生物工程酶在化工中的應用進展

摘要：在人體內，酶是一種重要的生物催化物質。我國目前的生物工程酶生產技術主要包括生物工程酶的來源、生物工程酶的生產、分散萃取和固化工藝，以及生物工程酶的應用。生物化學中的生物酶素，正逐步走進人們日常的日常生活，在化學工藝、生物制造和生物化學領域，都得到了廣泛的應用。在產品研發、科學和信息技術領域有著重要的地位。本文以現代生化技術為切入點，對生物工程酶在化工中的應用進展進行了初步探索。

關鍵詞：生物工程酶;化工領域;應用

引言

近幾年來，隨著我國經濟的迅猛發展，科技的飛速發展，化學工業的迅速發展，給化學工業的發展提供了新的契機，但也給化學工業提出了更多的挑戰。隨著石油資源的不斷枯竭，許多化工行業都在尋找新的發展道路。近年來，化學與化學工程與生物科技的整合日益緊密。

一、酶的定義及特征

在人體內，酶是一種重要的生物催化物質，是由有機物中的活性細胞產生的一種生物加速劑，廣義上的理解是一種叫做蛋白質的生物促進物質：酶對蛋白質起到生物催化的作用。

蛋白質除了起到酶的加速劑的作用外，還具備以下特征：（1）蛋白作為一種生物工程酶的生物催化因子，具有的催化效果是其它催化因子的十倍以上;（2）專門化程度高，只對一種生物工程酶有生物催化作用，選擇性范圍小;（3）不穩定的特性，其自身的化學特性也是如此。例如，實驗生物工程酶，可以把生物工程酶分成單一的和結合的。包含蛋白質的一類稱為酶素的兩種類型，沒有蛋白質的一種稱為輔助因子的白質。當二者結合時，酶的作用是充滿了生機。但是，也有一些酶素是在產生或產生細胞它不具備酶的活性，我們稱之為酶原。單胞菌只有在經歷了某種刺激之后，它才會變得有活性，從而進行催化作用，正因如此，生物工程酶現在已經被廣泛的應用于各種領域。

在探索的工程中，特別是在生物化學領域;被大量使用，同時它在遺傳、農業、工業等領域都有著廣闊的發展前景。

二、生物工程酶在化工中應用存在的優勢和不足

1.優勢

（1）綠色化工平臺

在綠色化學領域，從生產環境上來說，生物工程酶催化的生產環境一般是常溫、常壓和接近中性的，投入小，能源消耗小，運行安全，是一種比較好的綠色催化劑。在皮革、紡織和造紙等領域，使用了生物工程酶，可以大幅度降低化學污染物的排放。利用生化技術可以有效地降低化工行業的能耗，減少原材料、水、能源等，從而有效地改善化工行業的環境。

（2）高效專一

高效、專一性的生物催化劑，其催化速率和反應速率均較高，比化學催化劑的期次催化效率高;轉換速度。生物催化的基質和立體特異性都很高，可以通過特殊的基質進行特殊的反應，從而可以高效地制備出一些難以進行的手性化合物。

（3）愈發廣泛的覆蓋面

酶素被廣泛地用于許多工業，如洗滌劑，日用化學品，皮革和紡織。同時，生物工程酶和生物工程酶也將逐步替代化學和化學催化劑。世界上有很多知名的化工企業已經轉型，比如美國孟山都公司、杜邦公司等。而且，隨著醫藥行業的發展，生物催化劑的需求量也會越來越大。

2.劣勢

生物工程酶的不足之處是：相對自然酶來說，生物工程酶遇熱容易分解，不穩定;有些表面活性劑不能與它兼容;生物工程酶可以通過微生物來制造，但種類很少，因此，它的成本相對較高;在化學工業中，生物工程酶的生產，最早是從高產出的產物開始的。在更廣泛的化學基礎原材料中，要將其工業化應用到更廣泛的領域，仍然存在著許多問題。

三、酶法在中藥提取中的應用進展探討

1.黃酮的提取

黃酮是中草藥銀杏葉中的一種物質，通常具有糖苷和游離兩種形態。以往的提取的方式的是水提法，水提法只萃取了以糖苷為核心的可溶性組分，而大量的油溶性和不溶于水的自由態的黃酮類化合物難以萃取。日本高根芳春率先采用生物工程酶萃取技術，將含油溶性物質的銀杏葉片加入水和純水的混合物中，加入糖苷酶，在PH為6.0，50℃時，進行糖化反應。通過這種方法，可以將不能溶解的活性組分轉化為水溶性的糖苷，從而可以在較短的時間內，迅速的將其萃取，并且可以大幅度的提高其萃取效率。

2.植物多糖的提取

已有學者在對苦瓜的水溶性多糖和去蛋白進行研究時，將纖維素生物工程酶和中性蛋白生物工程酶同時添加到苦瓜中。經正交實驗，得到的最佳水解條件是：水解時間48h，PH約7.0，生物工程酶加量10%，纖維素生物工程酶，50℃，PH6.0，生物工程酶用量5%。

3.皂苷類化合物的提取

將纖維素酶用于三七總皂苷的提取，加入生物工程酶的三七總皂甙含量比未加生物工程酶的三七皂甙含量高25.1%。結果表明，兩種檢測方法的組成無明顯差別，因此，添加生物工程酶不會對活性組分造成損害。結果表明，生物工程酶解法對皂苷類化合物的總活性組提取率可達89.2%。

4.真菌多糖的提取

利用復合酶法萃取真菌多糖，將纖維素酶、果膠酶、蛋白酶按照一定的比例混合，在45℃下生物工程酶解，需要40分鐘，加熱到85℃，再用溫水浸泡1個小時，可以大大提高真菌多糖的萃取率，同時還能縮短萃取時間。

四、生物工程酶在化工中的應用

1.洗滌劑工業中生物工程酶的應用

生物工程酶在洗滌行業中的應用已經有將近一個世紀了。在化學工業中使用最多、使用最多的就是生物工程酶清潔劑。將胰生物工程酶加入到洗衣液中，可以在極低的清洗溫度下快速清洗衣服。第二次世界大戰以后，西歐和美國才逐步推廣使用含有生物工程酶的清潔劑。1970年代初期，NOVO公司將生物工程酶、惰性填料與蠟結合起來，使生物工程酶粒子產生生物工程酶，而在不斷的研究中，他們采用了膠囊技術，將現有的生物工程酶轉化為生物工程酶。這就解決了酶素的不足，而合成的復合酶素清潔劑，也是推動了酶素清潔劑的發展。上個世紀80年代以后，無論是質量、劑型、品種，都得到了極大的提高和發展。

2.酒精、有機酸在酒精、有機酸等工業中的應用

酒精和有機酸作為非常重要的化工產品，主要是通過微生物發酵工藝來實現。它必須要經過淀粉生物工程酶的加工，在將其分解為糖的過程中，這樣可以讓微生物更好的吸收，并且將其轉化為酒精和有機酸。在酒精生產中，對淀粉類物質進行糖化的研究，其發展歷程是由小麥芽糖向曲霉菌轉變，而曲霉菌由固態發酵到液態發酵。從淀粉到糖的轉變，是酒精行業發展的一個長期難題。日本于六十年代成功地實現了雙生物工程酶淀粉制糖，并將其分離出來，以促進其獨立的生產。此后，商業酶素產品出現了一種不斷發展的態勢。在雙生物工程酶技術的推廣和推廣的基礎上，我國的酒精產業在化工生產中已取得了一定的進展，并在一定程度上推動了我國的傳統酒精產業向現代化方向邁進。有些有機酸的產生往往是通過像檸檬酸、乳酸和蘋果酸等生物工程技術來實現的，淀粉是它的主要原材料，它與酒精相似，而新的生物工程酶的水解技術被引入，從而取得良好的經濟效益。

3.紡織、皮革及日化用品等中生物工程酶的應用

從紡織工業的用途來看，主要用于織布的退漿，這個階段所需的堿、氧水、硫酸等可以由淀粉生物工程酶代替，纖維素生物工程酶用于減少纖維和纖維的混合。生物工程酶技術已用于皮革的生產，稱為生物工程酶法制革。利用蛋白生物工程酶和脂肪生物工程酶對皮革進行加工，不僅能使皮革的品質得到顯著改善，還能有效地降低污水的排放。

在皮革工業中，生物工程酶類物質的用途也非常廣泛，利用生物工程酶進行皮革的脫毛和軟化，早在七十年代就開始流行起來，利用脂肪生物工程酶和蛋白生物工程酶對皮革進行處理，不但可以提高產品的品質，而且還可以減少污水的污染。而在造紙行業，使用的生物工程酶則更加普遍。

在再生紙業中，生物工程酶類物質的使用主要有：能使紙漿在漂白階段產生一定的促進作用，從而可以節省漂劑，使漿液漂白后的白度明顯增加;而對纖維進行改性和脫墨的主要是淀粉生物工程酶和纖維素生物工程酶，它們能幫助脫墨，并能提高脫墨漿的白度，同時還能改進過濾性能，使紙巾柔軟度更好;在改性和治理污水中，它的主要功能是漆生物工程酶，它能提高含機漿液的濕強度，并能促進廢水的色度和BOD/COD的下降。在牙膏中加入一些酶素，可以有效的清潔牙齒，還可以有效的防止齲齒;可以用于護膚，消炎，抗輻射，延緩肌膚老化。

4.生物生物工程酶在石油煉化技術中的應用

在原油、天然氣及主要化工產品價格波動較大的情況下，石油煉制廠為了進一步提升催化過程的效率，并研制出一種新的催化劑，以取代傳統的原材料。生物生物工程酶作為一種新型的催化劑，在有機合成中取代常規的化學催化劑已經引起了人們的關注。利用生物生物工程酶對石化工業的發展具有重大意義。生物生物工程酶作為一種新型的催化劑，在有機合成中取代常規的化學催化劑已經引起了人們的關注。尤其是通過對活性物質的立體選擇性，可以合成糖類、核酸、氨基酸、多肽、抗生素等特定的化合物。近年來，利用生物生物工程酶進行分離、凈化，并發展了固定化法、生物反應器等，使其在石油化工領域的應用有了長足的發展。

五、結束語

總而言之，隨著生物工程酶的品質和種類的提高，原本只是一種水解生物工程酶，但在不斷的研發中，卻出現了越來越多的新的酶素。這就導致了生物工程酶的用途越來越廣，特別是在化學工業中，生物工程酶的使用效果更好，而將其與生物化學的結合，可以促進我國的化工業的發展，也可以促進我們的經濟發展，同時，生產出更多的高質量的化工產品。

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作者簡介：汪寄宇，1969.08.01，男，江蘇宿遷，漢，大學本科，工程師（擬申報高工），研究方向：生物化工。