生物催化得到批准

受经典科幻图像和20世纪90年代未来主义音乐视频的影响，我们中的许多人对未来可能是什么样子经常有宏大的技术想法。从喷气背包到悬浮汽车，再到自动捆绑的运动鞋，这些想象中的世界往往以梦幻为中心。但有一项了不起的创新却很少有人关注:酶技术的进化。

诚然，这些挑剔的蛋白质几乎不是幻想乌托邦的东西(没有人渴望一集摩登家族的该家族在重组中表达热稳定限制性内切酶大肠杆菌细胞)。而且它们也不是最近才发现的。酶已经使用了数千年，19世纪法国科学家路易斯·巴斯德和安塞尔姆·佩恩等人对酶进行了著名的研究，现在人们对酶的了解不亚于生物化学学科，而且人工进化的速度比自然进化的速度还要快。

尽管如此，现在很清楚的是，如果不正确使用这些生物催化剂，它的自摇盐就不可能有完整的未来。所以你可能会问，为什么这些酶技术会成为一种现象?如果你是一个失败的可持续化学家，这个答案可能会让你嫉妒得发绿，如果你能原谅这个双关语的话。

一打一打更绿

“绿色化学是在化学产品的设计、制造和应用过程中，运用一套原则来减少或消除有害物质的使用或产生”这句话完美地概括了绿色化学的实践。

这并不奇怪，因为它的作者正是定义它的人:美国环境保护局的保罗·阿纳斯塔斯和美国波士顿马萨诸塞大学的约翰·华纳。写下他们开创性的作品绿色化学:理论与实践上世纪90年代末，这两人在提出替代原料和生物合成来替代不可持续的化学过程方面，远远领先于他们那个肆意破坏环境的时代。

如今，这种对连续化学的关注似乎再合适不过了。联合国制定了17个可持续发展目标，欧盟承诺到2030年使欧洲大陆上的每一块塑料都可回收，甚至像星巴克和Costa这样的公司也保证免费为顾客续瓶装水(从而重复使用)，争取可再生资源和工艺的斗争似乎已经成为主流。因此，对于任何具有环保意识的化学家来说，这些建议包含在12项原则中，不仅比以往任何时候都更有意义，而且可以帮助作为化学工业现在需要努力争取的绿色未来的指导方针。

当考虑到酶的不可持续的时代和获取它们的方法时，这一点就更加重要了。例如，采矿是一个特别肮脏的行业。但直到最近，我们才意识到如此大规模的开采对环境的破坏。钯、铂和铑等金属催化剂的使用是一项大生意，采矿现在是世界上最大的固体废物产生活动。它开采出的矿石中有高达99%变成了废料¹这会造成危险的沉积，破坏栖息地。

随着绿色催化剂的未来处于平衡状态，酶及其生物催化反应在多大程度上符合这12条戒律?借用一个众所周知的说法，它们就像锁和钥匙一样适合它们。^2、3

绿色化学的12个原则

1.防止浪费✔
生物催化可以为生产化学品提供更可持续的途径，减少浪费

2.减少原子经济✔
同样，生物催化通常能提供更有效的合成途径

3.使用危害较小的化学合成✔
由于酶是由活的有机体产生的，大多数酶的过程毒性低，通常被认为是安全的(GRAS)。

4.设计更安全的化学品N/A
关注产品而不是过程，这一点与生物催化无关

5.使用更安全的溶剂和助剂✔
生物催化通常在水或低毒有机溶剂中进行

6.节能设计✔
由于生物催化通常发生在生物体内部，反应温度通常略高于室温

7.使用可再生原料✔
由于它们来自活的有机体，通常以糖为食的批量培养，生物催化剂是可再生的

8.减少衍生品✔
酶具有高度的区域和化学选择性，通常不需要任何保护基团

9.使用催化✔
催化锡上写的是什么

10.退化设计N/A
同样，这一原则关注的是产品，尽管应该注意的是，酶本身是完全可生物降解的

11.实时进行污染分析✔
适用于生物催化过程

12.促进安全化学以预防事故✔
由于它经常发生在人体内，生物催化通常没有爆炸的风险

10 / 12已经不错了。考虑到剩下的两个原则并不相关，因为它们涉及的是化学反应的产物而不是工艺设计，生物催化确实是一项绿色和可持续的技术。

酶增强

做环保人士并不容易。有时，即使是最有活力的酶也需要帮手来增强它们的活性。野生型酶已经进化到在其自然底物和条件下具有活性。因此，当涉及到工业过程时，包括生产药物成分的过程，高底物浓度和可变温度通常不适合这种催化剂。这可能导致低选择性、低活性，从而导致低产量。

为了纠正这种情况，可以采用几种技术，包括蛋白质工程、定向进化、新创流程技术的设计和使用。但是提高酶活性最有趣的方法之一却很少被提及:酶固定化。

Zymtronix是一家首创这种方法的公司，它是一家从美国康奈尔大学分离出来的生物催化公司，它使用高磁性材料来提供一种独特的酶诱捕方法。该公司独特的磁性纳米颗粒在三个不同的层面上运行，首先包围一种性能较差的酶，从而保护它不被降解。接下来，更大的(但仍然是微小的)载体用磁性将酶组合在一起，这意味着酶可以回收和重复使用，从而最大限度地提高活性。

Zymtronix的创始人兼首席执行长Stéphane Corgié说:“绿色化学并不比使用高效的酶工艺更环保。”“毕竟，它使用的是从自然界进化而来的物质来加速化学反应。为了让化学工业完全接受绿色化学和生物催化，我们能够证明它在速度和成本方面的好处是至关重要的，因为许多生物催化剂实际上比任何替代品都更快、更具选择性。”

奔向那边的荒野

随着来自国际机构和客户、先锋公司以及可持续发展的时代精神的压力越来越大，化工行业将在未来十年发生一些根本性的变化。这是一个有毒和稀有元素排出，可再生酶进入的情况。推动绿色化学不仅有利于地球，也有利于经济。由于生物燃料和食品饮料行业的兴起，分析师预测，2017-2021年期间，全球生物催化剂市场将以每年6.39%的速度增长。⁴

所以没有借口!环保从来没有像现在这样容易(也更快)。