现代生物化工中酶工程技术研究与应用

林栋材（杭州圣尔德生物科技有限公司，浙江 杭州310000）

0 引言

众所周知，人的生存与发展都离不开新陈代谢，而酶是人体新陈代谢中不可或缺的催化剂。在新陈代谢的基础上，机体进行细胞的更迭，维持机体各项功能。酶作为新陈代谢中常见的催化剂，对于加快新陈代谢速度、促进化学反应起到重要作用。最初的淀粉酶主要是从麦芽提取液中得到的，随着现代生物化工技术的不断进步，人们对于酶工程了解更加深入，为现代生物化工的发展提供了更多支持。笔者结合自身工作和学习经验，探讨现代生物化工中酶工程技术研究与应用，希望对相关人士有一定借鉴价值。

1 酶在工程技术反应中的特点与功能

从本质上来说，生物酶是一种蛋白质，在有机物体的活细胞中孕育而成，具有良好的催化作用。常见的酶促反应主要是指生物酶参与的反应，为加快代谢速度提供了保障，生物酶的特征主要有以下几个方面：一是催化效率高，和普通的催化剂相比，生物酶的催化效率要高出10倍以上；二是稳定性差，由于生物酶对于活性要求较高，在应用时很容易受到外界因素的干扰，造成蛋白质失去稳定性；三是专业性强，普通的催化剂往往能够应用在多个化学反应中，生物酶选择面较窄，通常只能用于一种化合物反应；四是酶活力不是固定不变的，而是可以进行调节，由于蛋白酶特性较好，在不同种类蛋白酶的组合下，对于提升催化活力有很大帮助。随着现代生物化工的发展，酶工程技术应用范围更加广泛，在农业、工业、遗传等方面有着巨大的发展潜力。

2 酶在工程技术中的基本原理

从功能来看，酶工程技术主要研究酶和物体交互作用和转变的历程。在经过化学的作用后，由于作用物的分子与所包含的能量值不在同一水平线上，要确保达到一定程度后才能参与相应的化学作用。换句话说，作用物的分子只有在充满活力的情况下才能参与转化。影响酶加速反应的因素主要包含底物浓度、酶浓度、pH 值、温度、抑制剂、激活剂。依据酶的反应途径与抑制剂的功能否可逆可分为：可逆型抑制作用与不可逆型作用。在进行酶生机测试时，由于实验阶段通常不能直接得到测试结果，要保障酶生机与浓度之间的关系，做好合理控制才能确保测试最终含量。

3 酶工程技术的研究

在现代生物化工发展中，对于酶工程技术的研究不断深入，这是由于这项技术包含的内容比较丰富，比如酶源开发技术、酶分离提纯技术等。从现阶段应用情况来看，酶工程技术发展速度十分之快，对于提升各行各业经济效益有很大帮助。为了切实提高酶的活性，要注重基因工程的有效应用，将具有特殊功能生物酶导入到微生物中，有助于提升催化效率。基因工程能够改变酶的结构，有效提升酶的稳定性，进而形成特定结构的氨基酸，保障生物化工产品的功能。不同的条件限制，可能会影响酶的催化效率。因此，保持合理的临界状态，减少酶反应过程中的阻力，更好地发挥酶的实际作用。如为消除二氧化碳的毒性，可使其与酶处于超临界状态，依赖酶的催化作用，加快与反应物的分离速度。加大酶工程技术的研究力度，帮助技术人员更好地了解酶的结构、特性，进而明确其应用特性，有利于推动现代生物化工的发展和进步。

4 现代生物化工中酶工程技术的应用

4.1 疾病防治

在疾病防治方面，酶工程主要体现在以下几个方面：一是用于消化不良辅助药物中，主要涉及水解酶种类，包括多酶片、蛋白酶等药物中；二是用于外伤辅助治疗，主要应用于胰凝乳蛋白酶、胰蛋白酶，能够清理外伤化脓伤口以及胸、腹腔粘膜粘连；三是治疗凝血、弥漫性血栓，用于相应的酶制剂，比如血纤维蛋白酶、尿激酶中；四是用于抗癌药物中，比如天冬酰胺酶；五是用于蛋白血症的治疗，主要发挥生物酶弹性蛋白的作用。

4.2 医学领域

在医学领域，生物酶的应用主要包含以下三个方面：一是用于遗传病，当由于先天性原因造成酶代谢失常时，造成无法形成黑色素，比如白化病患者皮肤和毛发异常，生物酶能够发挥关键作用；二是在不可逆抑制作用下也会带来一定疾病，要加强抑制药物的应用，提升酶的活性，降低神经传递质可能引发的负面影响，从而达到抵抗疾病的效果；三是诊断疾病，人体各项组织中都含有相应的酶，正常情况下其活性都在一定范围内，当出现疾病后组织酶的活性发生改变，通过测量酶的活性就能诊断相应的疾病。

4.3 人体领域

生物酶能够起到分解人体脂肪作用，通过催化养分，提升细胞的活性，能够起到消炎、抵抗恶性肿瘤发展，还是净化血液。从实际研究情况来看，生物酶还可以有效补充人体免疫物质，提升营养物质的利用和吸收效果。

4.4 畜牧业

在畜牧业领域，生物酶的应用最早起源于19 世纪，随着畜牧业的不断发展，生物酶在多种畜牧饲料中应用更加频繁，比如微生物复合酶、淀粉酶等。生物酶饲料的应用有助于动物更好成长，提升饲料使用效率，增强动物免疫力。比如，一些幼小动物的存活率较低，生物酶饲料的应用很好地解决了这方面问题，在提升动物存活率的同时也减少了兽医药费的使用，对于畜牧业的长期发展有积极影响。此外，在人类生活、生产中含有大量蛋白质废弃物，未经处理的废弃物不能用于畜牧业，通过酶工程技术的应用，可以将蛋白质废弃物进行发酵，大幅提升废弃物的转化效率，降低畜牧业成本，推动畜牧的健康发展。酶处理有着广阔的应用前景，必须深入研究酶反应副产物的特征和稳定化、反应残余物的处理、处理费用等问题。

4.5 遗传育种

应用在遗传育种方面，可以将生物酶作为标记物，在遗传学规律的基础上，以确定植物在种群中的亲缘系统。酶工程技术还可以应用在亲子关系鉴定中，发挥其遗传标记的作用，提升亲子鉴定的准确性和效率。随着生物化工酶工程技术的不断进步，遗传标记流程和方式都发生了相应的改变，这方面的研究力度和深度不断增加。我们相信，酶工程技术在遗传育种方面会有更加广阔的发展空间，为研究人员提供便捷、可靠的参考依据。

4.6 酶在洗涤工业方面的应用

在加酶洗衣粉使用方面，主要包含蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶。这些酶具有较强的去污能力，能够明显提升洗涤效果。蛋白酶能够将蛋白质水解，变成可溶性的氨基酸。由于衣物上容易沾上果汁、奶制品、咖啡等，在洗涤物中加入蛋白酶能够提升洗涤剂的活性，达到良好的去污效果；脂肪酶在低温状态下也能够去除脂肪，同时这种酶具有累积效果，也就是说，其去污能力和洗涤次数呈正比；淀粉酶能够起到水解淀粉的作用，衣物上沾上面条、土豆泥、巧克力等污渍后，利用淀粉酶去除这类污垢。也可以将淀粉酶和脂肪酶共同使用，形成复合酶制剂，去污效果得以大幅提升。

5 结语

总而言之，随着生物化工技术的不断发展，酶工程技术在提升生产效率方面发挥着非常关键的作用。不同的工程技术在酶的要求上不尽相同，酶的工艺技术专业性更强，其附属指也不断提高。在基因工艺技术的推动下，利用蛋白质能够改变氨基酸的结构，进而改变酶的特性，开发出新的产品，提升生物酶的应用效果。另外，酶工程技术在微生物方面也得到了广泛应用，对于推动现代生物化工产业化进程有推动作用，酶工程技术的应用范围会不断增加，对于提升行业的经济效益和社会价值有积极作用。