近10年內(nèi)全球化學品產(chǎn)量增加了4倍，生物催化劑的使用卻讓污染物的排放量減少了20%,。環(huán)境重壓之下,，以綠色生物工藝改造傳統(tǒng)的化學加工業(yè)，就如同“數(shù)碼技術”取代“膠片技術”一樣成為必然趨勢,。
遺憾的是,，我國至今還沒能建立起一套完整的以生物催化技術為核心的綠色工業(yè)體系。
“我國造紙,、紡織,、皮革、有機化工等領域,，仍然以化學加工為主,，普遍存在高能耗、高物耗,、高水耗等問題,，這些領域也是環(huán)境污染的重點源頭。”
在接受《中國科學報》記者采訪時,，中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所副所長,、工業(yè)酶國家工程實驗室主任馬延和表示，我國亟須研制一批具有重要應用價值的大宗工業(yè)酶制劑,，實現(xiàn)從結構解析,、分子改造到規(guī)模化表達制備的技術創(chuàng)新，加快促進傳統(tǒng)工藝的綠色轉型升級,。
革新傳統(tǒng)工藝
值得注意的是,，近十多年來，我國的經(jīng)濟發(fā)展迅速,，但資源和能源消耗卻是世界平均水平的2~3倍,，COD（化學需氧量）排放持續(xù)超高。
COD是在一定的條件下,，采用一定的強氧化劑處理水樣時,，所消耗的氧化劑量。它是表示水中還原性物質多少的一個指標,。水中的還原性物質有各種有機物,、亞硝酸鹽、硫化物,、亞鐵鹽等,，但主要是有機物。因此,，COD又往往作為衡量水中有機物質含量多少的指標,。COD越大，說明水體受有機物的污染越嚴重,。據(jù)統(tǒng)計,，我國輕紡和化學品制造的整體COD排放占全國總排放的60%，其中造紙占30%,、紡織占10%、制革占5%,。
然而眼前的現(xiàn)實是,，由于造紙、紡織等上述工業(yè)領域為我國貢獻了7萬億以上的GDP,，約占全部GDP的18%,，即使這些領域污染排放量大，我國也不可能簡單地將其關閉或轉移,。
在馬延和看來,，我國工業(yè)領域急需采取更多的綠色技術與工藝來提升產(chǎn)業(yè)水平，大幅度節(jié)能減排,。而工業(yè)酶在輕紡與化工等工業(yè)過程中的應用,，可大大降低化學品的用量，降低水耗,、物耗,，節(jié)能減排效果顯著。
例如，在造紙紙漿處理中,，木聚糖酶的應用可以減少后續(xù)漂白段25%~35%的用氯量,，減少漂白廢水總有機氯約30%；在紡織領域,，果膠酶,、脂肪酶、蛋白酶等生物酶精煉與傳統(tǒng)堿精煉相比,，COD排放降低近98%,，能耗降低40%。
從世界范圍來看,，工業(yè)酶在傳統(tǒng)輕工行業(yè),、化學品制造、生物煉制等領域的應用也在明顯加快,，特別是植物纖維加工用酶,，如半纖維素酶、果膠酶等在棉布加工,、紙漿漂白,、廢紙脫墨等方面有了較大發(fā)展。
馬延和表示,，這些工業(yè)酶制劑的應用正在推動傳統(tǒng)紡織,、造紙等行業(yè)工藝路線的革新，實現(xiàn)能耗,、廢棄物排放以及物耗水平的大幅降低,。
開發(fā)新型酶技術
在馬延和看來，近年來,，工業(yè)酶相關基礎技術的研究進展十分明顯,。例如，新基因,、新酶的挖掘和相關高通量篩選,、高通量應用性能評估技術；酶的分子改造特別是理性設計和非理性設計的結合等,。另外,，酶的化學修飾和固定化也是工業(yè)酶研發(fā)的一個非常活躍的領域,。
由于工業(yè)酶潛在的商業(yè)價值,，歐美還涌現(xiàn)出一批學術型創(chuàng)新公司，這些公司的技術水平幾乎與世界頂尖實驗室同步,，而且技術更商用,、更細致,、更規(guī)范。
可是反觀我國,，工業(yè)酶制劑依然存在性能差,、成本高、應用難等核心技術問題,，與國外先進水平存在較大差距,。
不過，值得一提的是,，我國在酶的資源和改造,、酶的部分應用領域的技術水平和發(fā)展勢頭上，依然具有良好的基礎條件,。
據(jù)馬延和介紹,，我國已經(jīng)成功地從極端環(huán)境篩選到了大量的具有優(yōu)良性質的工業(yè)用酶，包括木聚糖酶,、漆酶,、果膠酶、蛋白酶,、過氧化氫酶等,，基于基因組序列數(shù)據(jù)庫發(fā)現(xiàn)新酶的數(shù)據(jù)挖掘技術也得到了較大的進展。
與此同時,，我國學術界還能夠迅速采用國際上主要的先進技術,，如定向進化技術和迭代組合突變技術等，并發(fā)展了若干具有國際水平的原創(chuàng)技術,，如細菌自裂解篩選技術以及通過體外分子進化技術獲得耐高溫β-葡萄糖苷酸酶,、木聚糖酶、高活性的α-淀粉酶等,。
作為我國工業(yè)酶制劑研發(fā)的領軍人物之一,，馬延和表示，我國目前正在從化學工業(yè)過程轉型升級對工業(yè)酶的需求出發(fā),，積極開展化工、紡織,、造紙,、制革、制膠,、有機合成等領域的重大工業(yè)用酶研制及其工程化應用研究,。
研究的重點主要包括：工業(yè)酶結構功能解析與分子設計改造、蛋白質高效表達系統(tǒng)構建和規(guī)?；l(fā)酵,、酶分子修飾,，以及酶制劑的復配等關鍵技術；研制木聚糖酶,、果膠酶,、過氧化氫酶、蛋白酶,、脂肪酶等新型酶制劑,，提高酶蛋白的工業(yè)適應性，降低成本,。
