生物催化得到了绿灯

受到1990年代经典科幻形象和未来的音乐视频,我们中的许多人往往有大技术见解将来会是什么样子的。从喷气包到悬浮汽车和self-tying运动鞋,这些经常集中在奇妙的想象世界。但有一个奇妙的创新很少得到的那部分:酶技术的发展。

当然,这些麻烦的蛋白质并不幻想的乌托邦(没有人消瘦的一集摩登家族的在重组的家庭表示thermo-stable限制内切酶吗大肠杆菌细胞)。这并不是像他们最近的发现。使用了数千年,著名研究19世纪法国科学家路易·巴斯德和Anselme Payen,酶是现在也理解为生化学科,和目前正在人为进化速度比自然。

不过,它现在明显没有未来值得self-shaking盐可能是不完整的正确的使用这些生物催化剂。所以你可能会正确地问,为什么这些酶技术将成为这种现象呢?如果你是一个失败的可持续的化学家,答案可能会让你非常嫉妒,如果你别介意我这么说。

绿色的打

的"绿色化学是利用一组原则,减少或消除有害物质的使用或生成的设计、制造和应用化学产品的完美总结了绿色化学的实践。

这并不足为奇,因为它写的非常人定义:保罗Anastas和约翰·华纳,美国环境保护署和波士顿马萨诸塞大学,分别。写他们的开创性工作绿色化学:理论与实践在1990年代末,两人远远领先于他们的环境肆意次提出替代原料和生物合成替代不可持续的化学过程。

如今,这种关注连续化学似乎完全拟合。联合国17与可持续性等标志性建筑可持续发展的目标,欧盟承诺让每一块大陆上的塑料可回收到2030年,甚至像星巴克和科斯塔保证加药(因此重用)客户免费瓶装水,可再生资源之争和过程似乎已经变成主流。因此,这些提案,概述了在12个原则对于任何环保意识的化学家,不仅比以往更相关,但是可以作为指导方针,绿色未来的化工行业现在需要争取。

这是更重要的,当酶的不可持续的同时代人,意味着获得他们。例如,采矿是一个特别肮脏的生意。但直到最近,我们意识到是多么危害环境的挖掘如此规模的地球。使用金属催化剂如钯、铂和铑是大企业,挖掘是现在世界上最大的固体废物生产活动。高达99%的铁矿石这连绵起伏变得浪费¹造成危险的沉降和破坏栖息地。

未来的绿色催化剂,酶和biocatalytic反应如何适应这12个诫命?借用一个著名的短语,他们适合像钥匙和锁机制。^2、3

绿色化学的十二原则

1。防止浪费✔
生物催化可以允许更可持续路线生成化学物质,减少浪费

2。减少原子经济✔
再次,生物催化作用往往使更有效的合成路线

3所示。使用更少的有害化学合成✔
酶是由生物体产生的,大多数的酶处理毒性较低,一般认为是安全的(肝)

4所示。设计更安全的化学物质N /一个
专注于产品而不是过程,这一点并不是与生物催化作用有关

5。使用更安全的溶剂和助剂✔
生物催化是在水或低毒的有机溶剂

6。设计对能源效率✔
作为生物催化作用通常发生在生物体,反应温度通常略高于室温

7所示。使用可再生原料✔
因为它们是来自生物,通常一批文化吃糖,生物催化剂再生

8。减少衍生品✔
酶的高部位——和chemo-selectivity经常删除任何需要保护的群体

9。使用催化✔
什么是说在催化上锡吗

10。设计退化N /一个
再一次,这一原则主要关注产品,应该注意的是,虽然酶本身是完全可生物降解的

11。执行实时分析的污染✔
适用于biocatalytic流程

12。促进安全的化学事故预防✔
因为它经常发生在人体,生物催化一般没有爆炸的风险

10的12并不坏。并考虑到其余两个原则不相关的,因为他们与化学反应的产品而不是流程设计,生物催化真的是一个绿色和可持续技术。

酶增强

它不容易被绿色。有时甚至最精力充沛的酶需要帮助来提高他们的活动。野生型酶进化自然基质内活跃和条件。当涉及到工业过程,包括那些参与生产医药原料,高底物浓度和温度变量通常可以证明不适合这样的催化剂。这可能导致选择性低、活动,因此低收益率。

为解决这个问题,一些技术可以实现,包括蛋白质工程、定向进化,新创流技术的设计和使用。但最有趣的方法之一,增加酶的活动是一个较少涉及:酶固定。

一家公司开创性的这种方法,Zymtronix——在美国康奈尔大学的生物催化公司——使用高磁性材料提供一个独特的酶截留的方法。在三个独立的运营水平,该公司独特的磁性纳米颗粒首先围绕业绩不佳的酶,能够保护它免受退化。接下来,大(但仍微观)运营商集团磁酶在一起,这意味着酶可以回收和重用,从而最大化的活动。

“绿色化学没有比使用高效环保enzyme-based过程,“Stephane Corgie说Zymtronix的创始人兼首席执行官。”毕竟,它使用来自自然界的物质进化加速化学反应。化工的完全接受绿色化学和生物催化,是至关重要的,我们可以展示它的优点在速度和成本,因为许多生物催化剂是更快和更有选择性比任何替代品。

到野外绿色那边

越来越大的压力来自国际机构和客户、开拓公司和可持续发展的时代精神,化工行业将会看到一些彻底的改变在未来十年。这是一种有毒的和稀有元素,可再生酶。和推动绿色化学不仅有利于地球,但经济。由于生物燃料和食品和饮料行业的兴起,分析师预计全球生物催化市场以每年6.39%的速度增长期间2017 - 2021。⁴

所以没有借口!没有更容易和更快的是绿色的。