現代生物技術中酶工程技術的研究與應用

摘要：酶是生物體內天然催化劑，在代謝中發揮重要作用。近年來，隨著科技的進步與發展，人們越來越看重酶工程技術，諸多生物酶能夠將產品量化，極大促進生物技術行業的發展。據此，本文將從酶工程在醫療、遺傳、食品、畜牧工業等領域中的應用和前景展望進行了論述。

關鍵詞：生物技術;酶工程;研究應用

人類身體在生活中重要關鍵的一個環節是新陳代謝過程，這個過程的完成必須依靠著體內酶的催化作用，因此酶是人體中天然催化劑。不僅我們的身體健康需要酶，在生活、科技、生物等領域，由于酶的特定化學轉化功能，使酶也帶來了更多的便利和價值。簡單來說，通過酶的催化功能，讓其在不同的生物領域對原有的物品進行改變加工，提升原來的性能及優點。眾所周知，現代生物技術中對酶工程技術的研究是越來越多，應用的范圍也越來越廣泛。酶工程技術的目標從過去的僅僅增加酶的產量，逐漸演變到現在通過生物技術來更改酶的結構以大幅度的提高社會利益。

1.酶工程技術概述

1.1酶的生物特點

絕大多數的生物酶的根本本質為蛋白質，主要成分為DNA，還有一些成分為RNA，關鍵經生物體活細胞生成，然后積聚在活細胞內并發揮相應催化作用。它是生物體祛陳出新的觸媒。酶有很多的生物特點：①催化的效率比較高。酶的催化作用最大的功用可以是其他的一千多倍，效率及其驚人，是其他催化劑不可比擬的。②專一性比較強，通常來說一種酶只能催化一種化合物，而其他的催化劑往往可以同一時間催化不同的物質。③較不穩定。酶發揮作用一般需要特定的環境，如果溫度或者PH不適宜可能會破壞酶的活性，進而失去催化作用。

1.2酶的作用原理

在研究生物酶與生物技術之間的作用原理的過程中，我們不僅深入掌握和應用酶的生物特性，還需要確定酶在反應中行使的功能。由于在一個化學反應體系中，發生反應的不同分子的能量是各不相同的，因而在反應的發生過程中，任意一個分子都是有機會引發化學反應的，然而不都是每個分子都引發變化，那些有能量被激活或達到一定閾值的分子才會在活動中誘發反應。被激活的分子多引起的反應速度快。分子正常靜止狀態的能量與活動性狀態是有差異的，分子從常態移為活動態的過程是要增加能量的，這一部分能量是活化能。如何幫助反應快速有效地到某一能量閾值呢？一是可以通過提高反應中的溫度或者增加光照時間和程度;二是添加催化劑調低了反應能量閾值，因此反應可以在較低的活化閾值下進行。與其他催化劑作用一致，酶將底物分子的活化能力調低。根據酶反應的不同結果我們發現，影響酶的加速反應的因素有酶濃度、抑制劑、激活劑和溫度、酸堿度等。

2.酶工程技術的研究

酶工程也是一種蛋白質工程，是運用突變技術或分子生物技術，改變蛋白質中的氨基酸對酶的技術研究應用最早是在食品方面，我們吃的腌制食品大多是經過酶的作用而制成，例如豆腐乳、啤酒等。隨著大家對酶的認可，酶的作用在生活中是不可忽視的，慢慢對生物酶重視起來，對它的研究越來越廣、越來越深入，酶在各行各業都應用其中，為我們帶來了高速、便利的生活，明顯提高了社會的經濟效益，將發展的進程大踏步的提升。酶工程所需要的技術很多：有分離提純酶技術、研發酶原技術、生產制備酶制劑、酶的固定與化學修飾及反應器等技術?，F在酶工程技術已廣泛運用在合成生物學、醫學和生物制造等行業。其中酶制劑的制造是一個重要環節，所占的比重逐年升高。并且在近幾年基因工程的運動對酶的改造和提升也是至關重要的，通過改善酶的構造，將酶的活力加快，更加穩定酶的性能，更加適應現在對生物技術的需要。此外對酶的技術研究過程中，一些新興高級的技術也正在研發，對研發科技技術人員的要求也越來越高。

3.酶工程技術在現代生物不同領域中的應用

3.1醫療中的應用

關于人的身體健康，酶的作用是極其重要的，一些疾病是跟酶是有密不可分的關系，在疾病的診療過程中，可以通過對酶的含量的分析，來進行判斷與治療。有些遺傳疾病因為體內某些物質結構不正確，導致影響酶的正常功能，從而引發病變。對酶的深入研究不僅可以應用到看病的過程中，而且治療方法中，不少藥物、器械應用也有酶應用其中，同時逐漸在預防和治未病方面也發揮重要作用。舉例說明，人體內消化功能依靠很多生物酶，出現消化不良等情況時，首先應考慮酶的失衡;在清理外傷傷口和傷口愈合過程中，生物酶可以起到輔助功能，能有效的促進傷口的恢復;在抗炎方面，由于酶有催化作用，將細胞的活性激活與提高，促使人體的抗炎機制的發動;再就是對于惡性腫瘤的治療，酶也有突出的貢獻，可以一定程度上限制腫瘤的進展;另外生物酶可以提高人體的抵抗力，對營養物質的吸收有著促進作用，有著一定的預防保健作用。

3.2遺傳學中的應用

現代科研項目的研究表明動物體內的有些酶是具有遺傳性質的，根據酶的追蹤與分析，可以總結出一定的遺傳學規律，根據酶可以判斷是否存在血緣關系。同理發現，這樣的研究亦可以運用于人類的親子鑒定中。高效率、高準確率的診斷特征在遺傳學中的運用，也對調查相關的遺傳信息有所幫助，提出更加快捷、科學的方法及措施，在一定程度上降低了工作的難度，節省時間與費用，也提高了工作的效率。

3.3食品業中的應用

民以食為天，食物是人類是賴以生存的物質，酶的工程研究技術存在大部分食物的制作與加工中。我國70年代末，研究學者成功研發酶的固定化技術，運用在釀造啤酒、加工淀粉、面粉、乳類飲品等。在啤酒的陳釀過程中，麥芽作為制作原料隨著發酵時間的延長會產生諸多淀粉酶等，但過去酶的活動力不夠，蛋白質的降解達不到最優化，糖化效果較低，導致制作出的啤酒口感差。釀造啤酒制作工序中需添加淀粉酶，但外加的淀粉酶吸附原料中產生的淀粉酶，后來發現，在釀酒的原材料中添加酸性蛋白酶，可以明顯增加淀粉酶的活性而促進糖化的提高，提高啤酒的口感度和產出率。

3.4畜牧業的應用

生物酶也廣泛應用在我國的畜牧業當中。當前，畜牧飼料當中添加很多的微生物復合酶以及淀粉酶等。酶在動物體內也起到具有極大的作用。首先，攝入生物酶能促進動物正常的生長發育，減少動物疾病的發生，在體內形成天然的保護屏障，對外界病菌等有抵抗作用，動物的生存率從而可以提升。其次，飼料中添加生物酶，可以提高飼料的產量和質量，更優質的飼料其抗霉、抗蟲能力較強，儲存起來比較方便?？傮w來說，在加工飼料當中添加生物酶，一方面減少了飼養的成本，另一方面，動物健康也減輕了醫療壓力，使畜牧業主取得較好的經濟效益。

3.5洗滌工業的應用

我們生活中使用的洗衣粉經過酶工程的加入，改良了洗滌工藝。其中加入的酶主要有蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等，這些酶可以促使洗滌過程去污效果好，并可以清潔多種污染物。蛋白酶可以分解蛋白質，成為可溶性氨基酸，所以添加蛋白酶后可以清潔奶漬、飲料污漬等;淀粉酶能分解淀粉，故米飯、面條、地瓜等污染衣物后可以經添加淀粉酶的洗衣粉進行清洗;脂肪酶可以分解脂肪，因此在低溫環境下，加入脂肪酶的洗衣粉可以去除油漬，并且隨著清潔次數增多，清潔能力更強。不同的酶對應的效果不同，所以說針對性的使用各種洗衣粉可以在去除污物方面事半功倍。

4.展望

目前酶的應用還不完善，在研究過程中也發現某些不足與問題，例如酶比較單一，酶的復合程度不強，而且精度不高，很多粗加工生物酶即使用到產業中，另外酶工程的研發、使用過程中部分還有不少污染物生成等等。諸多問題還需要我們慢慢解決。

樹立對酶的正確觀念，傳統過去的理論可能無法適應現在科技進步的需求，因此對生物酶理論的及時更新以及如何科學的運用酶技術是刻不容緩的。這個過程是需要時間和人力物力的，一者對過去的酶工程的研究經驗進行歸納總結，進而也要確保酶工程技術的發展與革新，讓生物酶更適合的運用到更多的相關專業中。

利用新技術、新設備。研究生物酶是靠技術，也依賴設備的。創新型的技術可以發掘酶的更多功能，設備也是為了該技術的有效實施提供了后盾支持。目前我們實際酶工程現況并不是到達巔峰，新技術和設備略有些缺乏，還有很大的進步空間的。專業的研究人員應確定各專業的主要所需，及時發掘新型技術，利用采購的新設備，為酶工程的進一步發展提供基石。

重視人才培養。現代生物酶工程是一個高精尖的工作，難度高、專業性強，需要技術性的研究，所以盡早及時培養專業人才是目前所需，而且提高人才的素質也是刻不容緩的。保障科研人員的待遇，定期舉辦培訓班，增加獎勵機制，從而調動科研人員的積極性，確保生物酶工程的有序不紊的進步與發展。

5.結語

總之，酶工程在經濟社會的發展中前景越來越好，酶的技術研發和應用也是越來越廣泛，目前應用在醫療、遺傳、食品、畜牧、工業等行業。酶工程帶來了巨大的經濟效益，為社會的發展節省了諸多資源與成本。就目前發現的缺陷與不足還需要我們明天的努力，改進技術，加強研究，提高現代生物技術。總體來說，由于科技的進步，實際國力的提升，酶工程技術在生物領域的發展越來越迅速，未來將占據一席之地，起到重要的作用，對增加我國的產品質量與產率有著很深刻的貢獻意義。

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作者簡介：王艷菊，1972.10.8，女，黑龍江，漢，大學本科，中級（擬申報高工），研究方向：生物化工。