(guò)程中，為了提高產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量，常常加入各種酶。常用的有果膠酶、柚苷酶、橙皮苷酶、花青素酶等，主要用于果汁、果酒、果凍、果蔬罐頭等的生產(chǎn)。酶在果蔬類食品生產(chǎn)方面的應(yīng)用1、酶在果汁生產(chǎn)中的應(yīng)用2、酶在果酒生產(chǎn)中的應(yīng)用3、酶在低糖果凍生產(chǎn)中的應(yīng)用4、柑橘制品去除苦味5、柑橘罐頭防止產(chǎn)生白色渾濁6、果蔬制品的脫色酶在食品添加劑生產(chǎn)中的應(yīng)用

食品添加劑是指為改善食品品質(zhì)和色、香、味，以及為防腐和加工工藝需要而加入食品中的化學(xué)合成或天然物質(zhì)。

食品添加劑的生產(chǎn)可以采用提取分離法、微生物發(fā)酵法、酶催化合成法和化學(xué)合成法等。由于酶具有催化效率高、專一性強(qiáng)和作用條件溫和等特點(diǎn)，隨著酶工程的發(fā)展，作為高效、安全的生物催化劑，酶在食品添加劑的生產(chǎn)中已經(jīng)較為廣泛地得到應(yīng)用。酶在酸味劑生產(chǎn)中的應(yīng)用

常用的酸味劑一般分為無(wú)機(jī)酸和有機(jī)酸。食品中常用的無(wú)機(jī)酸為磷酸和己二酸，有機(jī)酸為檸檬酸、酒石酸、蘋果酸、乳酸、醋酸等。有機(jī)酸一般是采用提取法、發(fā)酵法和化學(xué)合成法制得。近期酶法合成的研究逐漸增多，主要集中在乳酸、蘋果酸、葡萄糖酸及一些新的酸味劑上。酶在增味劑生產(chǎn)中的應(yīng)用

食品增味劑或稱食品風(fēng)味增強(qiáng)劑，是指補(bǔ)充或增強(qiáng)食品原有風(fēng)味的一類物質(zhì)，通常又稱為鮮味劑。鮮味是食品物質(zhì)刺激人們的味覺器官而產(chǎn)生的一種鮮美感覺。能夠刺激味覺器官產(chǎn)生鮮美感覺的物質(zhì)稱為鮮味劑。例如，味精、肌苷酸鈉等。

酶催化法生產(chǎn)食品增味劑，利用酶的催化作用，將底物轉(zhuǎn)化為食品增味劑的技術(shù)過(guò)程。酶催化法可以提高產(chǎn)率，減少設(shè)備投資，提高產(chǎn)品質(zhì)量。逐漸被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)。酶催化法主要用于氨基酸和呈味核苷酸的生產(chǎn)。酶在甜味劑生產(chǎn)中的應(yīng)用

食品甜味劑能改進(jìn)食品的可口性和其他食用性質(zhì)，滿足有些人的愛好，并且可供給人體熱能。近年來(lái)，由于高熱量糖類物質(zhì)的過(guò)量攝入而引起的肥胖、高血脂和齲齒等疾病已成為世界各國(guó)一大社會(huì)問題，此外人們對(duì)食用合成甜味劑糖精、甜蜜素等存在顧慮，因此，開發(fā)新型低熱能甜味劑一直是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。尤其是那些甜度高、味質(zhì)好、不致齲的低熱能產(chǎn)品發(fā)展很快。在這些新產(chǎn)品的研究開發(fā)過(guò)程中，酶技術(shù)占據(jù)了重要地位。酶在甜味劑生產(chǎn)中的應(yīng)用

通過(guò)酶的催化作用可以生成各種甜味劑。(1)嗜熱菌蛋白酶催化天冬氨酸和苯丙氨酸反應(yīng)生成天苯肽(2)葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶生產(chǎn)帕拉金糖(3)果聚糖蔗糖酶生產(chǎn)低聚果糖低聚果糖是指在蔗糖的果糖基上結(jié)合個(gè)果糖分子而成的非還原性糖。低聚果糖存在于洋蔥、香蕉等果蔬中，但含量較低，其甜度約為蔗糖的低聚果糖的生產(chǎn)可以采用蔗糖為原料，通過(guò)果聚糖蔗糖酶催化作用生成。果聚糖蔗糖酶可以通過(guò)黑曲霉發(fā)酵得到。酶在乳化劑生產(chǎn)中的應(yīng)用

食品乳化劑是食品加工過(guò)程中使互不相溶的液體（如油和水）形成穩(wěn)定乳濁液的一類食品添加劑。目前，國(guó)內(nèi)外最普遍使用的乳化劑是甘油單脂及其衍生物和大豆磷脂等。這些乳化劑在人體消化過(guò)程中被分解為脂肪酸和多元醇，從而被人體吸收或排出體外，對(duì)人體代謝無(wú)不良作用。

利用脂肪酶的作用，將甘油三酯水解生成的甘油單酯，簡(jiǎn)稱單甘酯，是一種廣泛應(yīng)用的食品乳化劑。酶在改善食品品質(zhì)與風(fēng)味方面的應(yīng)用

風(fēng)味酶的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用在食品風(fēng)味的再現(xiàn)、強(qiáng)化和改善方面呈現(xiàn)廣闊的應(yīng)用前景。例如，用洋蔥風(fēng)味酶處理甘藍(lán)等蔬菜，可使被處理的蔬菜呈現(xiàn)出洋蔥的風(fēng)味；用奶油風(fēng)味酶作用于含乳脂的巧克力、冰淇淋和人造奶油等食品，可使這些食品增強(qiáng)奶油的風(fēng)味。

有些食品在加工或保藏過(guò)程中，可能會(huì)使原有的風(fēng)味減弱或失去，若在這些食品中添加各種風(fēng)味酶，則可使它們恢復(fù)甚至強(qiáng)化原來(lái)的天然風(fēng)味。

面包加工過(guò)程中添加的酶及其對(duì)面包質(zhì)量的影響

在含有蔗糖的糕點(diǎn)、飲料等食品的生產(chǎn)過(guò)程中，添加適量的蔗糖酶，可以催化蔗糖水解生成葡萄糖和果糖。果糖具有類似蜜糖的風(fēng)味，從而使改善產(chǎn)品的風(fēng)味，同時(shí)還可以防止蔗糖析出結(jié)晶。

在可溶性魚蛋白水解物的生產(chǎn)過(guò)程中，往往會(huì)產(chǎn)生苦味肽，使產(chǎn)品帶有苦味。為了減輕或消除產(chǎn)品的苦味，可以添加適量的羧肽酶或者氨肽酶，催化生產(chǎn)中產(chǎn)生的苦味肽水解生成氨基酸，從而改善魚蛋白水解物的風(fēng)味。

乳制品的特有香味主要是由脂肪酸及其分解產(chǎn)物產(chǎn)生的。在乳制品生產(chǎn)過(guò)程中，加入適量脂肪酶或酯酶，可以使乳中的脂肪水解，生成脂肪酸和甘油二酯等?；蚋视蛦熙亩@著增加干酪、奶油等乳制品的香味，同時(shí)增強(qiáng)乳化性。酶在食品分析檢測(cè)中的應(yīng)用

在食品分析與檢測(cè)中，需要測(cè)定的組分很多，包括醇類和膽固醇類、糖類、氨基酸類、有機(jī)酸類、硝酸鹽和亞酸鹽、氰化物以及各種毒素等。對(duì)于食品中的這些組分的分析與檢測(cè)，總是需要快速而準(zhǔn)確地測(cè)定。酶法檢測(cè)技術(shù)作為一種新的檢測(cè)技術(shù)，其具有專一性強(qiáng)、準(zhǔn)確性高、檢測(cè)速度快等優(yōu)點(diǎn)，在食品分析與檢測(cè)中已廣泛應(yīng)用。酶在食品分析檢測(cè)中的應(yīng)用

1、醇類和膽固醇的測(cè)定

2、食品中糖類的測(cè)定

3、氨基酸類的測(cè)定

4、有機(jī)酸的測(cè)定

5、食品中其他組分的測(cè)定

環(huán)境監(jiān)測(cè)的目的是了解環(huán)境情況，掌握環(huán)境質(zhì)量變化。環(huán)境監(jiān)測(cè)是進(jìn)行環(huán)境保護(hù)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。酶在環(huán)境監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，已經(jīng)在農(nóng)藥污染的監(jiān)測(cè)、重金屬污染的監(jiān)測(cè)、微生物污染的監(jiān)測(cè)等方面取得重要成果。8.2酶在環(huán)保與能源方面的應(yīng)用8.2.1酶在環(huán)境監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用

利用亞硝酸還原酶檢測(cè)水中亞硝酸鹽濃度

利用膽堿酯酶檢測(cè)有機(jī)磷農(nóng)藥污染

利用乳酸脫氫酶的同工酶監(jiān)測(cè)重金屬污染

通過(guò)β–葡聚糖苷酸酶監(jiān)測(cè)大腸桿菌污染Text3環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用環(huán)境監(jiān)測(cè)

酶?jìng)鞲衅髟诃h(huán)境監(jiān)測(cè)中已取得誘人的成就,并將繼續(xù)擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。

目前發(fā)現(xiàn)的酶?jìng)鞲衅饕延卸喾N。環(huán)境監(jiān)測(cè)是了解環(huán)境情況、掌握環(huán)境質(zhì)量變化，進(jìn)行環(huán)境保護(hù)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

酶在環(huán)境監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，已經(jīng)在農(nóng)藥污染的監(jiān)測(cè)、重金屬污染的監(jiān)測(cè)、微生物污染的監(jiān)測(cè)等方面取得重要成果。

利用膽堿酯酶可以催化膽堿酯水解生成膽堿和有機(jī)酸。(1)利用膽堿酯酶監(jiān)測(cè)有機(jī)磷農(nóng)藥污染

有機(jī)磷農(nóng)藥是膽堿酯酶的一種抑制劑，可以通過(guò)檢測(cè)膽堿酯酶的活性變化，來(lái)判斷是否受到有機(jī)磷農(nóng)藥的污染?？梢酝ㄟ^(guò)固定化膽堿酯酶的受抑制情況，檢測(cè)空氣或水中微量的酶抑制劑（有機(jī)磷等），靈敏度可達(dá)0.1mg/L。乳酸脫氫酶5種同工酶。它們具有不同的結(jié)構(gòu)和特性，當(dāng)遇到重金屬離子時(shí)，活性會(huì)發(fā)生一定的變化。通過(guò)檢測(cè)家魚血清乳酸脫氫酶（SLDH）的活性變化，可以檢測(cè)水中重金屬污染的情況及危害程度；鎘和鉛的存在可以使SLDH3活性升高的活性；汞的污染使SLDH1活性升高；銅的存在則引起SLDH4活性降低。(2)利用乳酸脫氫酶的同工酶監(jiān)測(cè)重金屬污染將4-甲基香豆素基-β-葡聚糖苷酸摻入選擇性培養(yǎng)基中，樣品中如果有大腸桿菌存在，大腸桿菌中葡聚糖苷酸酶就將其水解，生成甲基香豆素。

甲基香豆素在紫外光的照射下發(fā)出熒光，由此可以通過(guò)紫外光分光光度法檢測(cè)水或食品中大腸桿菌的污染程度。(3)通過(guò)β-葡聚糖苷酸酶監(jiān)測(cè)大腸桿菌污染亞硝酸還原酶是催化亞硝酸還原生產(chǎn)一氧化氮的氧化還原酶。(4)利用亞硝酸還原酶檢測(cè)水中亞硝酸鹽濃度利用固定化亞硝酸還原酶，可檢測(cè)水中亞硝酸鹽濃度。8.3酶在廢水處理中的應(yīng)用重金屬?gòu)U水食品工業(yè)廢水含酚廢水水凈化水凈化

早2O世紀(jì)7O年代，固定化酶已被用于水和空氣的凈化法國(guó)工業(yè)研究所積極開展利用固定化酶處理工業(yè)廢水的研究，將能處理廢水的酶制成固定化酶處理靜止廢水時(shí)直接用酶布或酶片；

處理流動(dòng)廢水時(shí)根據(jù)廢水所含污物的種類和數(shù)量，確定玻璃酶柱或塑料酶柱的高度和直徑，采用多酶酶柱或單一酶柱。石油及工業(yè)廢油的處理

每年由于各種原因排人海中的石油達(dá)200萬(wàn)t如不及時(shí)處理，不僅會(huì)造成魚類的大量死亡，而且石油中的有害物質(zhì)也會(huì)通過(guò)食物鏈進(jìn)人人體。

人們用含有酶及其它成分的復(fù)合制劑處理海中的石油，為浮在油表面的細(xì)菌提供優(yōu)良的養(yǎng)料，使得分解石油的細(xì)菌迅速繁殖，以達(dá)到快速降解石油的目的。脂酶生物技術(shù)應(yīng)用于被污染環(huán)境的修復(fù)以及廢物處理是一個(gè)新興的領(lǐng)域。

石油開采和煉制過(guò)程中產(chǎn)生的油泄漏、脂加工過(guò)程中產(chǎn)生的含脂廢物以及飲食業(yè)產(chǎn)生的廢物，都可以用不同來(lái)源的脂酶進(jìn)行有效的處理。

酶法生產(chǎn)生物柴油日益受到人們的青睞，可利用餐飲業(yè)廢油脂和工業(yè)廢油脂為原料，變廢為寶。

不同的廢水，含有的物質(zhì)不同，因此應(yīng)采用不同的酶進(jìn)行處理。廢水中含有淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪等各種有機(jī)物質(zhì)，可以在有氧和無(wú)氧的條件下用微生物處理，也可以用固定化淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等進(jìn)行處理。廢水中含有硝酸鹽、亞硝酸鹽等酸性物質(zhì)，可以用固定化硝酸還原酶、亞硝酸還原酶和一氧化氮還原酶進(jìn)行處理，使硝酸根、亞硝酸根逐步還原，最終成為氮?dú)?。酶在廢水處理方面的應(yīng)用

目前，應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域的高分子材料，大多數(shù)是生物不可降解或不可完全降解的材料。這些高分子材料使用以后，成為固體廢棄物，造成環(huán)境污染。研究和開發(fā)可生物降解材料是當(dāng)今國(guó)內(nèi)外的重要課題。其中，利用酶的催化作用合成可生物降解材料，已經(jīng)成為開發(fā)可生物降解材料的重要途徑。利用酶在有機(jī)介質(zhì)中的催化作用合成的可生物降解材料主要有：利用蛋白酶或脂肪酶合成多肽類或聚酰胺類物質(zhì)，利用脂肪酶的有機(jī)介質(zhì)催化合成聚酯類物質(zhì)和聚糖酯類物質(zhì)等。8.4酶在生物降解材料方面的應(yīng)用

由于酵母菌不能直接利用淀粉和纖維素等原料，所以乙醇的生產(chǎn)必須經(jīng)過(guò)糖化和發(fā)酵兩個(gè)階段。8.5酶在乙醇生產(chǎn)方面的應(yīng)用

為了簡(jiǎn)化發(fā)酵工藝過(guò)程，人們可以采用各種生物技術(shù)使酵母菌具有直接利用淀粉或纖維素發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的能力。采用酶工程技術(shù)將糖化酶等淀粉酶或者纖維素酶與酵母細(xì)胞共固定化，通過(guò)多糖水解酶和酵母細(xì)胞內(nèi)酒化酶系的共同作用，將淀粉或纖維素轉(zhuǎn)化為乙醇。8.6酶在生物柴油制造方面的應(yīng)用

生物柴油是甘油酯與小分子醇類經(jīng)過(guò)酯交換反應(yīng)而得到的脂肪酸酯類物質(zhì)，可以代替柴油作為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料使用等。在當(dāng)今石油資源面臨枯竭的情況下，研究和開發(fā)新的生物能源具有重要的意義和應(yīng)用價(jià)值。在有機(jī)介質(zhì)中，脂肪酶或酯酶可以催化甘油酯與小分子醇類進(jìn)行酯交換反應(yīng)，生成小分子的酯類混合物（甘油和酯）。

應(yīng)用于飼料中的酶，有淀粉酶、脂解酶、蛋白酶、纖維素酶、半纖維素酶、果膠酶、植酸酶和棉籽糖分解酶等。主要來(lái)源于微生物（包括細(xì)菌、真菌、酵母菌等）發(fā)酵物，部分來(lái)源于植物組織和動(dòng)物組織（或消化液）。8.7酶在飼料工業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)中的應(yīng)用(1)飼用酶制劑的種類和來(lái)源1、補(bǔ)充內(nèi)源酶的不足，改善消化道內(nèi)的微生態(tài)環(huán)境2、打破植物細(xì)胞壁，提高飼料的有效能值。3、降低胃腸道黏性，提高養(yǎng)分的消化吸收率，減少疾病的發(fā)生。4、消除飼料中的抗?fàn)I養(yǎng)因子（ANF）和有毒有害物，提高飼料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。5、減少環(huán)境污染。6、充分利用飼