酶的发展趋势与展望

1应用现代分析检测手段进一步研究酶作用的机理涉及酶脱毛机理的研究尽管已有八十多年的历史,所建立的相关理论对酶在制革中的应用起到了一定的指导作用。但受科学技术水平和分析检测手段等诸多因素的限制,迄今对浸水、浸灰和酶软化等准备过程中,酶是以何种方式渗入酶促降解体系、其降解产物又是如何渗出的尚缺乏认识,对其传质规律及传质速率缺乏的定量描述;同时对作用体系的ｐＨ、其它助剂及浓度对蛋白质构象和构型的影响、体系中酶促反应及本征动力学关系;多酶体系的协同作用关系等诸多问题也缺乏充分的认识。所以酶在制革过程的巨大潜力尚未充分发挥。
    1.1应用现代分析检测技术加强准备工段酶作用机理的研究采用现代分析检测手段与方法对酶在浸水、脱毛、浸灰和软化等过程的作用规律的认识与了解,是研究开发以酶为核心的现代生物制革技术的基础。应开展的研究工作包括:采用膜分离技术、亲和色谱分离、电泳等分离技术进行细分级得到了高纯度的结晶酶、胶原和非胶原底物;利用酶的示踪技术研究酶在皮表面的吸附特性,建立吸附平衡、吸附动力学关系、了解传质规律和建立定量的描述关系式;用扫描电镜(ＳＥＭ)和原子力显微镜(ＡＦＭ)研究处理前后形态学变化特征;应用多维15Ｎ,13Ｃ,2Ｈ标记核磁共振技术测定酶、蛋白质在模拟环境中的三维构象,并利用大分子的驰豫时间,研究其动力学关系,应用热动力学法研究在特殊环境中酶与非纤维状蛋白质的酶促反应动力学,建立多底物的酶促反应本征动力学,建立相应的数学模型;采用非平衡态统计物理学方法探讨求解本征方程的近似解,利用热动力学获得的热力学和动力学信息验证其近似解。这些工作将促进更深入地了解、认识酶在制革过程的作用机理,推动酶制剂在制革工业中广泛应用。
    1.2建立规范、准确的分析检测体系
    制革原料的多样性和非均匀性、作用体系的多相性、作用环境的极端性等,给准确地描述酶活力与作用对象的关系,酶种选择、酶的用量和各种酶的配伍等的研究与开发造成了许多难以逾越的障碍,妨碍了酶在制革工业中的广泛应用。Ｙａｔｅｓ等的研究工作已证明以酪蛋白为底物表征的蛋白酶活力可以预测蛋白酶的脱毛能力[10]。但浸水、浸灰和软化等其作用对象和目的及作用环境有所不同,许多公开的酶活力分析方法不能真实的表征模拟状态下酶作用的强弱,难以作为监控使用过程的标准。,近年来,以蛋白酶、脂肪酶为基础的复合型制革酶助剂的兴起,给酶活力及酶的作用效果的评估提出了更高的要求。所以,建立规范、准确的分析检测方法与标准急在眉捷。笔者认为这方面的主要工作应包括:1)以蓝皮粉(ＨＰＡ)、蓝角蛋白(Ａｚｏ-ｋｅｒａｔｉｎ)、偶白蛋白(Ａｚｏ-ａｌｂｕｍｉｎ)和弹性蛋白红(ｅｌａｓｔｉｎｒｅｄ)等底物为基础,根据浸水、脱毛、浸灰和软化的目的和作用对象,分别研究开发特定对象的快速分析检测方法,并研究表面活性剂等其它助剂及浓度对其精度、准确性的影响,从而建立复合型制革生物助剂分析检测、评估技术。2)应用多糖、蛋白质等的预处理和分离及ＨＬＰＣ、紫外、红外光谱检测技术开发检测预处理液中拟除去组分变化的分析技术,从而改善制革酶制剂的筛选方法,合理地控制使用过程,并为研究酶在制革中作用的机理,新型生物制革助剂的设计提供可靠准确的分析检测评估方法。3)开发应用生物传感器的在线检测技术。
    2.采用现代生物技术开发生物制革助剂系列产品
    2.1用遗传工程手段选育制革专用酶生产菌种制革原料因其产地、品种的原因而呈现多样性,因此准备工段的浸水、浸灰和软化等作用的对象和目的有所不同。应用遗传工程手段选育制革专用蛋白酶时,应着重选育胶原蛋白酶活力低或无胶原蛋白酶,内切肽酶活力高,能够分泌适量弹性蛋白酶的制革专用菌种。选育耐碱性强的纤维素酶、半纤维素酶、角蛋白酶、脂肪酶等新酶种生产菌株。
    2.2开发高效生产工艺与设备酶学和现代发酵代谢调控理论的研究结果表明,在酶制剂的发酵生产过程中,控制条件的变化可以改变酶代谢产物及产率;采用神经网络等控制技术控制间歇补料等发酵工艺条件,能够提高蛋白酶、脂肪酶等的活力;应用膜分离等现代分离技术生产高质量的酶制剂是解决当前制革用酶制剂质量不稳定的有效方法。应用固体发酵技术可以为制革工业提供酶活力高、酶系合理的专用酶制剂。所以开发高效、智能化的固态生物反应器及固体发酵技术是今后发展的方向之一。