生物技術(shù)論文酶在皮革工業(yè)應(yīng)用

　　由于酶具有天然、安全和對環(huán)境友好等特點(diǎn)，可在皮革行業(yè)中替代化學(xué)產(chǎn)品。然而，酶的應(yīng)用成本仍然很高，并且酶在皮革行業(yè)中的應(yīng)用技術(shù)還需要更深入研究。在這篇生物技術(shù)論文中，展示了微生物酶的篩選分離過程、微生物的培養(yǎng)和酶的特性，對以后的研究會(huì)有所幫助�！�皮革與化工》是中國科技核心期刊。入編《中國期刊網(wǎng)》、《中國學(xué)術(shù)期刊(光盤版)》，為《中文科技期刊數(shù)據(jù)庫》收錄期刊，《萬方數(shù)據(jù)-數(shù)字化期刊群》全文上網(wǎng)期刊，《美國化學(xué)文摘(CA)》摘錄期刊。是刊登制革領(lǐng)域里皮革、合成革及其化工材料的專業(yè)性技術(shù)期刊;重點(diǎn)報(bào)道國內(nèi)外制革工藝及皮革化工方面的新技術(shù)、新工藝、新產(chǎn)品，并密切關(guān)注國內(nèi)外制革技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)。

　　1生物技術(shù)

　　生物技術(shù)就是運(yùn)用生物處理知識和生物體的特性來解決問題和制造有用的產(chǎn)品。能夠使用生物制劑(有機(jī)物、細(xì)胞、細(xì)胞器、分子)來獲得所需要的產(chǎn)品或者提供服務(wù)的知識稱為生物技術(shù)，包括基礎(chǔ)科學(xué)(分子生物學(xué)、微生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、遺傳性、基因組學(xué)、胚胎學(xué))，應(yīng)用科學(xué)(免疫學(xué)、化學(xué)和生物化學(xué)技術(shù))和其它技術(shù)(計(jì)算機(jī)技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)和過程控制技術(shù))。生物技術(shù)影響不同的生產(chǎn)領(lǐng)域，提供了新的就業(yè)機(jī)會(huì)，提供了植物抗病，生產(chǎn)生物降解塑料、生物燃料，對環(huán)境少污染的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境生物治理的方法。目前，在工業(yè)上使用生物技術(shù)方法(生物催化和生物轉(zhuǎn)化)有所增加。經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織研究也表明生物技術(shù)在工業(yè)上的應(yīng)用增加。在案例研究中，70%以上使用了酶法工藝，從而使費(fèi)用降低了9%~90%，并且節(jié)省了自然資源。

　　2酶

　　酶是有機(jī)物質(zhì)，一般稱為催化多種化學(xué)反應(yīng)的生物催化劑的蛋白質(zhì)，酶廣泛應(yīng)用于洗滌劑、食品、醫(yī)藥、精細(xì)化工等行業(yè)。它們是制得重視的物質(zhì)，其顯著的高效性和催化能力，明顯優(yōu)于合成催化劑。高特異性的酶取決于它的尺寸和產(chǎn)生與底物親和區(qū)的三維構(gòu)象。從巴斯德以來的研究表明，盡管和其他物質(zhì)同樣受到自然法則的支配，酶在一些重要方面卻不同于普通化學(xué)催化劑，具體包括如下幾個(gè)方面：更快的反應(yīng)速度，溫和的反應(yīng)條件，特異性強(qiáng)和可調(diào)控能力。幾乎所有的細(xì)胞代謝反應(yīng)都是在酶的催化下進(jìn)行的，這些反應(yīng)是所有生物體代謝的基礎(chǔ)，為工業(yè)生物催化更高效和經(jīng)濟(jì)提供了極大可能�，F(xiàn)有的酶種類估計(jì)有6000~7000種，其中3000種酶具有生物學(xué)功能，但是應(yīng)用于工業(yè)中的酶僅有130種左右，或?yàn)橛坞x酶，或作為細(xì)胞的一部分。由于微生物酶比同種來自植物或動(dòng)物的酶更穩(wěn)定，因此大部分工業(yè)用酶源于微生物。至少有3000種酶是由嗜溫微生物分離得到的。酶的分類如表1所示。

　　2.1酶的應(yīng)用

　　酶的應(yīng)用與全球市場有明顯的關(guān)聯(lián)，可以分為工業(yè)用酶和醫(yī)用酶\分析酶和科技用酶。在生物科技領(lǐng)域內(nèi)，尤其是工業(yè)用酶作為最主要的應(yīng)用酶。過去十年，與科學(xué)和技術(shù)密切相關(guān)的酶的應(yīng)用變得包羅萬象很難對它準(zhǔn)確定義。然而，如圖2所示，生物技術(shù)無疑包括微生物學(xué)、生物化學(xué)、基因工程以及材料的化學(xué)及生物化學(xué)處理過程。在這些使用的制劑中，酶常常用來改善工藝，并且使新原料得以使用，從而提高它們的物理和化學(xué)特性。酶的應(yīng)用非常廣泛，在食品、農(nóng)業(yè)、造紙、皮革和紡織工業(yè)等行業(yè)的應(yīng)用顯著節(jié)約了成本。有作者認(rèn)為，酶的應(yīng)用是工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分。生物治療技術(shù)需要使用生物制劑(例如：活的微生物或酶)對被環(huán)境中污染物的污染進(jìn)行去除、轉(zhuǎn)化或去毒，通過自然過程將污染物轉(zhuǎn)化為毒性較低的物質(zhì)形式。2.1.1酶在皮革清潔化生產(chǎn)中的應(yīng)用生物技術(shù)在制革業(yè)的中應(yīng)用已經(jīng)有很多年了，但是大部分酶制劑在這一領(lǐng)域沒有足夠的特異性。

　　目前，生物方法在浸水、脫毛、軟化和脫脂過程中取得了一定的成功。在浸水、脫毛或浸灰過程中用酶取代化學(xué)品和電力這一小“投資”，能夠相當(dāng)大的節(jié)約能源和減少二氧化碳的排放量。也選用生物技術(shù)處理廢水和固體蛋白廢物。在皮革生產(chǎn)過程中的浪費(fèi)高達(dá)50%。最好的清理方法是恢復(fù)具有商業(yè)用途的蛋白質(zhì)的可溶性。酶可降解未鞣制的和鞣制的皮革固體廢棄物。

　　酶在原料皮加工過程的應(yīng)用如下：(1)蛋白酶蛋白酶是水解蛋白質(zhì)和肽的一類酶。堿性蛋白酶最初作為洗滌劑的添加劑，是具有生理和商業(yè)價(jià)值的一類酶。在蛋白質(zhì)的水解和裂解中扮演著特殊的角色。芽孢桿菌是堿性蛋白酶的主要來源，廣泛應(yīng)用于各行業(yè)。堿性蛋白酶的生產(chǎn)一般采用液態(tài)培養(yǎng)。每種微生物在其特定的條件下有酶的最大產(chǎn)值。堿性蛋白酶能夠通過催化水解破壞蛋白質(zhì)的肽鍵和清除清蛋白和球蛋白等非纖維蛋白。目前已嘗試設(shè)計(jì)一種不浸酸環(huán)保型植物鞣法，使用蛋白水解酶來提高植物丹寧的利用率。這一方法使丹寧的利用率超過95%，比傳統(tǒng)的植物鞣法提高了10%。酸性蛋白酶用于幫助植物鞣劑擴(kuò)散，達(dá)到更好的利用。在皮革的抗張強(qiáng)度和延伸性方面，傳統(tǒng)生產(chǎn)和酶法生產(chǎn)沒有明顯的區(qū)別。(2)角蛋白酶角蛋白是生皮、頭發(fā)、羊毛、指甲和羽毛的主要結(jié)構(gòu)蛋白。在表皮和骨骼組織蛋白質(zhì)形成剛性纖維。羽毛中包含90%以上的角蛋白。角蛋白酶在生物技術(shù)工程中有很多應(yīng)用：可用于原料皮脫毛，洗滌劑和肥料的生產(chǎn)，動(dòng)物飼料和化妝品，工業(yè)廢棄物的降解和生產(chǎn)可生物降解的薄膜。動(dòng)物和植物不能有效的水解角蛋白。角蛋白是一種非常穩(wěn)定蛋白質(zhì)，但是某些真菌、細(xì)菌和放線菌在細(xì)胞內(nèi)外產(chǎn)生的角蛋白酶可催化其水解。有關(guān)分析表明，角蛋白酶可作用許多可溶性和不可溶性的蛋白底物。(3)脂肪酶目前大部分脂肪酶來源于真菌和酵母菌，但是細(xì)菌脂肪酶和來自于其他微生物的脂肪酶在高溫和惡劣條件下更為穩(wěn)定而量在增長。主要來源于微生物的脂肪酶催化水解甘油三酸酯為游離脂肪酸和甘油。研究了用黑曲霉生產(chǎn)脂肪酶，并且測得了細(xì)胞外脂肪酶的特性(最佳pH和溫度，穩(wěn)定性和去除橄欖油的能力)。脂肪酶可溶于水并且在消化代謝中扮演著重要的角色。在皮革生產(chǎn)中，脂肪酶作用于脂肪、肉的脂類、油脂和皮腺產(chǎn)生的油。脂肪酶用于脫脂和脫毛過程。脂肪酶與表面活性劑使用脫脂效果更好。當(dāng)脂肪酶和蛋白酶結(jié)合用于復(fù)鞣、去除油脂和污垢，皮革可能獲得更為均勻和鮮艷的顏色。使用脂肪酶能夠減少皮本身油脂脂肪帶來的色花，減少皺紋和其它類型的變色。

　　(4)淀粉酶淀粉酶可使淀粉分子降解并且在自然界中分布很廣。淀粉酶在工業(yè)上有很重要的生物技術(shù)應(yīng)用，比如在紡織、紙漿和紙、皮革、洗滌劑、啤酒、面包、嬰幼兒谷類食品、飼料、化工和制藥業(yè)以及淀粉的液化和糖化等方面的應(yīng)用。這些酶來源廣泛，可從植物、動(dòng)物和微生物獲得，通常微生物酶的工業(yè)需求最大。大部分微生物淀粉酶可作為商業(yè)用途和水解淀粉。在皮革生產(chǎn)中，淀粉酶常常用來打開皮革的纖維結(jié)構(gòu)。(5)膠原酶膠原酶來源廣泛，是一種金屬蛋白酶。膠原酶的動(dòng)力學(xué)模型取決于它們的來源。在-Gly-Pro-X-Gly-Pro-X序列中，細(xì)菌膠原酶優(yōu)先打開Gly-X鍵(X是一種天然氨基酸)。鞣制后的膠原蛋白(用鞣劑交聯(lián))有抗膠原酶的作用;這種酶不能水解鉻鞣皮革，但能打開皮革的纖維結(jié)構(gòu)。已有研究表明膠原酶來源于幾種微生物，但對降解和水解主要由膠原蛋白組成的皮革很困難。細(xì)菌膠原酶應(yīng)用于皮革染色。使用這種酶能夠獲得更柔軟的皮革，并且保持變皮革的強(qiáng)度不變。表2總結(jié)了一些酶在皮革生產(chǎn)中的應(yīng)用。2.1.2在皮革生產(chǎn)中酶的活性評估在皮革生產(chǎn)過程中，除了掌握不同特性的酶在皮革生產(chǎn)多方面的應(yīng)用，定量評估酶對原皮的作用也非常重要。最新文獻(xiàn)探討了用光學(xué)顯微鏡或/和電子顯微鏡對蛋白質(zhì)、原纖維蛋白(葡萄胺多糖和蛋白聚糖)、羥脯氨酸的定量測定，以及評估粒面質(zhì)量。酶促反應(yīng)的效果決定成品革的力學(xué)強(qiáng)度。葡萄胺多糖又稱粘多糖，是由糖醛酸和六亞甲基四胺(葡萄糖胺或半乳糖胺)聚合而成的線性高分子碳水化合物。最常見的葡萄糖胺是透明質(zhì)酸。

　　硫酸皮膚素在準(zhǔn)備工段被部分去除，它與打開纖維結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。有效去除硫酸皮膚素有利于打開纖維結(jié)構(gòu)便于化學(xué)品滲透，并提高得革率;但是過量的去除硫酸皮膚素會(huì)導(dǎo)致皮革松面和強(qiáng)度差。蛋白多糖是一種結(jié)合在葡萄糖胺上的細(xì)胞外蛋白。主要的蛋白多糖是核心蛋白聚糖，由單鏈的硫酸皮膚素和多肽鏈組成。有效的去除蛋白多糖對提高皮革的柔軟性和柔韌性非常重要。去除纖維間質(zhì)如蛋白多糖和氨基多糖是傳統(tǒng)制革浸灰和軟化過程的前提。用蛋白酶軟化皮革有利于去除纖維間質(zhì)。一些學(xué)者研制了一套方法來判定浸灰和軟化過程中這些蛋白質(zhì)的去除情況。這些方法包括根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)濃度曲線，通過計(jì)算硫酸軟骨素的濃度來確定葡萄糖胺的濃度，由粘蛋白的量確定蛋白多糖的濃度。羥脯氨酸是膠原中特有的一種氨基酸，在其他蛋白質(zhì)中不曾發(fā)現(xiàn)。在膠原結(jié)構(gòu)中最常見的氨基酸有羥脯氨酸(11.28%)，脯氨酸(11.77%)，甘氨酸(33.43%)，丙氨酸(11.97%)和精氨酸(5.04%)。哺乳動(dòng)物的皮中每100g膠原中含有13.45g羥脯氨酸，然而魚皮中每100g膠原中含有7~9g羥脯氨酸�；�于此，在皮革生產(chǎn)過程中，根據(jù)羥脯氨酸的含量用來確定原料皮的膠原含量和生產(chǎn)過程中不希望釋放的膠原量。除了分析纖維間質(zhì)，還可通過皮革的抗張強(qiáng)度、延伸率和撕裂強(qiáng)度來評估酶在皮革生產(chǎn)中各工序的應(yīng)用效果。

　　2.2微生物酶的分離和篩選

　　搜索一種新的酶始于自然界中的微生物。研究者從熱帶森林到冰川地區(qū)收集不同氣候條件下的土壤樣品并對其進(jìn)行檢測。酶的獲取途徑非常廣泛。大部分酶主要來源于動(dòng)物、植物和微生物。大部分工業(yè)用酶來自于微生物。微生物酶比來自于動(dòng)植物的酶在數(shù)量上更有優(yōu)勢。這些優(yōu)勢主要表現(xiàn)于：a.微生物比動(dòng)物和植物生長更快。b.酶僅僅是動(dòng)植物體很微小的一部分。因此，酶的大規(guī)模生產(chǎn)需要大片的土地和大量的動(dòng)物。這種限制使得動(dòng)植物酶非常昂貴。微生物酶不受這些方面的約束，想生產(chǎn)多少就能生產(chǎn)多少。c.微生物酶比動(dòng)植物酶更穩(wěn)定。d.由于微生物在自然界中種類的多樣性，因此最大的優(yōu)勢就是能夠生產(chǎn)各種類型的酶。

　　e.基于對微生物基因基礎(chǔ)的研究和了解從而控制其生理功能，可以人為操縱微生物產(chǎn)生某些代謝產(chǎn)物，包括酶。在酶的生產(chǎn)中，第一步就是分離和篩選微生物，也就是分離特定的菌株從而獲得所需要的酶，如圖3所示。為了達(dá)到要求，需要對不同的菌株進(jìn)行精細(xì)選擇和測試以鑒定這些菌株，從而獲得所需特性的菌株。目前，已經(jīng)開始研究幾種新型酶。外來微生物(比如極端微生物)是酶的重要來源。生物體以pH值的不同而分布不同。眾所周知微生物接近中性的pH條件下繁殖。當(dāng)偏離接近中性條件時(shí)，微生物的數(shù)量減少。標(biāo)準(zhǔn)做法就是將許多微生物置于大量含有培養(yǎng)基和瓊脂平板上培養(yǎng)，如圖4所示。分離微生物的典型方法就是使用后續(xù)金屬保護(hù)層，篩選理想特性的微生物。然后，微生物在特種媒介中生長，使用合適的基質(zhì)如脫脂牛奶或酪蛋白、淀粉、三丁酸甘油酯或黃油來測定蛋白的水解和脂肪的分解活力。選擇那些分離出來的具有很強(qiáng)活力的菌株，然后用恰當(dāng)?shù)姆椒ū４鎮(zhèn)溆�。生產(chǎn)應(yīng)用于皮革生產(chǎn)用酶(包括蛋白酶，角蛋白酶，膠原酶)的微生物，可根據(jù)各種微生物棲息地如制革廠的污泥、廢棄物和污水中分離出來。Ogino等分離出來的76種微生物能夠在中性pH條件下降解制革廢水，23種微生物能在堿性條件下降解制革廢棄物。文獻(xiàn)中通常使用含有瓊脂和蛋白質(zhì)的培養(yǎng)基來獲得蛋白水解酶。最常用的蛋白有酪蛋白，脫脂牛奶和磨碎的羽毛。蛋白水解活性檢測是通過底物消耗在周圍出現(xiàn)一個(gè)透明環(huán)，就表示有蛋白酶產(chǎn)生。

　　2.3酶的生產(chǎn)和微生物的營養(yǎng)大部分酶通過水中培養(yǎng)獲得，但有些酶通過半固體培養(yǎng)基生產(chǎn)。

　　2.3.1半固體培養(yǎng)基這種類型的培養(yǎng)基通常用于真菌微生物培養(yǎng)，在低濕度和通風(fēng)性良好的條件下能夠獲得較高的酶產(chǎn)量。通過空氣循環(huán)的方式將溫度維持在30℃左右。生產(chǎn)周期一般為30~40h，但有時(shí)會(huì)持續(xù)長達(dá)7d。最佳產(chǎn)量取決于抽樣和對酶產(chǎn)量的評估。2.3.2水基培養(yǎng)大多數(shù)酶的生產(chǎn)是在生物反應(yīng)器中通過水基培養(yǎng)來實(shí)現(xiàn)的。該培養(yǎng)基包含足夠的碳源、氮源、金屬和微量元素等微生物生長所必須的營養(yǎng)物。然而，在某些情況下適宜微生物生長的培養(yǎng)基并不有利于所需酶的生產(chǎn)。溫度和pH值必須適合每種生物體。酶的生長、酶的生產(chǎn)以及酶的穩(wěn)定性所需的溫度和pH值，每種酶都不盡相同。培養(yǎng)溫度通常由三個(gè)因素決定。如果微生物生產(chǎn)酶是需氧的，則氧氣需氧量較大，因此水基培養(yǎng)中需要通氣和攪拌。微生物必須在適宜條件下培養(yǎng)才能夠提高酶的產(chǎn)量。提高蛋白酶產(chǎn)量和有助于細(xì)胞生長的培養(yǎng)條件明顯不同。在堿性蛋白酶的工業(yè)化生產(chǎn)中，需要高濃度的復(fù)雜碳水化合物、蛋白質(zhì)和其他培養(yǎng)基組分。為了開發(fā)一種經(jīng)濟(jì)又切實(shí)可行的技術(shù)，研究者在以下幾個(gè)方面展開了研究：(a)提高堿性蛋白酶的利用率;(b)最佳生產(chǎn)條件;(c)使用廉價(jià)的培養(yǎng)基。在大多數(shù)生物體中，有機(jī)和無機(jī)氮源會(huì)代謝產(chǎn)生氨基酸、核酸、蛋白質(zhì)和其他細(xì)胞組分。

　　堿性蛋白酶中氮含量高達(dá)15.6%，并且它們的生產(chǎn)取決于培養(yǎng)基中碳源和氮源的供應(yīng)。雖然復(fù)雜的氮源通常用于堿性蛋白酶的生產(chǎn)，不同的生物體對氮源的需求量也不同。有研究者發(fā)現(xiàn)，當(dāng)糖(如乳糖、麥芽糖、蔗糖和果糖)用于微生物的培養(yǎng)時(shí)，堿性蛋白酶的產(chǎn)量會(huì)提高。各種有機(jī)酸(如醋酸、乙酸甲酯、檸檬酸或檸檬酸鈉)有利于堿性蛋白酶的生產(chǎn)。在某些情況下，酶的生產(chǎn)需要二價(jià)金屬離子(鈣、鈷、硼、鐵、鎂、錳)。在大多數(shù)研究中，鉀的來源主要是磷酸鉀。磷酸鹽用作培養(yǎng)基的緩沖劑，但是過量會(huì)抑制細(xì)胞的生長和酶的產(chǎn)生�？傊�，微生物和其他生物一樣需要營養(yǎng)物質(zhì)。以下是影響微生物營養(yǎng)最重要的因素。真菌和大多數(shù)細(xì)菌均為化能自養(yǎng)型微生物，通過適宜底物的氧化反應(yīng)來獲取能量。無機(jī)營養(yǎng)微生物氧化無機(jī)化合物來獲得營養(yǎng)，而有機(jī)營養(yǎng)菌氧化有機(jī)化合物獲得營養(yǎng)。第一組中包括氧化硫產(chǎn)生硫酸的細(xì)菌。第二組包括真菌和相當(dāng)數(shù)量的細(xì)菌。2.3.3碳源對于自養(yǎng)型微生物來說，主要碳源是二氧化碳和碳酸氫鈉，能夠以此合成機(jī)體所需要的全部有機(jī)組分。大多數(shù)細(xì)菌為異養(yǎng)型，需要有機(jī)碳源;有機(jī)碳源一般有碳水化合物、氨基酸、脂類、醇類和淀粉及纖維素類聚合物。實(shí)際上，一些微生物能夠利用一些天然有機(jī)物和人工合成的化合物。

　　微生物的多用途性非常重要，使微生物的應(yīng)用更廣泛地向有利的方向轉(zhuǎn)變。2.3.4氮源微生物對氮的需求分為三類。一些細(xì)菌可直接吸收大氣中的氮并轉(zhuǎn)化為有機(jī)氮。許多真菌和細(xì)菌幾乎完全使用無機(jī)氮化合物特別是銨鹽，偶爾也使用硝酸鹽。真菌和一些細(xì)菌需要以各種氨基酸為代表的有機(jī)氮源的氮。通常，蛋白質(zhì)的水解或和氨基酸能夠促進(jìn)大多數(shù)異養(yǎng)微生物的生長。2.3.5重要的無機(jī)離子除了碳和氮，微生物還需要大量無機(jī)化合物中的其他元素。一些稱為大量元素，機(jī)體需求量很大，另外一些稱為微量元素，機(jī)體需求量很少。大量元素中的磷一般以磷酸鹽形式存在，對機(jī)體的能量代謝和核酸的合成非常重要;硫是合成氨基酸(比如半胱氨酸)和維生素(比如維生素H和維生素B1)所必需的;鉀作為酶的激活劑和滲透壓的調(diào)節(jié)劑;鉀是孢子形成中重要的胞外酶的激活劑;鐵是合成某種細(xì)胞色素和顏料所必需的。由于微量元素的研究很困難，所以微量元素的作用并不確切。然而，在一些特例中證實(shí)銅、鈷、鋅、猛、鈉、硼以及其它微量元素是微生物生長所必需的元素。2.3.6生長因子生長因子是特殊生物體不可缺少的，且其自身不能合成的有機(jī)化合物。生長因子必須在培養(yǎng)基中才能促使有機(jī)體的生長。許多生長因子是維生素，尤其是維生素B類，也有些生長因子是氨基酸和脂肪酸。2.3.7水水不是營養(yǎng)物質(zhì)，但它對微生物生長是必須的。因?yàn)榇蟛糠譅I養(yǎng)物質(zhì)是在溶液中通過細(xì)胞質(zhì)的膜吸收的。由于水的比熱容高和熱調(diào)節(jié)性好，水對調(diào)節(jié)滲透壓有重要作用。3.3.8大氣中的氧和水一樣，大氣中的氧也不是營養(yǎng)物。微生物根據(jù)周圍游離氧的數(shù)目進(jìn)行不同的生命活動(dòng);好氧菌需要游離氧，但是有些好氧菌是微需氧的，對氧的需求量很少，不能忍受正常大氣中的氧。相反，厭氧型微生物在游離氧條件下會(huì)很快死亡，然而兼性厭氧型微生物能同時(shí)在有氧和無氧條件下存活。

　　2.4酶動(dòng)力學(xué)

　　酶動(dòng)力學(xué)是酶學(xué)的一部分，主要研究酶促反應(yīng)速率及其影響因素。酶動(dòng)力學(xué)研究主要是評估酶的產(chǎn)量和單位時(shí)間內(nèi)底物的消耗量。酶促反應(yīng)可用方程(1)來表示，可分為兩個(gè)反應(yīng)，一個(gè)是生成酶和底物的復(fù)合物反應(yīng)，另一個(gè)是進(jìn)而生成產(chǎn)物和酶的反應(yīng)。E+S圮ES圮P+EE、S、ES和P分別代表酶、底物、酶和底物的復(fù)合物和產(chǎn)物。根據(jù)這個(gè)模型，當(dāng)?shù)孜餄舛茸銐蚋邥r(shí)，酶全部轉(zhuǎn)換為酶和底物復(fù)合物的形式，第二步會(huì)受到抑制，并且隨著底物濃度的增加，反應(yīng)速度不變。酶促反應(yīng)速度取決于酶濃度和底物濃度。理論上，在催化、合成和裂解反應(yīng)過程中同一種酶可反復(fù)利用多次。在實(shí)踐中卻受到了很多限制。酶是一種復(fù)雜而敏感的生物分子，酶所處環(huán)境的溫度、酸堿性、微量金屬離子或某些抑制劑都會(huì)影響酶活力。一些影響酶催化活力的因素如下：(1)pH值酶處于最佳pH值時(shí)，酶分子上的電荷分布和酶的催化位點(diǎn)都有助于酶的催化。(2)溫度大多數(shù)酶都有其最適溫度;最適溫度取決于分離出酶的微生物。

　　一些微生物的最適溫度接近室溫，這些微生物分離出來的酶在30~40℃活性最大。溫度太低，分子移動(dòng)減慢導(dǎo)致反應(yīng)速率下降;溫度太高，分子移動(dòng)速度非�？�，酶很難維持其空間結(jié)構(gòu)并發(fā)生變性，從而導(dǎo)致酶失活。溫度升高，反應(yīng)速度加快，當(dāng)達(dá)到最適溫度后，反應(yīng)速度減慢。(3)變性維持蛋白質(zhì)功能的結(jié)構(gòu)遭到破壞稱為蛋白質(zhì)變性。不僅僅高溫導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性，其他能夠破壞化學(xué)鍵的環(huán)境因素也會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性。此外，極端pH值會(huì)使官能團(tuán)質(zhì)子化或去質(zhì)子化，使酶活力喪失。洗滌劑和非極性溶劑能夠改變蛋白質(zhì)的結(jié)合和相互作用，進(jìn)而引發(fā)變性。在大多情況下，變性是一個(gè)不可逆過程。(4)酶的抑制作用許多物質(zhì)能夠與酶可逆結(jié)合而改變其活力。眾所周知，能降低酶活力的是抑制劑。1)抑制劑不同抑制劑的作用機(jī)理不同。一些酶抑制劑結(jié)構(gòu)與酶相似，與酶不反應(yīng)或反應(yīng)很慢。這些類型的抑制劑可分為兩類：①競爭性抑制劑這類抑制劑能競相爭奪酶分子上的活性結(jié)合位點(diǎn)，并且降低用于結(jié)合底物的游離酶濃度。當(dāng)?shù)孜餄舛壬�高，也就是游離酶抑制劑所占比例下降，會(huì)引發(fā)抑制活動(dòng)的下降。這種抑制劑通常和底物與酶的特殊活性位點(diǎn)結(jié)合類似。然而，它和酶與底物結(jié)合大不同，它不發(fā)生反應(yīng)。②非競爭性抑制劑非競爭性抑制劑能夠改變酶分子上的活性位點(diǎn)，使酶喪失催化活性。非競爭性抑制劑和底物不一樣，提高底物濃度并不能使抑制劑活性降低。2)變性假如一種抑制劑與酶不可逆結(jié)合，稱之為滅活劑/變性劑。

　　2.5酶抑制劑在原皮保藏和皮革加工中的應(yīng)用

　　浴液中鹽和其他化學(xué)品的使用會(huì)干擾酶的活性，因此應(yīng)在工業(yè)過程中避免此類損失。表3展示了不同化學(xué)品對酶活性的影響，由Dettmer等報(bào)導(dǎo)。硫酸鈉和表面活性劑對部分酶產(chǎn)生抑制作用。EDTA、脂肪醇、純堿和氫氧化鈣對酶的活性的影響沒有太大的差異。Dettmer等研究表明，皮革生產(chǎn)過程中傳統(tǒng)脫毛與酶脫毛過程相比，酶脫毛技術(shù)是降低生產(chǎn)污水污染負(fù)荷的理想選擇。酶解過程能夠降低COD、BOD、氮和硫化物的水平并且能夠大幅度的縮短加工時(shí)間，從之前的20h縮短到6h，但要準(zhǔn)確把握酶脫毛的時(shí)間，避免對皮革造成損害。一些學(xué)者指出酶脫毛工藝能獲得與傳統(tǒng)脫毛工藝品質(zhì)相同的皮革。這兩個(gè)工藝的皮革產(chǎn)品的抗張強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度、鉻含量與收縮溫度都基本相同。Dettmer等通過定量測定去除纖維間質(zhì)來評估酶脫毛過程中酶的效率，此外，通過測定廢水中羥脯氨酸的含量評估酶對膠原蛋白的破壞作用。有人發(fā)現(xiàn)在脫毛過程中酶殘余的活性可回收再利用。

　　3結(jié)論和展望

　　在清潔技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用方面皮革加工仍面臨著挑戰(zhàn)。從商業(yè)途徑獲得的和新近分離出來的酶的特性都很重要，由于這些特性闡明了酶的性質(zhì)，可用于未來的學(xué)術(shù)研究和工業(yè)應(yīng)用。通過抑制劑、最適pH值和溫度對酶活性的影響的相關(guān)專業(yè)知識的應(yīng)用，得到的數(shù)據(jù)能夠提升原料皮和皮革加工過程對酶的利用。通過分析廢水中COD、BOD、氮和硫化物的含量，證實(shí)了酶用于脫毛過程大幅度降低了廢水的污染負(fù)荷。酶促過程有助于縮短加工時(shí)間，從之前的20h縮短到6h，但是時(shí)間控制不當(dāng)會(huì)對皮革造成損害。酶對皮革粒面和纖維間質(zhì)的作用效果可通過測定纖維間質(zhì)、羥脯氨酸含量和測試皮革的抗張強(qiáng)度來評估�？傊�，酶在原皮保藏和皮革加工中的應(yīng)用能是一項(xiàng)非常有前途的技術(shù)，能夠把對環(huán)境的影響降到最低，且能提高化學(xué)產(chǎn)品的利用率。

轉(zhuǎn)載請注明來自發(fā)表學(xué)術(shù)論文網(wǎng)：http:///jjlw/12240.html