酶在环境保护方面的应用PPT课件

我国环境现状 人类赖以生存的环境质量,是目前举世瞩目的重大问题。随着科学技术的不断发展,人类开发利用自然资源的能力和范围不断扩大,随之而来的环境污染问题也越来越严重。环境污染已成为制约人类社会发展的重要因素,我国每年排放大量废水(416亿t)、废气和烟尘(2000万t)以及固体废弃物(1000亿t),污染达到相当严重的地步。因此环境保护问题越来越受到人们的重视。 20世纪以来,在化学和生物学之间的交叉地带形成的生物技术占据了重要的地位,在工业、农业、医药、食品等方面得到了广泛的应用,并对解决当代资源、能源、环保等多方面问题起着举足轻重的作用。而作为生物工程的重要组成部分,酶和酶工程受到生物化学工作者的重视,几种新兴的技术产业已成为优先发展的高科技领域。第1页/共19页第2页/共19页第3页/共19页 酶传感器在环境监测中已取得诱人的成就,并将继续扩大其应用范围。目前发现的酶传感器已有多种。20世纪80年代末Gray等首次用丁酰硫代胆碱酯酶检测有机磷农药;研制出一种简易快速测定有机磷农药的酶片和生色基片。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。Marty等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,2h即可检测出沙门菌、李斯特菌等。还有应用酶联免疫技术研制的Minividas全自动免疫分析仪可快速灵敏地鉴定空肠弯曲杆菌和葡萄球菌肠毒素等。日本、美国、英国等都在研究-2葡聚糖苷酶活性法测定饮用水和食品中的大肠杆菌。第4页/共19页 酶在环境监测方面的应用 酶在废水处理方面的应用 酶在可生物降解材料开发方面的应用第5页/共19页 利用胆碱酯酶检测有机磷农药污染 利用乳酸脱氢酶的同工酶监测重金属污染 通过-葡聚糖甘酸酶监测大肠杆菌污染 利用亚硝酸还原酶检测水中亚硝酸盐浓度第6页/共19页 最近几十年来，为了防治农作物的病虫害，大量使用各种农药。农药的大量使用，对农作物产量的提高起了一定的作用，然而由于农药，特别是有机磷农药的滥用，造成了严重的环境污染，破坏了生态环境。为了监测农药的污染，人们研究了多种方法，其中采用胆碱酯酶监测有机磷农药的污染就是一种具有良好前景的检测方法。胆碱酯酶第7页/共19页 胆碱酯酶可以催化胆碱酯水解生成胆碱和有机酸： 有机磷农药是胆碱酯酶的一种抑制剂，可以通过检测胆碱酯酶的活性变化，来判定是否受到有机磷农药的污染。20世纪50年代，就有人通过检测鱼脑中乙酰胆碱酯酶活力受抑制的程度，来检测水中存在的极低浓度的有机磷农药。现在可以通过固定胆碱酯酶的受抑制情况，检测空气或水中微量的酶抑制剂（有机磷等），灵敏度可达0.1mg/L。第8页/共19页乳酸脱氢酶第9页/共19页 将4甲基香豆素基葡聚糖苷酸掺入选择性培养基，样品中如果有大肠杆菌存在，大肠杆菌中的葡聚糖苷酸酶就会将其水解，生成甲基香豆素。甲基香豆素在紫外光的照射下发出荧光。由此可以检测水或者食品中是否有大肠杆菌污染。-葡聚糖甘酸第10页/共19页 利用固定化亚硝酸还原酶，制成电极，可以检测水中亚硝酸盐的浓度。亚硝酸还原酶第11页/共19页 水净化早在20世纪70年代,固定化酶已被用于水和空气的净化。法国工业研究所积极开展利用固定化酶处理工业废水的研究,将能处理废水的酶制成固定化酶。处理静止废水时直接用酶布或酶片;处理流动废水时根据废水所含污物的种类和数量,确定玻璃酶柱或塑料酶柱的高度和直径,采用多酶酶柱或单一酶柱。水净化第12页/共19页含酚废水 芳香族化合物,包括酚和芳香胺,属于优先控制的污染物,塑料厂、树脂厂、染料厂等企业的废水中都含有这类污染物,很多酶已用于这类废水处理。辣根过氧化物酶(HRP)的应用集中在含酚污染物的处理方面,使用HRP处理的污染物包括苯胺、羟基喹啉、致癌芳香族化合物等。HRP可以与一些难以去除的污染物一起沉淀,形成多聚物而使难处理物质的去除率增大。第13页/共19页食品工业废水 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。淀粉酶是一类多糖水解酶,多糖转变为单糖和发酵能同时进行,淀粉酶用于含淀粉废水处理,可使大米加工产生的废水中的有机物转化为酒精。淀粉酶还可缩短活性污泥法处理废水的时间。第14页/共19页 每克Rhizopusorrhizus菌丝(干重)去除铜高达180mg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。重金属废水第15页/共19页 石油和工业废油的处理每年由于各种原因排入海中的石油达200万t,如不及时处理,不仅会造成鱼类的大量死亡,而且石油中的有害物质也会通过食物链进入人体。人们用含有酶及其它成分的复合制剂处理海中的石油,可以将石油降解成适合微生物的营养成分,为浮在油表面的细菌提供优良的养料,使得分解石油的细菌迅速繁殖,以达到快速降解石油的目的。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。酶法生产生物柴油日益受到人们的青睐,可利用餐饮业废油脂和工业废油脂为原料,变废为宝的同时降低了生物柴油的生产成本。石油和工业废油第16页/共19页 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。这些高分子材料使用以后，成为固体废弃物，对环境造成严重的影响。研究和开发可生物降解材料,已经成为可生物降解的高分子材料开发的重要途径。 利用酶在有机介质中的催化作用合成的可生物降解材料主要有：利用脂肪酶的有机介质催化合成聚酯类物质、聚糖脂类物质；利用蛋白酶或脂肪酶合成多肽类或聚酰胺类物质等。第17页/共19页谢 谢第18页/共19页感谢您的观看！第19页/共19页