李晗

摘?要：現(xiàn)代生物化工中的酶工程是生物工程中的重要內(nèi)容，也是開(kāi)發(fā)和創(chuàng)新應(yīng)用生物工程中必不可少的研究。酶工程在生物工程中的應(yīng)用并不是獨(dú)立存在的，而是與發(fā)酵工程、細(xì)胞工程、基因工程等相互依存，共同為生物工程的應(yīng)用提供了更大的發(fā)展空間。在酶工程技術(shù)研究與應(yīng)用中，對(duì)酶分子改造作用最大的是蛋白質(zhì)，通過(guò)使用蛋白質(zhì)工程技術(shù)或化學(xué)修飾法改變酶分子，就可以改變酶的性質(zhì)，使酶產(chǎn)生不同的作用。本文就來(lái)研究現(xiàn)代生物化工中酶工程技術(shù)。旨在為酶工程的應(yīng)用與發(fā)展提供一些參考思路。

關(guān)鍵詞：生物工程;酶工程;酶分子;蛋白質(zhì)

酶是一種生物催化劑，在環(huán)境工程、能源開(kāi)發(fā)、醫(yī)藥制造、農(nóng)業(yè)、工業(yè)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。酶在各行各業(yè)中的應(yīng)用價(jià)值并非是獨(dú)立存在的，而是通過(guò)酶工程技術(shù)對(duì)原料進(jìn)行生物催化，通過(guò)生物催化制備使酶在不同的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮不同的作用。目前，酶工程技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用超過(guò)市場(chǎng)總應(yīng)用的50%，如淀粉、果汁、乳品加工技術(shù)等。其次是輕工業(yè)中的應(yīng)用，如皮毛、化妝品、造紙等。此外，在醫(yī)藥方面的應(yīng)用于體外檢測(cè)試劑，檢測(cè)體內(nèi)代謝物，在能源開(kāi)發(fā)中用于甲烷、纖維素、木質(zhì)素制造等，在環(huán)境工程中應(yīng)用于污水生物凈化。進(jìn)一步研究現(xiàn)代生物化工中酶工程技術(shù)，對(duì)于擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域，了解酶的更深層次的應(yīng)用作用有著重要的意義。

一、酶工程技術(shù)概述

（一）生物酶

1.生物酶特點(diǎn)

生物酶是一種具有較強(qiáng)的催化功能的有機(jī)物，成分包括DNA和RNA，主要成分為DNA。生物酶的結(jié)構(gòu)與蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)相似，酶分子也是由氨基酸長(zhǎng)鏈組成。它的結(jié)構(gòu)組成包括螺旋結(jié)構(gòu)、薄片結(jié)構(gòu)、三維結(jié)構(gòu)，具有極強(qiáng)的催化功能。生物酶的催化具有高效性、轉(zhuǎn)移性、低反應(yīng)條件、易變性失活的特點(diǎn)。

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(jī)物，它包括分解系酶、合成系酶兩大類(lèi)。細(xì)分為酸化還原酶、轉(zhuǎn)移酶、加水分解酶、脫離酶、異性化酶、合成酶等類(lèi)，每類(lèi)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(chuàng)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(lèi)皮毛表面的雜質(zhì)。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(guò)氧化氫酶的作用是催化分解水和氧氣，凈化水質(zhì)。淀粉酶的作用是水解淀粉和糖。

（二）酶工程技術(shù)原理

酶工程技術(shù)是將需要催化的動(dòng)植物細(xì)胞、微生物細(xì)胞、酶等原料與催化酶置于同一生物反應(yīng)容器中，然后利用生物酶的催化功能，是原料的化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，產(chǎn)生不同的作用。酶工程技術(shù)首先需要對(duì)生物酶進(jìn)行制備。生物酶的分子活性影響著生物酶的化學(xué)反應(yīng)速率，為了確保較高的化學(xué)反應(yīng)速率，需要對(duì)生物酶制劑采用分離提純技術(shù)提高純度、收率、活性。

生物酶制備應(yīng)用酶分離技術(shù)，先對(duì)酶提純，再行制備為純度較高的生物酶制劑。

二、酶工程技術(shù)研究

酶工程技術(shù)的研究包括酶源開(kāi)發(fā)、酶制劑生產(chǎn)、酶分離提純和固定化技術(shù)、酶反應(yīng)器與酶的作用等。其中酶制劑的生產(chǎn)在酶工程技術(shù)市場(chǎng)占有較大的比重，并且在近些年呈現(xiàn)較快的增長(zhǎng)趨勢(shì)。從1998年開(kāi)始，全世界的酶制劑銷(xiāo)售額高達(dá)13億美元，并且每年呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。在酶制劑的應(yīng)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(chǎng)調(diào)查報(bào)告顯示，酶制劑市場(chǎng)銷(xiāo)售額高達(dá)37.74億美元，從2008年開(kāi)始到2016年，酶制劑市場(chǎng)增長(zhǎng)約6%。目前，市場(chǎng)上已研究并應(yīng)用的酶制劑超過(guò)3000種，其中廣泛應(yīng)用與工業(yè)化工等領(lǐng)域的超過(guò)60種。從2016年開(kāi)始，全球的酶制劑市場(chǎng)以每年平均11%的速度快速增長(zhǎng)。為酶制劑的擴(kuò)大化應(yīng)用提供了良好的理論及其技術(shù)基礎(chǔ)。

三、酶工程技術(shù)應(yīng)用

（一）食品工業(yè)中的應(yīng)用

酶工程技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用所占市場(chǎng)份額最大。我國(guó)的第二代酶，固定化酶技術(shù)產(chǎn)生于七十年代后期，在食品工業(yè)中主要應(yīng)用于釀酒工業(yè)、淀粉加工、面粉烘烤、蛋白質(zhì)加工、果樹(shù)加工、乳品加工等。在釀酒工業(yè)中，生產(chǎn)啤酒的原料麥芽會(huì)生產(chǎn)大量的淀粉酶、纖維素等，但由于酶活力不足，導(dǎo)致蛋白質(zhì)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(huì)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(tài)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(chǎn)出率。

（二）醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

生物酶在人體內(nèi)有著重要的作用。如果體內(nèi)生物酶先天性不足，在臨床醫(yī)學(xué)中表現(xiàn)為以下幾種疾病：（1）先天性酶缺陷白化病，該病表現(xiàn)為發(fā)白、皮膚為白色，為遺傳性疾病。（2）有機(jī)磷農(nóng)藥與膽堿酯酶活性中心的絲氨酸羥基結(jié)合引起的酶活性喪失或減弱性神經(jīng)疾病。（3）人體內(nèi)生物酶定位和分布不足，含量不穩(wěn)定引發(fā)的疾病。以上疾病需要通過(guò)增加相應(yīng)的缺失酶活改變酶活力來(lái)環(huán)節(jié)病情。改變酶活力的方法如下：（1）細(xì)胞發(fā)生損傷時(shí)增加定位細(xì)胞的酶，提高血清的酶活力。（2）發(fā)生酶排泄性障礙時(shí)應(yīng)用堿性磷酸酶將酶引入血液中進(jìn)行排血，以提高酶活力。（3）細(xì)胞酶合成速度增加時(shí)，釋放于血液中的酶含量增高，需要降低酶合成速度。

（三）農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

生物酶在農(nóng)業(yè)中廣泛應(yīng)用于畜牧養(yǎng)殖添加劑。生物酶作為飼料添加劑的應(yīng)用開(kāi)始于1958年，而被廣泛關(guān)注的時(shí)間發(fā)生于19世紀(jì)80年代。將微生物復(fù)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(dòng)物飼料轉(zhuǎn)化率，促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)，而且生物酶可以提高動(dòng)物免疫力，降低動(dòng)物養(yǎng)殖的死亡率。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，酶工程技術(shù)對(duì)生物工程的研究有著重要的促進(jìn)意義。生物工程作為一門(mén)應(yīng)用型學(xué)科，對(duì)促進(jìn)社會(huì)發(fā)展的意義重大。酶工程技術(shù)作為生物工程中的重要分支，在不同行業(yè)中的應(yīng)用方式不同，需要結(jié)合其他的生物工程技術(shù)對(duì)酶分子進(jìn)行改造，研究不同的基因酶制劑，才能不斷的豐富酶業(yè)和酶化學(xué)工業(yè)，擴(kuò)大應(yīng)用范圍，發(fā)揮對(duì)于社會(huì)各行各業(yè)的貢獻(xiàn)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓斌，張林豐.現(xiàn)代生物化工中酶工程技術(shù)研究與應(yīng)用[J].北京農(nóng)業(yè)，2018（33）：37-39.

[2]翟小語(yǔ).現(xiàn)代生物化工中酶工程技術(shù)研究與應(yīng)用[J].電子測(cè)試，2016（08）：141+109.

[3]張啟明.現(xiàn)代生物化工中酶工程技術(shù)研究與應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)科技與信息，2016（20）：15-16.