皇甫瑞濤　焦育榮

【摘 要】輕工業(yè)在寧夏工業(yè)中占比較低，“十三五”規(guī)劃對寧夏輕工業(yè)未來的發(fā)展提出了更高的要求。目前寧夏積極承接東部產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，紡織業(yè)發(fā)展迅猛，生物發(fā)酵及制藥產(chǎn)業(yè)形成集群，造紙業(yè)也頗具規(guī)模，但同時也面臨著市場競爭激烈，生產(chǎn)成本上漲，技術(shù)創(chuàng)新缺乏，環(huán)保壓力增加等問題。酶工程作為工業(yè)中重要的技術(shù)手段，經(jīng)過幾十年的蓬勃發(fā)展已經(jīng)成為生物技術(shù)領(lǐng)域的前沿產(chǎn)業(yè)，有著廣泛的應(yīng)用。本文旨在根據(jù)酶工程在國內(nèi)外的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀對其在寧夏輕工業(yè)未來發(fā)展中的作用做前景分析。

【關(guān)鍵詞】酶工程；輕工業(yè)；造紙；紡織；發(fā)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(zhì)，大多數(shù)由蛋白質(zhì)組成（少數(shù)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(yīng)，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(yīng)裝置中，利用酶所具有的生物催化功能，借助工程手段生產(chǎn)人類需要的產(chǎn)品或服務(wù)于其它目的的一門應(yīng)用技術(shù)。酶工程的應(yīng)用，主要集中于食品工業(yè)，輕工業(yè)以及醫(yī)藥工業(yè)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(yīng)，而且只能催化一種或一類反應(yīng)物（又稱底物）的轉(zhuǎn)化，包括立體化學構(gòu)造上的選擇性。由于大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，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(yè)發(fā)展概況

寧夏的工業(yè)主要以煤炭、冶金、建材、機電等重工業(yè)為主，輕重比約15：85，近年來，隨著國家供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革要求的提出，寧夏大力發(fā)展輕工業(yè)及第三產(chǎn)業(yè)。2016年，全區(qū)第三產(chǎn)業(yè)比重為45.6%，比上年同期上升1.2個百分點，輕工業(yè)占規(guī)模以上工業(yè)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(yè)比重從2015年末的52.6%下降至51.6%。在寧夏“十三五”規(guī)劃中，設(shè)定了到2020年，輕工業(yè)年均增長超過15%，輕重工業(yè)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(chǎn)業(yè)，大力發(fā)展現(xiàn)代紡織產(chǎn)業(yè)示范園、銀川高新技術(shù)開發(fā)區(qū)（靈武羊絨產(chǎn)業(yè)園）、吳忠利通毛紡織園區(qū)、石嘴山高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)等紡織園區(qū)，同時在造紙、生物發(fā)酵產(chǎn)業(yè)方面也加大特色專業(yè)園區(qū)建設(shè)，計劃到2020年，現(xiàn)代紡織總產(chǎn)值突破600億元，增加值150億元，生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值超過100億元，實現(xiàn)增加值35億元。

3 酶在輕工業(yè)的應(yīng)用

酶在輕工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用范圍十分廣泛，如紡織、造紙、發(fā)酵、制革、毛皮洗滌劑、食品加工、醫(yī)藥、天然橡膠等領(lǐng)域，現(xiàn)就寧夏規(guī)模較大的紡織、造紙和發(fā)酵行業(yè)詳細論述。

3.1 酶在紡織行業(yè)的應(yīng)用

寧夏紡織行業(yè)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(huán)節(jié)均可應(yīng)用酶工程技術(shù)。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(zhì)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(zhì)，雖然通過洗毛分梳等工序后可以去除大部分雜質(zhì)，但皮屑不易被清除，后續(xù)染色時會在產(chǎn)品中留有深色皮膚點，嚴重影響產(chǎn)品外觀。利用角質(zhì)酶和胃蛋白酶在低溫弱酸性環(huán)境下可較為有效地去皮屑雜質(zhì)而不損傷羊絨纖維，國內(nèi)已有科研機構(gòu)進行相關(guān)研究[1]。通過利用角蛋白酶和蛋白酶協(xié)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(yīng)，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(zhì)、纖維表面的棉籽殼及蠟質(zhì)，遠優(yōu)于堿煮效率；在棉織物經(jīng)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?？椢锖笳憝h(huán)節(jié)，棉織物經(jīng)過纖維素酶整理后，可大幅改善手感和外觀，如在傳統(tǒng)的牛仔布石洗過程中，應(yīng)用纖維素酶結(jié)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(yōu)勢。

3.2 酶在造紙行業(yè)的應(yīng)用

寧夏造紙及包裝行業(yè)近年發(fā)展勢頭較好，但是造紙工業(yè)對于環(huán)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(xiàn)已成為我國污染環(huán)境的主要行業(yè)之一。造紙工業(yè)的污染主要包括制漿和抄紙兩個過程中的污染，傳統(tǒng)化學制漿過程中的黑液是整個造紙生產(chǎn)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(zhuǎn)第180頁）（上接第164頁）降解木素，方法簡單，對環(huán)境也無污染。使用漆酶在蒸煮前木素原料進行預(yù)處理，把原料降解成低分子質(zhì)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(yù)處理，結(jié)果磨漿能耗明顯降低，每噸漿能耗從1300kW·h降到850kW·h，節(jié)省動力約30%，且機械漿的物理性能得到改善，紙漿質(zhì)量達到化學熱磨機械漿的水平[2]。

3.3 酶在發(fā)酵行業(yè)的應(yīng)用

發(fā)酵行業(yè)作為寧夏五大支柱產(chǎn)業(yè)之一在工業(yè)總量中占比較大，主要生產(chǎn)味精及四環(huán)素、紅霉素等。在谷氨酸生產(chǎn)過程中，傳統(tǒng)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(zhì)量更高，粉糖轉(zhuǎn)化率也比酸糖法高3%以上，同時還可以使用質(zhì)量較差的淀粉原料節(jié)約成本。在抗生素生產(chǎn)方面，β-內(nèi)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(yīng)用，全世界耗用量已過萬噸，通過酶法生產(chǎn)應(yīng)用于β-內(nèi)酰胺抗生素合成，產(chǎn)品所含雜質(zhì)極少，不僅可減少反應(yīng)步驟，而且還可減少廢棄物的產(chǎn)生，降低生產(chǎn)成本。

4 小結(jié)

按照寧夏“十三五”規(guī)劃，在可預(yù)見的未來，寧夏輕工業(yè)必將獲得巨大的發(fā)展，在工業(yè)中占比也會進一步提高，廣泛應(yīng)用于輕工業(yè)的酶工程在寧夏也將迎來高速的發(fā)展。然而國內(nèi)酶工程產(chǎn)業(yè)雖然發(fā)展較快，但與發(fā)達國家水平仍有較大差距，技術(shù)研究與開發(fā)滯后，科研技術(shù)轉(zhuǎn)化能力不強，酶制劑生產(chǎn)成本高、活性低等現(xiàn)狀依然存在，一定程度上會制約酶工程技術(shù)在寧夏的應(yīng)用。因此，應(yīng)當在政策上給予酶工程輕工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用項目的扶持，激勵企業(yè)、科研機構(gòu)創(chuàng)新研發(fā)，同時做好酶工程專業(yè)人才培養(yǎng)，加大酶工程應(yīng)用推廣力度，助力其在寧夏輕工業(yè)發(fā)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