現代生物化工中酶工程技術研究與應用

李晗

摘?要：現代生物化工中的酶工程是生物工程中的重要內容，也是開發和創新應用生物工程中必不可少的研究。酶工程在生物工程中的應用并不是獨立存在的，而是與發酵工程、細胞工程、基因工程等相互依存，共同為生物工程的應用提供了更大的發展空間。在酶工程技術研究與應用中，對酶分子改造作用最大的是蛋白質，通過使用蛋白質工程技術或化學修飾法改變酶分子，就可以改變酶的性質，使酶產生不同的作用。本文就來研究現代生物化工中酶工程技術。旨在為酶工程的應用與發展提供一些參考思路。

關鍵詞：生物工程;酶工程;酶分子;蛋白質

酶是一種生物催化劑，在環境工程、能源開發、醫藥制造、農業、工業等領域有著廣泛的應用。酶在各行各業中的應用價值并非是獨立存在的，而是通過酶工程技術對原料進行生物催化，通過生物催化制備使酶在不同的產業領域發揮不同的作用。目前，酶工程技術在食品工業中的應用超過市場總應用的50%，如淀粉、果汁、乳品加工技術等。其次是輕工業中的應用，如皮毛、化妝品、造紙等。此外，在醫藥方面的應用于體外檢測試劑，檢測體內代謝物，在能源開發中用于甲烷、纖維素、木質素制造等，在環境工程中應用于污水生物凈化。進一步研究現代生物化工中酶工程技術，對于擴大其應用領域，了解酶的更深層次的應用作用有著重要的意義。

一、酶工程技術概述

（一）生物酶

1.生物酶特點

生物酶是一種具有較強的催化功能的有機物，成分包括DNA和RNA，主要成分為DNA。生物酶的結構與蛋白質結構相似，酶分子也是由氨基酸長鏈組成。它的結構組成包括螺旋結構、薄片結構、三維結構，具有極強的催化功能。生物酶的催化具有高效性、轉移性、低反應條件、易變性失活的特點。

2.生物酶作用

生物酶的主要作用是催化。生物酶廣義上指具有催化作用的所有的有機物，它包括分解系酶、合成系酶兩大類。細分為酸化還原酶、轉移酶、加水分解酶、脫離酶、異性化酶、合成酶等類，每類又包含不同種的生物酶。不同的生物酶有著不同的催化作用。溶解酶的作用是抗菌消炎。果膠酶的作用是水解聚半糖醛酸酯，為聚半乳糖醛酸酶和果膠酸鹽裂解酶創造更多的位置。脂肪酶的作用是水解脂肪酸和甘油，用于去除各類皮毛表面的雜質。蛋白酶的作用是水解酪蛋白、明膠。纖維素酶的作用是水解纖維素。過氧化氫酶的作用是催化分解水和氧氣，凈化水質。淀粉酶的作用是水解淀粉和糖。

（二）酶工程技術原理

酶工程技術是將需要催化的動植物細胞、微生物細胞、酶等原料與催化酶置于同一生物反應容器中，然后利用生物酶的催化功能，是原料的化學性質發生變化，產生不同的作用。酶工程技術首先需要對生物酶進行制備。生物酶的分子活性影響著生物酶的化學反應速率，為了確保較高的化學反應速率，需要對生物酶制劑采用分離提純技術提高純度、收率、活性。

生物酶制備應用酶分離技術，先對酶提純，再行制備為純度較高的生物酶制劑。

二、酶工程技術研究

酶工程技術的研究包括酶源開發、酶制劑生產、酶分離提純和固定化技術、酶反應器與酶的作用等。其中酶制劑的生產在酶工程技術市場占有較大的比重，并且在近些年呈現較快的增長趨勢。從1998年開始，全世界的酶制劑銷售額高達13億美元，并且每年呈增長趨勢。在酶制劑的應用中，其中食用酶所占比例最高，其次是洗滌酶。2016年的全世界酶制劑市場調查報告顯示，酶制劑市場銷售額高達37.74億美元，從2008年開始到2016年，酶制劑市場增長約6%。目前，市場上已研究并應用的酶制劑超過3000種，其中廣泛應用與工業化工等領域的超過60種。從2016年開始，全球的酶制劑市場以每年平均11%的速度快速增長。為酶制劑的擴大化應用提供了良好的理論及其技術基礎。

三、酶工程技術應用

（一）食品工業中的應用

酶工程技術在食品工業中的應用所占市場份額最大。我國的第二代酶，固定化酶技術產生于七十年代后期，在食品工業中主要應用于釀酒工業、淀粉加工、面粉烘烤、蛋白質加工、果樹加工、乳品加工等。在釀酒工業中，生產啤酒的原料麥芽會生產大量的淀粉酶、纖維素等，但由于酶活力不足，導致蛋白質降解和糖化作用不足，影響著啤酒的口感。釀酒工藝中必須要加入淀粉酶，而淀粉酶會吸附原料中的淀粉酶。在釀造啤酒的原料中加入酸性蛋白酶，使酸性蛋白酶釋放被液態淀粉酶吸收的淀粉酶，提高淀粉酶的活性，有助于提高啤酒的產出率。

（二）醫學中的應用

生物酶在人體內有著重要的作用。如果體內生物酶先天性不足，在臨床醫學中表現為以下幾種疾病：（1）先天性酶缺陷白化病，該病表現為發白、皮膚為白色，為遺傳性疾病。（2）有機磷農藥與膽堿酯酶活性中心的絲氨酸羥基結合引起的酶活性喪失或減弱性神經疾病。（3）人體內生物酶定位和分布不足，含量不穩定引發的疾病。以上疾病需要通過增加相應的缺失酶活改變酶活力來環節病情。改變酶活力的方法如下：（1）細胞發生損傷時增加定位細胞的酶，提高血清的酶活力。（2）發生酶排泄性障礙時應用堿性磷酸酶將酶引入血液中進行排血，以提高酶活力。（3）細胞酶合成速度增加時，釋放于血液中的酶含量增高，需要降低酶合成速度。

（三）農業中的應用

生物酶在農業中廣泛應用于畜牧養殖添加劑。生物酶作為飼料添加劑的應用開始于1958年，而被廣泛關注的時間發生于19世紀80年代。將微生物復合酶、纖維素酶、淀粉酶、蛋白酶等添加在飼料中，不僅可以代替抗生素作為添加劑提高動物飼料轉化率，促進動物生長，而且生物酶可以提高動物免疫力，降低動物養殖的死亡率。

四、結語

綜上所述，酶工程技術對生物工程的研究有著重要的促進意義。生物工程作為一門應用型學科，對促進社會發展的意義重大。酶工程技術作為生物工程中的重要分支，在不同行業中的應用方式不同，需要結合其他的生物工程技術對酶分子進行改造，研究不同的基因酶制劑，才能不斷的豐富酶業和酶化學工業，擴大應用范圍，發揮對于社會各行各業的貢獻作用。

參考文獻：

[1]韓斌，張林豐.現代生物化工中酶工程技術研究與應用[J].北京農業，2018（33）：37-39.

[2]翟小語.現代生物化工中酶工程技術研究與應用[J].電子測試，2016（08）：141+109.

[3]張啟明.現代生物化工中酶工程技術研究與應用[J].農業科技與信息，2016（20）：15-16.