酶工程在寧夏輕工業的應用前景

皇甫瑞濤　焦育榮

【摘 要】輕工業在寧夏工業中占比較低，“十三五”規劃對寧夏輕工業未來的發展提出了更高的要求。目前寧夏積極承接東部產業轉移，紡織業發展迅猛，生物發酵及制藥產業形成集群，造紙業也頗具規模，但同時也面臨著市場競爭激烈，生產成本上漲，技術創新缺乏，環保壓力增加等問題。酶工程作為工業中重要的技術手段，經過幾十年的蓬勃發展已經成為生物技術領域的前沿產業，有著廣泛的應用。本文旨在根據酶工程在國內外的研究和應用現狀對其在寧夏輕工業未來發展中的作用做前景分析。

【關鍵詞】酶工程；輕工業；造紙；紡織；發酵；寧夏

1 酶及酶工程簡介

酶是指具有生物催化功能的高分子物質，大多數由蛋白質組成（少數為RNA），能在機體中溫和的條件下，高效率地催化各種生物化學反應，促進生物體的新陳代謝。酶工程就是將酶或者細胞、細胞器等在一定的生物反應裝置中，利用酶所具有的生物催化功能，借助工程手段生產人類需要的產品或服務于其它目的的一門應用技術。酶工程的應用，主要集中于食品工業，輕工業以及醫藥工業中。

與無機催化劑相比較，酶有很高的催化效率，在溫和條件下（室溫、常壓、中性）極為有效，其催化效率為一般非生物催化劑的109至1012倍。酶催化劑選擇性（又稱作用專一性）極高，即一種酶通常只能催化一種或一類反應，而且只能催化一種或一類反應物（又稱底物）的轉化，包括立體化學構造上的選擇性。由于大多數酶是蛋白質，因而會被高溫、強酸、強堿等破壞，在使用條件上比無機催化劑要嚴苛。

2 寧夏輕工業發展概況

寧夏的工業主要以煤炭、冶金、建材、機電等重工業為主，輕重比約15：85，近年來，隨著國家供給側結構性改革要求的提出，寧夏大力發展輕工業及第三產業。2016年，全區第三產業比重為45.6%，比上年同期上升1.2個百分點，輕工業占規模以上工業增加值的比重為19.3%，比上年同期提高1.4個百分點，高耗能工業比重從2015年末的52.6%下降至51.6%。在寧夏“十三五”規劃中，設定了到2020年，輕工業年均增長超過15%，輕重工業比達到25：75的目標。目前，寧夏圍繞羊絨紡織、棉紡織、亞麻紡織和化纖四大產業，大力發展現代紡織產業示范園、銀川高新技術開發區（靈武羊絨產業園）、吳忠利通毛紡織園區、石嘴山高新技術產業開發區等紡織園區，同時在造紙、生物發酵產業方面也加大特色專業園區建設，計劃到2020年，現代紡織總產值突破600億元，增加值150億元，生物醫藥產業產值超過100億元，實現增加值35億元。

3 酶在輕工業的應用

酶在輕工業領域應用范圍十分廣泛，如紡織、造紙、發酵、制革、毛皮洗滌劑、食品加工、醫藥、天然橡膠等領域，現就寧夏規模較大的紡織、造紙和發酵行業詳細論述。

3.1 酶在紡織行業的應用

寧夏紡織行業主要以羊絨紡織和棉紡織為主，其中羊絨纖維去皮、染色、紗線處理等環節均可應用酶工程技術。羊絨是具有高價值的動物纖維，俗稱軟黃金，加工后的無毛絨價格約50萬元/噸，品質較好原絨是通過抓絨取得的，其中含粗毛、沙土、皮屑、汗脂等雜質，雖然通過洗毛分梳等工序后可以去除大部分雜質，但皮屑不易被清除，后續染色時會在產品中留有深色皮膚點，嚴重影響產品外觀。利用角質酶和胃蛋白酶在低溫弱酸性環境下可較為有效地去皮屑雜質而不損傷羊絨纖維，國內已有科研機構進行相關研究[1]。通過利用角蛋白酶和蛋白酶協同作用，還可以提髙羊絨纖維表面鱗片去除效果，使得纖維氈化幾率大大降低。

在印染加工方面，目前使用較多的酶制劑主要是纖維素酶、蛋白酶、淀粉酶、果膠酶、脂肪酶、過氧化酶、漆酶、葡萄糖氧化酶八類。在退漿工藝中利用淀粉酶的選擇性反應，可使用作掛漿的淀粉大分子分解，完全退漿，同時又不損傷主要成分是纖維素的織物；在煮練工藝中使用堿性果膠酶、纖維素酶和脂肪酶等，可去除果膠質、纖維表面的棉籽殼及蠟質，遠優于堿煮效率；在棉織物經雙氧水漂白后，利用過氧化氫酶進行脫氧，可將練漂后布面所殘留的雙氧水去除，減少對后道染色工序的影響。織物后整理環節，棉織物經過纖維素酶整理后，可大幅改善手感和外觀，如在傳統的牛仔布石洗過程中，應用纖維素酶結合浮石打磨處理使牛仔布的色彩變淡就可以達到良好的效果，在外觀、價格、處理時間及固體殘留等方面都有較大優勢。

3.2 酶在造紙行業的應用

寧夏造紙及包裝行業近年發展勢頭較好，但是造紙工業對于環境的污染也很顯著，主要是污水排放總量及排放污水中化學耗氧量較高，現已成為我國污染環境的主要行業之一。造紙工業的污染主要包括制漿和抄紙兩個過程中的污染，傳統化學制漿過程中的黑液是整個造紙生產過程中污染最為嚴重的廢水，黑液COD一般在30000mg/L至150000mg/L，漂白過程每噸漿耗水約100m3，廢水的COD一般在200mg/L至1000mg/L。一般的化學法制漿，不但要用到各種化學藥品，而且成本高、能耗大。漆酶是一種含銅的多酚氧化酶，廣泛分布于自然界，通過酶法制漿，使用漆酶（下轉第180頁）（上接第164頁）降解木素，方法簡單，對環境也無污染。使用漆酶在蒸煮前木素原料進行預處理，把原料降解成低分子質量木素，在增加了木素的溶出和被抽提的能力的同時還降低了紙漿的Kappa值，提高紙漿的白度和強度。有研究表明，在20～90℃，pH值2～10條件下用漆酶對原料中的木素進行改性預處理，結果磨漿能耗明顯降低，每噸漿能耗從1300kW·h降到850kW·h，節省動力約30%，且機械漿的物理性能得到改善，紙漿質量達到化學熱磨機械漿的水平[2]。

3.3 酶在發酵行業的應用

發酵行業作為寧夏五大支柱產業之一在工業總量中占比較大，主要生產味精及四環素、紅霉素等。在谷氨酸生產過程中，傳統方法是以酸水解淀粉為原料進行水解，而同時使用淀粉酶和糖化酶雙酶法糖化相較于酸法制糖得到的糖液質量更高，粉糖轉化率也比酸糖法高3%以上，同時還可以使用質量較差的淀粉原料節約成本。在抗生素生產方面，β-內酰胺抗生素由于具有良好的抗菌效力，較低的毒副作用，在臨床上廣泛應用，全世界耗用量已過萬噸，通過酶法生產應用于β-內酰胺抗生素合成，產品所含雜質極少，不僅可減少反應步驟，而且還可減少廢棄物的產生，降低生產成本。

4 小結

按照寧夏“十三五”規劃，在可預見的未來，寧夏輕工業必將獲得巨大的發展，在工業中占比也會進一步提高，廣泛應用于輕工業的酶工程在寧夏也將迎來高速的發展。然而國內酶工程產業雖然發展較快，但與發達國家水平仍有較大差距，技術研究與開發滯后，科研技術轉化能力不強，酶制劑生產成本高、活性低等現狀依然存在，一定程度上會制約酶工程技術在寧夏的應用。因此，應當在政策上給予酶工程輕工業領域應用項目的扶持，激勵企業、科研機構創新研發，同時做好酶工程專業人才培養，加大酶工程應用推廣力度，助力其在寧夏輕工業發展中擔任更為重要的角色。

【參考文獻】

[1]陳曉盟，王樹根，薛晨.采用生物酶法去除山羊絨膚皮屑.紡織學報，2013（9）：21-26.

[2]Jujop.Enzymes are breaking into paper[J].Pulp and Paper Int.，1991，33（9）：81.endprint