2_酶工程在环境污染治理中的应用解析.ppt

*/44 过氧化物酶 是微生物或植物产生的一类氧化还原酶，在过氧化物的激活下，才可用于氧化底物 辣根过氧化物酶（HRP）：是酶处理废水领域中应用最多的一种酶，可催化多种芳香族化合物，包括酚/苯胺/联苯胺/及其异构体等，反应产物是沉淀，易去除，pH值和温度范围较广 木质素过氧化物酶（LiP）：可处理很多难降解芳香族化合物和多环芳烃、酚类物质，稳定性是其应用的关键，固定化是有效方法 植物来源的酶 */44 聚酚氧化酶 属于另一类能够催化酚类物质氧化的氧化还原酶 酪氨酸酶，也叫酚酶或儿茶酚酶，催化两个连续的反应 单分子酚与氧分子通过氧化还原反应形成邻苯二酚 邻苯二酚再脱氢形成苯醌，苯醌不稳定，通过非酶催化聚合反应形成沉淀 漆酶，由真菌产生，通过聚合反应去除酚类，且能同时对多种酚类产生作用 */44 造纸废水处理 废水漂白过程中会产生黑褐色废水，且含有有毒和致突变的氯化物 辣根过氧化物酶和木质素过氧化物酶均可用于造纸废水脱色 造纸制浆和脱墨操作中产生的污染，含有大量的纤维素，可由纤维素酶、纤维二糖水合酶、β-葡萄糖酶等组成的混合酶系脱除并产生乙醇等有用能源物质 */44 含氰（腈）废水处理 氰化物是新陈代谢抑制剂，具有致命危害 氰化物酶能够把氰化物转化成氨和甲酸盐，一步反应 硫氰化物可以通过常规废水处理工艺得到处理，但降解机理尚不完全清楚 含腈废水可以通过腈化物水解酶、腈化物水合酶和酰胺酶去除 硫氰化物水解酶的可能作用机理 */44 食品加工废水处理 易于分解或转化为饲料等经济价值产品 蛋白酶：水解酶，可水解蛋白质得到营养饲料，在鱼肉加工工业废水中得以广泛应用 淀粉酶：多糖水解酶，将多糖转变为单糖，可用于发酵产酒精等，可用于大米加工等含淀粉废水处理；淀粉酶和葡萄糖酶还可用于光降解和生物降解塑料的生产 脂酶：用于脂类物质（三酰甘油酯）的转化，可用于水/有机两相反应，可用于被污染环境的生物修复及废物处理，如石油泄漏、餐饮废物等 */44 废水酶处理的注意事项 酶处理或预处理过程应使其下一流程中污染物更易于去除，而且不能产生有毒物质 产生的沉淀物要妥善处理，燃烧处理时要控制有害气体的产生 高浓度污染物不适合采用酶法处理，低浓高毒的较适宜 由于其价格较高，必须考虑酶的费用 */44 2.4 酶在土壤修复中的应用 生物修复主要利用微生物、植物以及微生物-植物的联合作用，特别是其强大的酶系统催化功能，改变有机污染物的结构和毒性，或者使它们完全矿化，形成无害的无机终端产物 生物修复在环境中有害化学物质的清除方面发挥着非常重要的作用，是现代环境生物技术的主要内容 */44 污染物的生物转化过程 常见污染物可分为： 易生物降解的化合物：简单的碳氢化合物、醇类、酚类、胺类、酸类、脂类、酰胺类等 难生物降解的化合物：多氯联苯，多环芳烃以及农药等 污染物的细胞转化可以划分为： 细胞释放的胞外酶作用，使大分子化合物降解为可以进入细胞内部的小分子化合物 进入细胞内部，在细胞的新陈代谢作用下进行进一步降解 */44 污染物必须与微生物的酶系统接触才能发生降解，不溶性的物质通常先由胞外酶进行催化，速率较慢 胞外酶在细胞代谢中的作用 */44 胞外酶 胞外酶包括大量的氧化还原酶和水解酶 植物根区胞外酶，通常与细胞壁有关，可将污染物转化为更易被植物根部或根际微生物吸收的中间产物，如过氧化物酶、漆酶、单酚单氧合酶、脂酶等 微生物胞外酶，白腐真菌产生木质素降解酶系，包括木质素过氧化物酶、依赖锰的过氧化物酶、含铜的酚氧化酶-漆酶等，可与纤维素酶、半纤维素酶等协同降解木材 水解酶，蛋白酶，纤维素酶等 */44 污染物的无细胞酶生物降解 */44 可以用无细胞酶转化的部分难降解污染物 */44 胞外酶用于土壤修复的要求 有充足的酶源，可大量获得，遗传稳定，非致病性 性能好，可利用静止细胞或提纯的酶，活性高，专一性灵活，不发生副反应 稳定性好，能够进行固定化 无细胞酶降解土壤中的污染物，转化效率不高，尚无实际应用 */44 酶法土壤修复的局限性 污染物的局限：污染物不单一，其他污染物对酶的转化效率的影响可能是正面的，但一般是负面的 酶本身的局限：污染物转化过程中可能发生酶的失活，如酶被土壤“天然包埋” 土壤结合的酶 * Founded in 1895 Founded in 1895 * 第2讲 酶工程在环境污染治理中的应用 */44 1 酶学研究基础 酶是生物体内一切生物化学反应的催化剂，是生命活动的重要组成 1878年，Kunne提出酶的名称－enzyme 1896年，Buchner发现发酵是酶的作用的化学本质 1894年，Fisher提出锁匙模型