酶工程在宁夏轻工业的应用前景

皇甫瑞涛　焦育荣

【摘 要】轻工业在宁夏工业中占比较低，“十三五”规划对宁夏轻工业未来的发展提出了更高的要求。目前宁夏积极承接东部产业转移，纺织业发展迅猛，生物发酵及制药产业形成集群，造纸业也颇具规模，但同时也面临着市场竞争激烈，生产成本上涨，技术创新缺乏，环保压力增加等问题。酶工程作为工业中重要的技术手段，经过几十年的蓬勃发展已经成为生物技术领域的前沿产业，有着广泛的应用。本文旨在根据酶工程在国内外的研究和应用现状对其在宁夏轻工业未来发展中的作用做前景分析。

【关键词】酶工程；轻工业；造纸；纺织；发酵；宁夏

1 酶及酶工程简介

酶是指具有生物催化功能的高分子物质，大多数由蛋白质组成（少数为RNA），能在机体中温和的条件下，高效率地催化各种生物化学反应，促进生物体的新陈代谢。酶工程就是将酶或者细胞、细胞器等在一定的生物反应装置中，利用酶所具有的生物催化功能，借助工程手段生产人类需要的产品或服务于其它目的的一门应用技术。酶工程的应用，主要集中于食品工业，轻工业以及医药工业中。

与无机催化剂相比较，酶有很高的催化效率，在温和条件下（室温、常压、中性）极为有效，其催化效率为一般非生物催化剂的109至1012倍。酶催化剂选择性（又称作用专一性）极高，即一种酶通常只能催化一种或一类反应，而且只能催化一种或一类反应物（又称底物）的转化，包括立体化学构造上的选择性。由于大多数酶是蛋白质，因而会被高温、强酸、强碱等破坏，在使用条件上比无机催化剂要严苛。

2 宁夏轻工业发展概况

宁夏的工业主要以煤炭、冶金、建材、机电等重工业为主，轻重比约15：85，近年来，随着国家供给侧结构性改革要求的提出，宁夏大力发展轻工业及第三产业。2016年，全区第三产业比重为45.6%，比上年同期上升1.2个百分点，轻工业占规模以上工业增加值的比重为19.3%，比上年同期提高1.4个百分点，高耗能工业比重从2015年末的52.6%下降至51.6%。在宁夏“十三五”规划中，设定了到2020年，轻工业年均增长超过15%，轻重工业比达到25：75的目标。目前，宁夏围绕羊绒纺织、棉纺织、亚麻纺织和化纤四大产业，大力发展现代纺织产业示范园、银川高新技术开发区（灵武羊绒产业园）、吴忠利通毛纺织园区、石嘴山高新技术产业开发区等纺织园区，同时在造纸、生物发酵产业方面也加大特色专业园区建设，计划到2020年，现代纺织总产值突破600亿元，增加值150亿元，生物医药产业产值超过100亿元，实现增加值35亿元。

3 酶在轻工业的应用

酶在轻工业领域应用范围十分广泛，如纺织、造纸、发酵、制革、毛皮洗涤剂、食品加工、医药、天然橡胶等领域，现就宁夏规模较大的纺织、造纸和发酵行业详细论述。

3.1 酶在纺织行业的应用

宁夏纺织行业主要以羊绒纺织和棉纺织为主，其中羊绒纤维去皮、染色、纱线处理等环节均可应用酶工程技术。羊绒是具有高价值的动物纤维，俗称软黄金，加工后的无毛绒价格约50万元/吨，品质较好原绒是通过抓绒取得的，其中含粗毛、沙土、皮屑、汗脂等杂质，虽然通过洗毛分梳等工序后可以去除大部分杂质，但皮屑不易被清除，后续染色时会在产品中留有深色皮肤点，严重影响产品外观。利用角质酶和胃蛋白酶在低温弱酸性环境下可较为有效地去皮屑杂质而不损伤羊绒纤维，国内已有科研机构进行相关研究[1]。通过利用角蛋白酶和蛋白酶协同作用，还可以提髙羊绒纤维表面鳞片去除效果，使得纤维毡化几率大大降低。

在印染加工方面，目前使用较多的酶制剂主要是纤维素酶、蛋白酶、淀粉酶、果胶酶、脂肪酶、过氧化酶、漆酶、葡萄糖氧化酶八类。在退浆工艺中利用淀粉酶的选择性反应，可使用作挂浆的淀粉大分子分解，完全退浆，同时又不损伤主要成分是纤维素的织物；在煮练工艺中使用碱性果胶酶、纤维素酶和脂肪酶等，可去除果胶质、纤维表面的棉籽壳及蜡质，远优于碱煮效率；在棉织物经双氧水漂白后，利用过氧化氢酶进行脱氧，可将练漂后布面所残留的双氧水去除，减少对后道染色工序的影响。织物后整理环节，棉织物经过纤维素酶整理后，可大幅改善手感和外观，如在传统的牛仔布石洗过程中，应用纤维素酶结合浮石打磨处理使牛仔布的色彩变淡就可以达到良好的效果，在外观、价格、处理时间及固体残留等方面都有较大优势。

3.2 酶在造纸行业的应用

宁夏造纸及包装行业近年发展势头较好，但是造纸工业对于环境的污染也很显著，主要是污水排放总量及排放污水中化学耗氧量较高，现已成为我国污染环境的主要行业之一。造纸工业的污染主要包括制浆和抄纸两个过程中的污染，传统化学制浆过程中的黑液是整个造纸生产过程中污染最为严重的废水，黑液COD一般在30000mg/L至150000mg/L，漂白过程每吨浆耗水约100m3，废水的COD一般在200mg/L至1000mg/L。一般的化学法制浆，不但要用到各种化学药品，而且成本高、能耗大。漆酶是一种含铜的多酚氧化酶，广泛分布于自然界，通过酶法制浆，使用漆酶（下转第180页）（上接第164页）降解木素，方法简单，对环境也无污染。使用漆酶在蒸煮前木素原料进行预处理，把原料降解成低分子质量木素，在增加了木素的溶出和被抽提的能力的同时还降低了纸浆的Kappa值，提高纸浆的白度和强度。有研究表明，在20～90℃，pH值2～10条件下用漆酶对原料中的木素进行改性预处理，结果磨浆能耗明显降低，每吨浆能耗从1300kW·h降到850kW·h，节省动力约30%，且机械浆的物理性能得到改善，纸浆质量达到化学热磨机械浆的水平[2]。

3.3 酶在发酵行业的应用

发酵行业作为宁夏五大支柱产业之一在工业总量中占比较大，主要生产味精及四环素、红霉素等。在谷氨酸生产过程中，传统方法是以酸水解淀粉为原料进行水解，而同时使用淀粉酶和糖化酶双酶法糖化相较于酸法制糖得到的糖液质量更高，粉糖转化率也比酸糖法高3%以上，同时还可以使用质量较差的淀粉原料节约成本。在抗生素生产方面，β-内酰胺抗生素由于具有良好的抗菌效力，较低的毒副作用，在临床上广泛应用，全世界耗用量已过万吨，通过酶法生产应用于β-内酰胺抗生素合成，产品所含杂质极少，不僅可减少反应步骤，而且还可减少废弃物的产生，降低生产成本。

4 小结

按照宁夏“十三五”规划，在可预见的未来，宁夏轻工业必将获得巨大的发展，在工业中占比也会进一步提高，广泛应用于轻工业的酶工程在宁夏也将迎来高速的发展。然而国内酶工程产业虽然发展较快，但与发达国家水平仍有较大差距，技术研究与开发滞后，科研技术转化能力不强，酶制剂生产成本高、活性低等现状依然存在，一定程度上会制约酶工程技术在宁夏的应用。因此，应当在政策上给予酶工程轻工业领域应用项目的扶持，激励企业、科研机构创新研发，同时做好酶工程专业人才培养，加大酶工程应用推广力度，助力其在宁夏轻工业发展中担任更为重要的角色。

【参考文献】

[1]陈晓盟，王树根，薛晨.采用生物酶法去除山羊绒肤皮屑.纺织学报，2013（9）：21-26.

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