酶工程技術(shù)在生物化工中的應(yīng)用

劉慶，朱海，荀順義，單繼軍(博瑞生物醫(yī)藥泰興市有限公司，江蘇 泰興 225400)

0 引言

酶工程技術(shù)在現(xiàn)代生物化工行業(yè)有廣泛應(yīng)用，方便生物化工企業(yè)的新產(chǎn)品開發(fā)以及對(duì)已有產(chǎn)品的進(jìn)一步改良，對(duì)生物化工行業(yè)來說，酶工程技術(shù)的科學(xué)利用十分必要。

1 酶工程技術(shù)在生物化工行業(yè)應(yīng)用中遇到的問題

目前，酶工程技術(shù)在酶工程技術(shù)的發(fā)展相對(duì)來說還不夠成熟，所以在部分前期的應(yīng)用中，避免不了會(huì)出現(xiàn)一些亟待解決的問題。首先，在新產(chǎn)品的應(yīng)用中，缺少科學(xué)性及創(chuàng)造性。雖然酶工程技術(shù)在酶工程技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用較普遍，但是很多技術(shù)成果都是借鑒而來的，并不是依靠自身的創(chuàng)新發(fā)明得到的，對(duì)新產(chǎn)品的研發(fā)資金投入力度不夠，人力和物力的匱乏使生物制藥的發(fā)展受到限制。其次，雖然有部分產(chǎn)品經(jīng)過努力研發(fā)取得了成功，但是面對(duì)不能大規(guī)模投入生產(chǎn)的難題，由于設(shè)備和儀器的水平有限，不能做到酶工程技術(shù)的普遍使用。最后，在產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)完成后，企業(yè)沒有做好相關(guān)產(chǎn)品的廣泛宣傳，人們對(duì)這類產(chǎn)品沒有普遍認(rèn)識(shí)，使產(chǎn)品的投入面對(duì)市場(chǎng)冷淡期。

2 酶工程技術(shù)在制藥業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1 基因工程在制藥業(yè)中的應(yīng)用

基因工程的應(yīng)用領(lǐng)域以新型藥物的開發(fā)和生產(chǎn)為主，利用基因工程細(xì)菌實(shí)現(xiàn)對(duì)基因片段的表達(dá)，通常生產(chǎn)的產(chǎn)品都是對(duì)技術(shù)要求比較高，同時(shí)利用傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的成本較貴的生物藥品?；蚬こ痰膽?yīng)用可以很大程度上降低藥品價(jià)格，方便普通百姓用藥?；蚬こ痰淖饔贸松a(chǎn)已經(jīng)研發(fā)出來的藥品之外，還可以為開發(fā)新藥品提供模型。比如可以利用基本工程來治療乙肝?？挂腋尾《净蛑委熂夹g(shù)如圖1所示。

圖1 抗乙肝病毒基因治療技術(shù)

基因工程的科學(xué)使用還可以幫助提取純度更高的藥品，并對(duì)傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝進(jìn)行改善，使藥品的療效可以得到一定程度的提高。

2.2 細(xì)胞工程在制藥業(yè)中的應(yīng)用

單克隆抗體技術(shù)是細(xì)胞工程的一種，其原理是將兩種具有不同性質(zhì)的細(xì)胞進(jìn)行結(jié)合，產(chǎn)生出具有兩種原細(xì)胞特性的新細(xì)胞，這種技術(shù)在對(duì)腫瘤的診斷過程中廣泛應(yīng)用，在很多腫瘤的治療中也有相應(yīng)的推廣和使用。細(xì)胞工程技術(shù)可以對(duì)腫瘤細(xì)胞進(jìn)行消滅，從而達(dá)到保護(hù)患者體內(nèi)正常細(xì)胞的目的，使患者的壽命得到延長。在很多動(dòng)植物細(xì)胞的培養(yǎng)中也有細(xì)胞工程的應(yīng)用，其中植物細(xì)胞的培養(yǎng)可以幫助提煉出更多有效且具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的成分，其培養(yǎng)過程很少受地理位置及氣候條件的影響。利用培養(yǎng)出來的動(dòng)植物細(xì)胞實(shí)現(xiàn)再生產(chǎn)，得到可以幫助治療疾病的相關(guān)藥品，如與人相關(guān)的活性因子和疫苗等DNA重組的產(chǎn)品，為更多患者治病的同時(shí)為企業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益[1]。細(xì)胞工程在制藥業(yè)中的應(yīng)用如圖2所示。

圖2 細(xì)胞工程在制藥業(yè)中的應(yīng)用

2.3 發(fā)酵工程在制藥業(yè)中的應(yīng)用

發(fā)酵工程又被稱作微生物工程，其原理是對(duì)酶工程技術(shù)進(jìn)行合理利用，并結(jié)合微生物具備的部分特定功能，生產(chǎn)出對(duì)人們來說有利用價(jià)值的藥品，微生物還可以在工業(yè)生產(chǎn)中體現(xiàn)應(yīng)用價(jià)值。利用微生物的代謝過程實(shí)現(xiàn)藥物生產(chǎn)叫做發(fā)酵工程技術(shù)，生產(chǎn)出的藥物含有很多生物活性物質(zhì)，如：抗生素、氨基酸、有機(jī)酸和激素等。在中藥的炮制中可以利用微生物的生長代謝，這種方式相比較于物理和化學(xué)方法來說更有優(yōu)勢(shì)，可以在提高療效的同時(shí)降低副作用，使中藥的適應(yīng)癥范圍得到適當(dāng)擴(kuò)大，為中藥的活性成分提供保護(hù)屏障，節(jié)約藥物生產(chǎn)成本。

2.4 酶工程在制藥業(yè)中的應(yīng)用

酶工程原理是對(duì)酶、細(xì)胞器及細(xì)胞中特定的催化功能加以充分利用，通過生物反應(yīng)裝置，再結(jié)合一些相關(guān)的工藝手段，對(duì)人們需要的藥品進(jìn)行生產(chǎn)加工。酶工程技術(shù)是一種新型技術(shù)，其源于化工技術(shù)與酶學(xué)理論的深度結(jié)合，在很多地區(qū)的藥品生產(chǎn)中采用了固定化細(xì)胞及固定化酶技術(shù)。固定化酶的科學(xué)應(yīng)用可以幫助藥物分子的全程合成，同時(shí)可以幫助藥物進(jìn)行相應(yīng)轉(zhuǎn)化。目前，很多維生素C就是利用了微生物轉(zhuǎn)化法得來的。酶工程制藥研究的主要內(nèi)容包括酶反應(yīng)器、細(xì)胞的固定化及產(chǎn)藥酶的來源等，很多地區(qū)都有投入使用固定化酶技術(shù)及固定化細(xì)胞技術(shù)，從而使生產(chǎn)的藥物擁有更高的療效[2]。

3 酶工程技術(shù)在食品領(lǐng)域中的應(yīng)用

3.1 酶膜反應(yīng)器的應(yīng)用

酶膜反應(yīng)器在食品領(lǐng)域主要用于淀粉水解、蛋白質(zhì)水解生產(chǎn)生物活性肽、纖維素水解生產(chǎn)麥芽糖、功能活性多肽、氨基酸、乳糖的水解和乳清蛋白多肽的獲得、食用油中脂肪的水解、食品添加劑、果汁、葡萄酒的澄清、肉類嫩化、促進(jìn)風(fēng)味物質(zhì)形成及功能活性物質(zhì)的合成等。酶膜是將酶促反應(yīng)與膜的選擇透過性相結(jié)合，強(qiáng)化酶反應(yīng)過程傳質(zhì)作用的一種反應(yīng)器，通常是將活性組分酶固定于膜的表面或膜內(nèi)，使膜具有分離作用的同時(shí)還具有催化功能。另外，也有在反應(yīng)器中將酶與底物混合催化結(jié)束后再進(jìn)行超濾。酶膜反應(yīng)器可進(jìn)行一個(gè)相或兩個(gè)相的操作，對(duì)于兩個(gè)相的操作尤為有利，兩個(gè)互不相溶的相分別在膜的兩側(cè)，底物可以通過膜孔透過膜與固定在膜表面的酶分子相互作用，催化反應(yīng)在膜表面發(fā)生。用于固定化酶的膜有具有疏水和親水兩種：一種是酶則被固定在疏水膜的水相一側(cè)，脂相透過膜；另一種是酶被固定在親水膜的脂側(cè)，水相透過膜。一般根據(jù)過濾的物質(zhì)的性質(zhì)選擇適當(dāng)?shù)哪げ牧线M(jìn)行過濾，親水性膜材料可以降低蛋白類物質(zhì)在膜表面形成污染。因此，通過膜改性提高膜材料的親水性，降低膜污染，提高膜通量延長膜運(yùn)行時(shí)間是目前膜材料領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。隨著膜技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，酶膜反應(yīng)器在生物、醫(yī)藥、食品、化工、環(huán)境等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。固定化酶膜技術(shù)以及如何解決固定化酶膜運(yùn)行過程中的污染問題，成為目前酶工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

3.2 生物傳感器技術(shù)的應(yīng)用

在食品檢測(cè)中應(yīng)用生物傳感技術(shù)是通過一種集成式的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，該系統(tǒng)由具有化學(xué)分子識(shí)別功能的生物材料、換能器以及信號(hào)放大器組成。根據(jù)生物傳感器中分子識(shí)別元件即敏件可分為五類：酶?jìng)鞲衅鳎⑸飩鞲衅?，?xì)胞傳感器，組織傳感器和免疫傳感器。由于其構(gòu)成特點(diǎn)，生物傳感技術(shù)具備操作簡單、相應(yīng)快、損耗少、自動(dòng)化程度高、可聯(lián)機(jī)操作等優(yōu)點(diǎn)。目前，生物傳感器技術(shù)主要應(yīng)用于檢測(cè)食品生熟度和味道、肉類食品的新鮮度檢測(cè)，另外也可應(yīng)用于對(duì)亞硫酸鹽等食品添加劑和農(nóng)藥殘留物的檢測(cè)工作。隨著食品種類以及數(shù)量的不斷增加，食品檢測(cè)技術(shù)受到了極大的挑戰(zhàn)。目前我國最為常見的食品生物檢測(cè)技術(shù)為PCR技術(shù)、生物酶技術(shù)、生物芯片技術(shù)、生物傳感技術(shù)等，這些技術(shù)的應(yīng)用在一定程度上提高了食品安全監(jiān)測(cè)效率。因此，相關(guān)技術(shù)人員以及研究人員應(yīng)深入分析食品檢測(cè)中的各種生物技術(shù)，并對(duì)其進(jìn)行合理應(yīng)用和創(chuàng)新，進(jìn)而推動(dòng)我國食品安全管理工作的有效開展。

4 酶工程技術(shù)在畜牧業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

在畜牧業(yè)領(lǐng)域，生物酶的應(yīng)用最早起源于19世紀(jì)，隨著畜牧業(yè)的不斷發(fā)展，生物酶在多種畜牧飼料中應(yīng)用更加頻繁，如：微生物復(fù)合酶、淀粉酶等。生物酶飼料的應(yīng)用有助于動(dòng)物更好成長，提升飼料使用效率，增強(qiáng)動(dòng)物免疫力。比如一些幼小動(dòng)物的存活率較低，生物酶飼料的應(yīng)用很好地解決了這方面問題，在提升動(dòng)物存活率的同時(shí)也減少了獸醫(yī)藥費(fèi)的使用，對(duì)于畜牧業(yè)的長期發(fā)展有積極影響。此外，在人類生活、生產(chǎn)中含有大量蛋白質(zhì)廢棄物，未經(jīng)處理的廢棄物不能用于畜牧業(yè)，通過酶工程技術(shù)的應(yīng)用，可以將蛋白質(zhì)廢棄物進(jìn)行發(fā)酵，大幅提升廢棄物的轉(zhuǎn)化效率，降低畜牧業(yè)成本，推動(dòng)畜牧的健康發(fā)展[3]。

5 結(jié)語

綜上所述，酶工程技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用對(duì)生物化工相關(guān)領(lǐng)域都有著深遠(yuǎn)的影響，社會(huì)各界對(duì)生物技術(shù)的潛在價(jià)值及可能帶來的經(jīng)濟(jì)效益更加重視。比如酶工程技術(shù)融入到新藥研制的很多環(huán)節(jié)，此項(xiàng)技術(shù)不僅可以為稀有藥材提供保護(hù)，還可以幫助部分材料提高自身的活性成分，進(jìn)而幫助其提升實(shí)際的療效。因此，酶工程技術(shù)的應(yīng)用前景非常良好，企業(yè)需要增加投入，推動(dòng)酶工程技術(shù)水平的提升。