现代生物技术中酶工程技术的研究与应用

摘要：酶是生物体内天然催化剂，在代谢中发挥重要作用。近年来，随着科技的进步与发展，人们越来越看重酶工程技术，诸多生物酶能够将产品量化，极大促进生物技术行业的发展。据此，本文将从酶工程在医疗、遗传、食品、畜牧工业等领域中的应用和前景展望进行了论述。

关键词：生物技术;酶工程;研究应用

人类身体在生活中重要关键的一个环节是新陈代谢过程，这个过程的完成必须依靠着体内酶的催化作用，因此酶是人体中天然催化剂。不仅我们的身体健康需要酶，在生活、科技、生物等领域，由于酶的特定化学转化功能，使酶也带来了更多的便利和价值。简单来说，通过酶的催化功能，让其在不同的生物领域对原有的物品进行改变加工，提升原来的性能及优点。众所周知，现代生物技术中对酶工程技术的研究是越来越多，应用的范围也越来越广泛。酶工程技术的目标从过去的仅仅增加酶的产量，逐渐演变到现在通过生物技术来更改酶的结构以大幅度的提高社会利益。

1.酶工程技术概述

1.1酶的生物特点

绝大多数的生物酶的根本本质为蛋白质，主要成分为DNA，还有一些成分为RNA，关键经生物体活细胞生成，然后积聚在活细胞内并发挥相应催化作用。它是生物体祛陈出新的触媒。酶有很多的生物特点：①催化的效率比较高。酶的催化作用最大的功用可以是其他的一千多倍，效率及其惊人，是其他催化剂不可比拟的。②专一性比较强，通常来说一种酶只能催化一种化合物，而其他的催化剂往往可以同一时间催化不同的物质。③较不稳定。酶发挥作用一般需要特定的环境，如果温度或者PH不適宜可能会破坏酶的活性，进而失去催化作用。

1.2酶的作用原理

在研究生物酶与生物技术之间的作用原理的过程中，我们不仅深入掌握和应用酶的生物特性，还需要确定酶在反应中行使的功能。由于在一个化学反应体系中，发生反应的不同分子的能量是各不相同的，因而在反应的发生过程中，任意一个分子都是有机会引发化学反应的，然而不都是每个分子都引发变化，那些有能量被激活或达到一定阈值的分子才会在活动中诱发反应。被激活的分子多引起的反应速度快。分子正常静止状态的能量与活动性状态是有差异的，分子从常态移为活动态的过程是要增加能量的，这一部分能量是活化能。如何帮助反应快速有效地到某一能量阈值呢？一是可以通过提高反应中的温度或者增加光照时间和程度;二是添加催化剂调低了反应能量阈值，因此反应可以在较低的活化阈值下进行。与其他催化剂作用一致，酶将底物分子的活化能力调低。根据酶反应的不同结果我们发现，影响酶的加速反应的因素有酶浓度、抑制剂、激活剂和温度、酸碱度等。

2.酶工程技术的研究

酶工程也是一种蛋白质工程，是运用突变技术或分子生物技术，改变蛋白质中的氨基酸对酶的技术研究应用最早是在食品方面，我们吃的腌制食品大多是经过酶的作用而制成，例如豆腐乳、啤酒等。随着大家对酶的认可，酶的作用在生活中是不可忽视的，慢慢对生物酶重视起来，对它的研究越来越广、越来越深入，酶在各行各业都应用其中，为我们带来了高速、便利的生活，明显提高了社会的经济效益，将发展的进程大踏步的提升。酶工程所需要的技术很多：有分离提纯酶技术、研发酶原技术、生产制备酶制剂、酶的固定与化学修饰及反应器等技术。现在酶工程技术已广泛运用在合成生物学、医学和生物制造等行业。其中酶制剂的制造是一个重要环节，所占的比重逐年升高。并且在近几年基因工程的运动对酶的改造和提升也是至关重要的，通过改善酶的构造，将酶的活力加快，更加稳定酶的性能，更加适应现在对生物技术的需要。此外对酶的技术研究过程中，一些新兴高级的技术也正在研发，对研发科技技术人员的要求也越来越高。

3.酶工程技术在现代生物不同领域中的应用

3.1医疗中的应用

关于人的身体健康，酶的作用是极其重要的，一些疾病是跟酶是有密不可分的关系，在疾病的诊疗过程中，可以通过对酶的含量的分析，来进行判断与治疗。有些遗传疾病因为体内某些物质结构不正确，导致影响酶的正常功能，从而引发病变。对酶的深入研究不仅可以应用到看病的过程中，而且治疗方法中，不少药物、器械应用也有酶应用其中，同时逐渐在预防和治未病方面也发挥重要作用。举例说明，人体内消化功能依靠很多生物酶，出现消化不良等情况时，首先应考虑酶的失衡;在清理外伤伤口和伤口愈合过程中，生物酶可以起到辅助功能，能有效的促进伤口的恢复;在抗炎方面，由于酶有催化作用，将细胞的活性激活与提高，促使人体的抗炎机制的发动;再就是对于恶性肿瘤的治疗，酶也有突出的贡献，可以一定程度上限制肿瘤的进展;另外生物酶可以提高人体的抵抗力，对营养物质的吸收有着促进作用，有着一定的预防保健作用。

3.2遗传学中的应用

现代科研项目的研究表明动物体内的有些酶是具有遗传性质的，根据酶的追踪与分析，可以总结出一定的遗传学规律，根据酶可以判断是否存在血缘关系。同理发现，这样的研究亦可以运用于人类的亲子鉴定中。高效率、高准确率的诊断特征在遗传学中的运用，也对调查相关的遗传信息有所帮助，提出更加快捷、科学的方法及措施，在一定程度上降低了工作的难度，节省时间与费用，也提高了工作的效率。

3.3食品业中的应用

民以食为天，食物是人类是赖以生存的物质，酶的工程研究技术存在大部分食物的制作与加工中。我国70年代末，研究学者成功研发酶的固定化技术，运用在酿造啤酒、加工淀粉、面粉、乳类饮品等。在啤酒的陈酿过程中，麦芽作为制作原料随着发酵时间的延长会产生诸多淀粉酶等，但过去酶的活动力不够，蛋白质的降解达不到最优化，糖化效果较低，导致制作出的啤酒口感差。酿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产生的淀粉酶，后来发现，在酿酒的原材料中添加酸性蛋白酶，可以明显增加淀粉酶的活性而促进糖化的提高，提高啤酒的口感度和产出率。

3.4畜牧业的应用

生物酶也广泛应用在我国的畜牧业当中。当前，畜牧饲料当中添加很多的微生物复合酶以及淀粉酶等。酶在动物体内也起到具有极大的作用。首先，摄入生物酶能促进动物正常的生长发育，减少动物疾病的发生，在体内形成天然的保护屏障，对外界病菌等有抵抗作用，动物的生存率从而可以提升。其次，饲料中添加生物酶，可以提高饲料的产量和质量，更优质的饲料其抗霉、抗虫能力较强，储存起来比较方便。总体来说，在加工饲料当中添加生物酶，一方面减少了饲养的成本，另一方面，动物健康也减轻了医疗压力，使畜牧业主取得较好的经济效益。

3.5洗涤工业的应用

我们生活中使用的洗衣粉经过酶工程的加入，改良了洗涤工艺。其中加入的酶主要有蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等，这些酶可以促使洗涤过程去污效果好，并可以清洁多种污染物。蛋白酶可以分解蛋白质，成为可溶性氨基酸，所以添加蛋白酶后可以清洁奶渍、饮料污渍等;淀粉酶能分解淀粉，故米饭、面条、地瓜等污染衣物后可以经添加淀粉酶的洗衣粉进行清洗;脂肪酶可以分解脂肪，因此在低温环境下，加入脂肪酶的洗衣粉可以去除油渍，并且随着清洁次数增多，清洁能力更强。不同的酶对应的效果不同，所以说针对性的使用各种洗衣粉可以在去除污物方面事半功倍。

4.展望

目前酶的应用还不完善，在研究过程中也发现某些不足与问题，例如酶比较单一，酶的复合程度不强，而且精度不高，很多粗加工生物酶即使用到产业中，另外酶工程的研发、使用过程中部分还有不少污染物生成等等。诸多问题还需要我们慢慢解决。

树立对酶的正确观念，传统过去的理论可能无法适应现在科技进步的需求，因此对生物酶理论的及时更新以及如何科学的运用酶技术是刻不容缓的。这个过程是需要时间和人力物力的，一者对过去的酶工程的研究经验进行归纳总结，进而也要确保酶工程技术的发展与革新，让生物酶更适合的运用到更多的相关专业中。

利用新技术、新设备。研究生物酶是靠技术，也依赖设备的。创新型的技术可以发掘酶的更多功能，设备也是为了该技术的有效实施提供了后盾支持。目前我们实际酶工程现况并不是到达巅峰，新技术和设备略有些缺乏，还有很大的进步空间的。专业的研究人员应确定各专业的主要所需，及时发掘新型技术，利用采购的新设备，为酶工程的进一步发展提供基石。

重视人才培养。现代生物酶工程是一个高精尖的工作，难度高、专业性强，需要技术性的研究，所以尽早及时培养专业人才是目前所需，而且提高人才的素质也是刻不容缓的。保障科研人员的待遇，定期举办培训班，增加奖励机制，从而调动科研人员的积极性，确保生物酶工程的有序不紊的进步与发展。

5.结语

总之，酶工程在经济社会的发展中前景越来越好，酶的技术研发和应用也是越来越广泛，目前应用在医疗、遗传、食品、畜牧、工业等行业。酶工程带来了巨大的经济效益，为社会的发展节省了诸多资源与成本。就目前发现的缺陷与不足还需要我们明天的努力，改进技术，加强研究，提高现代生物技术。总体来说，由于科技的进步，实际国力的提升，酶工程技术在生物领域的发展越来越迅速，未来将占据一席之地，起到重要的作用，对增加我国的产品质量与产率有着很深刻的贡献意义。

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作者简介：王艳菊，1972.10.8，女，黑龙江，汉，大学本科，中级（拟申报高工），研究方向：生物化工。