现代生物化工中酶工程技术研究与应用

李晗

摘 要：现代生物化工中的酶工程是生物工程中的重要内容，也是开发和创新应用生物工程中必不可少的研究。酶工程在生物工程中的应用并不是独立存在的，而是与发酵工程、细胞工程、基因工程等相互依存，共同为生物工程的应用提供了更大的发展空间。在酶工程技术研究与应用中，对酶分子改造作用最大的是蛋白质，通过使用蛋白质工程技术或化学修饰法改变酶分子，就可以改变酶的性质，使酶产生不同的作用。本文就来研究现代生物化工中酶工程技术。旨在为酶工程的应用与发展提供一些参考思路。

关键词：生物工程;酶工程;酶分子;蛋白质

酶是一种生物催化剂，在环境工程、能源开发、医药制造、农业、工业等领域有着广泛的应用。酶在各行各业中的应用价值并非是独立存在的，而是通过酶工程技术对原料进行生物催化，通过生物催化制备使酶在不同的产业领域发挥不同的作用。目前，酶工程技术在食品工业中的应用超过市场总应用的50%，如淀粉、果汁、乳品加工技术等。其次是轻工业中的应用，如皮毛、化妆品、造纸等。此外，在医药方面的应用于体外检测试剂，检测体内代谢物，在能源开发中用于甲烷、纤维素、木质素制造等，在环境工程中应用于污水生物净化。进一步研究现代生物化工中酶工程技术，对于扩大其应用领域，了解酶的更深层次的应用作用有着重要的意义。

一、酶工程技术概述

（一）生物酶

1.生物酶特点

生物酶是一种具有较强的催化功能的有机物，成分包括DNA和RNA，主要成分为DNA。生物酶的结构与蛋白质结构相似，酶分子也是由氨基酸长链组成。它的结构组成包括螺旋结构、薄片结构、三维结构，具有极强的催化功能。生物酶的催化具有高效性、转移性、低反应条件、易变性失活的特点。

2.生物酶作用

生物酶的主要作用是催化。生物酶广义上指具有催化作用的所有的有机物，它包括分解系酶、合成系酶两大类。细分为酸化还原酶、转移酶、加水分解酶、脱离酶、异性化酶、合成酶等类，每类又包含不同种的生物酶。不同的生物酶有着不同的催化作用。溶解酶的作用是抗菌消炎。果胶酶的作用是水解聚半糖醛酸酯，为聚半乳糖醛酸酶和果胶酸盐裂解酶创造更多的位置。脂肪酶的作用是水解脂肪酸和甘油，用于去除各类皮毛表面的杂质。蛋白酶的作用是水解酪蛋白、明胶。纤维素酶的作用是水解纤维素。过氧化氢酶的作用是催化分解水和氧气，净化水质。淀粉酶的作用是水解淀粉和糖。

（二）酶工程技术原理

酶工程技术是将需要催化的动植物细胞、微生物细胞、酶等原料与催化酶置于同一生物反应容器中，然后利用生物酶的催化功能，是原料的化学性质发生变化，产生不同的作用。酶工程技术首先需要对生物酶进行制备。生物酶的分子活性影响着生物酶的化学反应速率，为了确保较高的化学反应速率，需要对生物酶制剂采用分离提纯技术提高纯度、收率、活性。

生物酶制备应用酶分离技术，先对酶提纯，再行制备为纯度较高的生物酶制剂。

二、酶工程技术研究

酶工程技术的研究包括酶源开发、酶制剂生产、酶分离提纯和固定化技术、酶反应器与酶的作用等。其中酶制剂的生产在酶工程技术市场占有较大的比重，并且在近些年呈现较快的增长趋势。从1998年开始，全世界的酶制剂销售额高达13亿美元，并且每年呈增长趋势。在酶制剂的应用中，其中食用酶所占比例最高，其次是洗涤酶。2016年的全世界酶制剂市场调查报告显示，酶制剂市场销售额高达37.74亿美元，从2008年开始到2016年，酶制剂市场增长约6%。目前，市场上已研究并应用的酶制剂超过3000种，其中广泛应用与工业化工等领域的超过60种。从2016年开始，全球的酶制剂市场以每年平均11%的速度快速增长。为酶制剂的扩大化应用提供了良好的理论及其技术基础。

三、酶工程技术应用

（一）食品工业中的应用

酶工程技术在食品工业中的应用所占市场份额最大。我国的第二代酶，固定化酶技术产生于七十年代后期，在食品工业中主要应用于酿酒工业、淀粉加工、面粉烘烤、蛋白质加工、果树加工、乳品加工等。在釀酒工业中，生产啤酒的原料麦芽会生产大量的淀粉酶、纤维素等，但由于酶活力不足，导致蛋白质降解和糖化作用不足，影响着啤酒的口感。酿酒工艺中必须要加入淀粉酶，而淀粉酶会吸附原料中的淀粉酶。在酿造啤酒的原料中加入酸性蛋白酶，使酸性蛋白酶释放被液态淀粉酶吸收的淀粉酶，提高淀粉酶的活性，有助于提高啤酒的产出率。

（二）医学中的应用

生物酶在人体内有着重要的作用。如果体内生物酶先天性不足，在临床医学中表现为以下几种疾病：（1）先天性酶缺陷白化病，该病表现为发白、皮肤为白色，为遗传性疾病。（2）有机磷农药与胆碱酯酶活性中心的丝氨酸羟基结合引起的酶活性丧失或减弱性神经疾病。（3）人体内生物酶定位和分布不足，含量不稳定引发的疾病。以上疾病需要通过增加相应的缺失酶活改变酶活力来环节病情。改变酶活力的方法如下：（1）细胞发生损伤时增加定位细胞的酶，提高血清的酶活力。（2）发生酶排泄性障碍时应用碱性磷酸酶将酶引入血液中进行排血，以提高酶活力。（3）细胞酶合成速度增加时，释放于血液中的酶含量增高，需要降低酶合成速度。

（三）农业中的应用

生物酶在农业中广泛应用于畜牧养殖添加剂。生物酶作为饲料添加剂的应用开始于1958年，而被广泛关注的时间发生于19世纪80年代。将微生物复合酶、纤维素酶、淀粉酶、蛋白酶等添加在饲料中，不仅可以代替抗生素作为添加剂提高动物饲料转化率，促进动物生长，而且生物酶可以提高动物免疫力，降低动物养殖的死亡率。

四、结语

综上所述，酶工程技术对生物工程的研究有着重要的促进意义。生物工程作为一门应用型学科，对促进社会发展的意义重大。酶工程技术作为生物工程中的重要分支，在不同行业中的应用方式不同，需要结合其他的生物工程技术对酶分子进行改造，研究不同的基因酶制剂，才能不断的丰富酶业和酶化学工业，扩大应用范围，发挥对于社会各行各业的贡献作用。

参考文献：

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