現代生物化工中酶工程技術研究與應用

林棟材（杭州圣爾德生物科技有限公司，浙江 杭州310000）

0 引言

眾所周知，人的生存與發展都離不開新陳代謝，而酶是人體新陳代謝中不可或缺的催化劑。在新陳代謝的基礎上，機體進行細胞的更迭，維持機體各項功能。酶作為新陳代謝中常見的催化劑，對于加快新陳代謝速度、促進化學反應起到重要作用。最初的淀粉酶主要是從麥芽提取液中得到的，隨著現代生物化工技術的不斷進步，人們對于酶工程了解更加深入，為現代生物化工的發展提供了更多支持。筆者結合自身工作和學習經驗，探討現代生物化工中酶工程技術研究與應用，希望對相關人士有一定借鑒價值。

1 酶在工程技術反應中的特點與功能

從本質上來說，生物酶是一種蛋白質，在有機物體的活細胞中孕育而成，具有良好的催化作用。常見的酶促反應主要是指生物酶參與的反應，為加快代謝速度提供了保障，生物酶的特征主要有以下幾個方面：一是催化效率高，和普通的催化劑相比，生物酶的催化效率要高出10倍以上；二是穩定性差，由于生物酶對于活性要求較高，在應用時很容易受到外界因素的干擾，造成蛋白質失去穩定性；三是專業性強，普通的催化劑往往能夠應用在多個化學反應中，生物酶選擇面較窄，通常只能用于一種化合物反應；四是酶活力不是固定不變的，而是可以進行調節，由于蛋白酶特性較好，在不同種類蛋白酶的組合下，對于提升催化活力有很大幫助。隨著現代生物化工的發展，酶工程技術應用范圍更加廣泛，在農業、工業、遺傳等方面有著巨大的發展潛力。

2 酶在工程技術中的基本原理

從功能來看，酶工程技術主要研究酶和物體交互作用和轉變的歷程。在經過化學的作用后，由于作用物的分子與所包含的能量值不在同一水平線上，要確保達到一定程度后才能參與相應的化學作用。換句話說，作用物的分子只有在充滿活力的情況下才能參與轉化。影響酶加速反應的因素主要包含底物濃度、酶濃度、pH 值、溫度、抑制劑、激活劑。依據酶的反應途徑與抑制劑的功能否可逆可分為：可逆型抑制作用與不可逆型作用。在進行酶生機測試時，由于實驗階段通常不能直接得到測試結果，要保障酶生機與濃度之間的關系，做好合理控制才能確保測試最終含量。

3 酶工程技術的研究

在現代生物化工發展中，對于酶工程技術的研究不斷深入，這是由于這項技術包含的內容比較豐富，比如酶源開發技術、酶分離提純技術等。從現階段應用情況來看，酶工程技術發展速度十分之快，對于提升各行各業經濟效益有很大幫助。為了切實提高酶的活性，要注重基因工程的有效應用，將具有特殊功能生物酶導入到微生物中，有助于提升催化效率。基因工程能夠改變酶的結構，有效提升酶的穩定性，進而形成特定結構的氨基酸，保障生物化工產品的功能。不同的條件限制，可能會影響酶的催化效率。因此，保持合理的臨界狀態，減少酶反應過程中的阻力，更好地發揮酶的實際作用。如為消除二氧化碳的毒性，可使其與酶處于超臨界狀態，依賴酶的催化作用，加快與反應物的分離速度。加大酶工程技術的研究力度，幫助技術人員更好地了解酶的結構、特性，進而明確其應用特性，有利于推動現代生物化工的發展和進步。

4 現代生物化工中酶工程技術的應用

4.1 疾病防治

在疾病防治方面，酶工程主要體現在以下幾個方面：一是用于消化不良輔助藥物中，主要涉及水解酶種類，包括多酶片、蛋白酶等藥物中；二是用于外傷輔助治療，主要應用于胰凝乳蛋白酶、胰蛋白酶，能夠清理外傷化膿傷口以及胸、腹腔粘膜粘連；三是治療凝血、彌漫性血栓，用于相應的酶制劑，比如血纖維蛋白酶、尿激酶中；四是用于抗癌藥物中，比如天冬酰胺酶；五是用于蛋白血癥的治療，主要發揮生物酶彈性蛋白的作用。

4.2 醫學領域

在醫學領域，生物酶的應用主要包含以下三個方面：一是用于遺傳病，當由于先天性原因造成酶代謝失常時，造成無法形成黑色素，比如白化病患者皮膚和毛發異常，生物酶能夠發揮關鍵作用；二是在不可逆抑制作用下也會帶來一定疾病，要加強抑制藥物的應用，提升酶的活性，降低神經傳遞質可能引發的負面影響，從而達到抵抗疾病的效果；三是診斷疾病，人體各項組織中都含有相應的酶，正常情況下其活性都在一定范圍內，當出現疾病后組織酶的活性發生改變，通過測量酶的活性就能診斷相應的疾病。

4.3 人體領域

生物酶能夠起到分解人體脂肪作用，通過催化養分，提升細胞的活性，能夠起到消炎、抵抗惡性腫瘤發展，還是凈化血液。從實際研究情況來看，生物酶還可以有效補充人體免疫物質，提升營養物質的利用和吸收效果。

4.4 畜牧業

在畜牧業領域，生物酶的應用最早起源于19 世紀，隨著畜牧業的不斷發展，生物酶在多種畜牧飼料中應用更加頻繁，比如微生物復合酶、淀粉酶等。生物酶飼料的應用有助于動物更好成長，提升飼料使用效率，增強動物免疫力。比如，一些幼小動物的存活率較低，生物酶飼料的應用很好地解決了這方面問題，在提升動物存活率的同時也減少了獸醫藥費的使用，對于畜牧業的長期發展有積極影響。此外，在人類生活、生產中含有大量蛋白質廢棄物，未經處理的廢棄物不能用于畜牧業，通過酶工程技術的應用，可以將蛋白質廢棄物進行發酵，大幅提升廢棄物的轉化效率，降低畜牧業成本，推動畜牧的健康發展。酶處理有著廣闊的應用前景，必須深入研究酶反應副產物的特征和穩定化、反應殘余物的處理、處理費用等問題。

4.5 遺傳育種

應用在遺傳育種方面，可以將生物酶作為標記物，在遺傳學規律的基礎上，以確定植物在種群中的親緣系統。酶工程技術還可以應用在親子關系鑒定中，發揮其遺傳標記的作用，提升親子鑒定的準確性和效率。隨著生物化工酶工程技術的不斷進步，遺傳標記流程和方式都發生了相應的改變，這方面的研究力度和深度不斷增加。我們相信，酶工程技術在遺傳育種方面會有更加廣闊的發展空間，為研究人員提供便捷、可靠的參考依據。

4.6 酶在洗滌工業方面的應用

在加酶洗衣粉使用方面，主要包含蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶。這些酶具有較強的去污能力，能夠明顯提升洗滌效果。蛋白酶能夠將蛋白質水解，變成可溶性的氨基酸。由于衣物上容易沾上果汁、奶制品、咖啡等，在洗滌物中加入蛋白酶能夠提升洗滌劑的活性，達到良好的去污效果；脂肪酶在低溫狀態下也能夠去除脂肪，同時這種酶具有累積效果，也就是說，其去污能力和洗滌次數呈正比；淀粉酶能夠起到水解淀粉的作用，衣物上沾上面條、土豆泥、巧克力等污漬后，利用淀粉酶去除這類污垢。也可以將淀粉酶和脂肪酶共同使用，形成復合酶制劑，去污效果得以大幅提升。

5 結語

總而言之，隨著生物化工技術的不斷發展，酶工程技術在提升生產效率方面發揮著非常關鍵的作用。不同的工程技術在酶的要求上不盡相同，酶的工藝技術專業性更強，其附屬指也不斷提高。在基因工藝技術的推動下，利用蛋白質能夠改變氨基酸的結構，進而改變酶的特性，開發出新的產品，提升生物酶的應用效果。另外，酶工程技術在微生物方面也得到了廣泛應用，對于推動現代生物化工產業化進程有推動作用，酶工程技術的應用范圍會不斷增加，對于提升行業的經濟效益和社會價值有積極作用。