酶工程技术在生物化工中的应用

刘庆，朱海，荀顺义，单继军(博瑞生物医药泰兴市有限公司，江苏 泰兴 225400)

0 引言

酶工程技术在现代生物化工行业有广泛应用，方便生物化工企业的新产品开发以及对已有产品的进一步改良，对生物化工行业来说，酶工程技术的科学利用十分必要。

1 酶工程技术在生物化工行业应用中遇到的问题

目前，酶工程技术在酶工程技术的发展相对来说还不够成熟，所以在部分前期的应用中，避免不了会出现一些亟待解决的问题。首先，在新产品的应用中，缺少科学性及创造性。虽然酶工程技术在酶工程技术领域的应用较普遍，但是很多技术成果都是借鉴而来的，并不是依靠自身的创新发明得到的，对新产品的研发资金投入力度不够，人力和物力的匮乏使生物制药的发展受到限制。其次，虽然有部分产品经过努力研发取得了成功，但是面对不能大规模投入生产的难题，由于设备和仪器的水平有限，不能做到酶工程技术的普遍使用。最后，在产品研发和生产完成后，企业没有做好相关产品的广泛宣传，人们对这类产品没有普遍认识，使产品的投入面对市场冷淡期。

2 酶工程技术在制药业领域的应用

2.1 基因工程在制药业中的应用

基因工程的应用领域以新型药物的开发和生产为主，利用基因工程细菌实现对基因片段的表达，通常生产的产品都是对技术要求比较高，同时利用传统生产方式的成本较贵的生物药品。基因工程的应用可以很大程度上降低药品价格，方便普通百姓用药。基因工程的作用除了生产已经研发出来的药品之外，还可以为开发新药品提供模型。比如可以利用基本工程来治疗乙肝。抗乙肝病毒基因治疗技术如图1所示。

图1 抗乙肝病毒基因治疗技术

基因工程的科学使用还可以帮助提取纯度更高的药品，并对传统的生产工艺进行改善，使药品的疗效可以得到一定程度的提高。

2.2 细胞工程在制药业中的应用

单克隆抗体技术是细胞工程的一种，其原理是将两种具有不同性质的细胞进行结合，产生出具有两种原细胞特性的新细胞，这种技术在对肿瘤的诊断过程中广泛应用，在很多肿瘤的治疗中也有相应的推广和使用。细胞工程技术可以对肿瘤细胞进行消灭，从而达到保护患者体内正常细胞的目的，使患者的寿命得到延长。在很多动植物细胞的培养中也有细胞工程的应用，其中植物细胞的培养可以帮助提炼出更多有效且具有经济价值的成分，其培养过程很少受地理位置及气候条件的影响。利用培养出来的动植物细胞实现再生产，得到可以帮助治疗疾病的相关药品，如与人相关的活性因子和疫苗等DNA重组的产品，为更多患者治病的同时为企业的发展创造更多的经济效益[1]。细胞工程在制药业中的应用如图2所示。

图2 细胞工程在制药业中的应用

2.3 发酵工程在制药业中的应用

发酵工程又被称作微生物工程，其原理是对酶工程技术进行合理利用，并结合微生物具备的部分特定功能，生产出对人们来说有利用价值的药品，微生物还可以在工业生产中体现应用价值。利用微生物的代谢过程实现药物生产叫做发酵工程技术，生产出的药物含有很多生物活性物质，如：抗生素、氨基酸、有机酸和激素等。在中药的炮制中可以利用微生物的生长代谢，这种方式相比较于物理和化学方法来说更有优势，可以在提高疗效的同时降低副作用，使中药的适应症范围得到适当扩大，为中药的活性成分提供保护屏障，节约药物生产成本。

2.4 酶工程在制药业中的应用

酶工程原理是对酶、细胞器及细胞中特定的催化功能加以充分利用，通过生物反应装置，再结合一些相关的工艺手段，对人们需要的药品进行生产加工。酶工程技术是一种新型技术，其源于化工技术与酶学理论的深度结合，在很多地区的药品生产中采用了固定化细胞及固定化酶技术。固定化酶的科学应用可以帮助药物分子的全程合成，同时可以帮助药物进行相应转化。目前，很多维生素C就是利用了微生物转化法得来的。酶工程制药研究的主要内容包括酶反应器、细胞的固定化及产药酶的来源等，很多地区都有投入使用固定化酶技术及固定化细胞技术，从而使生产的药物拥有更高的疗效[2]。

3 酶工程技术在食品领域中的应用

3.1 酶膜反应器的应用

酶膜反应器在食品领域主要用于淀粉水解、蛋白质水解生产生物活性肽、纤维素水解生产麦芽糖、功能活性多肽、氨基酸、乳糖的水解和乳清蛋白多肽的获得、食用油中脂肪的水解、食品添加剂、果汁、葡萄酒的澄清、肉类嫩化、促进风味物质形成及功能活性物质的合成等。酶膜是将酶促反应与膜的选择透过性相结合，强化酶反应过程传质作用的一种反应器，通常是将活性组分酶固定于膜的表面或膜内，使膜具有分离作用的同时还具有催化功能。另外，也有在反应器中将酶与底物混合催化结束后再进行超滤。酶膜反应器可进行一个相或两个相的操作，对于两个相的操作尤为有利，两个互不相溶的相分别在膜的两侧，底物可以通过膜孔透过膜与固定在膜表面的酶分子相互作用，催化反应在膜表面发生。用于固定化酶的膜有具有疏水和亲水两种：一种是酶则被固定在疏水膜的水相一侧，脂相透过膜；另一种是酶被固定在亲水膜的脂侧，水相透过膜。一般根据过滤的物质的性质选择适当的膜材料进行过滤，亲水性膜材料可以降低蛋白类物质在膜表面形成污染。因此，通过膜改性提高膜材料的亲水性，降低膜污染，提高膜通量延长膜运行时间是目前膜材料领域研究的热点。随着膜技术的不断发展和应用，酶膜反应器在生物、医药、食品、化工、环境等领域得到广泛的应用。固定化酶膜技术以及如何解决固定化酶膜运行过程中的污染问题，成为目前酶工程领域的研究热点和难点。

3.2 生物传感器技术的应用

在食品检测中应用生物传感技术是通过一种集成式的系统实现的，该系统由具有化学分子识别功能的生物材料、换能器以及信号放大器组成。根据生物传感器中分子识别元件即敏件可分为五类：酶传感器，微生物传感器，细胞传感器，组织传感器和免疫传感器。由于其构成特点，生物传感技术具备操作简单、相应快、损耗少、自动化程度高、可联机操作等优点。目前，生物传感器技术主要应用于检测食品生熟度和味道、肉类食品的新鲜度检测，另外也可应用于对亚硫酸盐等食品添加剂和农药残留物的检测工作。随着食品种类以及数量的不断增加，食品检测技术受到了极大的挑战。目前我国最为常见的食品生物检测技术为PCR技术、生物酶技术、生物芯片技术、生物传感技术等，这些技术的应用在一定程度上提高了食品安全监测效率。因此，相关技术人员以及研究人员应深入分析食品检测中的各种生物技术，并对其进行合理应用和创新，进而推动我国食品安全管理工作的有效开展。

4 酶工程技术在畜牧业领域的应用

在畜牧业领域，生物酶的应用最早起源于19世纪，随着畜牧业的不断发展，生物酶在多种畜牧饲料中应用更加频繁，如：微生物复合酶、淀粉酶等。生物酶饲料的应用有助于动物更好成长，提升饲料使用效率，增强动物免疫力。比如一些幼小动物的存活率较低，生物酶饲料的应用很好地解决了这方面问题，在提升动物存活率的同时也减少了兽医药费的使用，对于畜牧业的长期发展有积极影响。此外，在人类生活、生产中含有大量蛋白质废弃物，未经处理的废弃物不能用于畜牧业，通过酶工程技术的应用，可以将蛋白质废弃物进行发酵，大幅提升废弃物的转化效率，降低畜牧业成本，推动畜牧的健康发展[3]。

5 结语

综上所述，酶工程技术的发展和应用对生物化工相关领域都有着深远的影响，社会各界对生物技术的潜在价值及可能带来的经济效益更加重视。比如酶工程技术融入到新药研制的很多环节，此项技术不仅可以为稀有药材提供保护，还可以帮助部分材料提高自身的活性成分，进而帮助其提升实际的疗效。因此，酶工程技术的应用前景非常良好，企业需要增加投入，推动酶工程技术水平的提升。