現(xiàn)代生物化工中酶工程技術(shù)研究與應(yīng)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(fā)展都離不開(kāi)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(chǔ)上，機(jī)體進(jìn)行細(xì)胞的更迭，維持機(jī)體各項(xiàng)功能。酶作為新陳代謝中常見(jiàn)的催化劑，對(duì)于加快新陳代謝速度、促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)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(xiàn)代生物化工技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們對(duì)于酶工程了解更加深入，為現(xiàn)代生物化工的發(fā)展提供了更多支持。筆者結(jié)合自身工作和學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，探討現(xiàn)代生物化工中酶工程技術(shù)研究與應(yīng)用，希望對(duì)相關(guān)人士有一定借鑒價(jià)值。

1 酶在工程技術(shù)反應(yīng)中的特點(diǎn)與功能

從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，生物酶是一種蛋白質(zhì)，在有機(jī)物體的活細(xì)胞中孕育而成，具有良好的催化作用。常見(jiàn)的酶促反應(yīng)主要是指生物酶參與的反應(yīng)，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(gè)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(wěn)定性差，由于生物酶對(duì)于活性要求較高，在應(yīng)用時(shí)很容易受到外界因素的干擾，造成蛋白質(zhì)失去穩(wěn)定性；三是專業(yè)性強(qiáng)，普通的催化劑往往能夠應(yīng)用在多個(gè)化學(xué)反應(yīng)中，生物酶選擇面較窄，通常只能用于一種化合物反應(yīng)；四是酶活力不是固定不變的，而是可以進(jìn)行調(diào)節(jié)，由于蛋白酶特性較好，在不同種類蛋白酶的組合下，對(duì)于提升催化活力有很大幫助。隨著現(xiàn)代生物化工的發(fā)展，酶工程技術(shù)應(yīng)用范圍更加廣泛，在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、遺傳等方面有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2 酶在工程技術(shù)中的基本原理

從功能來(lái)看，酶工程技術(shù)主要研究酶和物體交互作用和轉(zhuǎn)變的歷程。在經(jīng)過(guò)化學(xué)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(dá)到一定程度后才能參與相應(yīng)的化學(xué)作用。換句話說(shuō)，作用物的分子只有在充滿活力的情況下才能參與轉(zhuǎn)化。影響酶加速反應(yīng)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(jù)酶的反應(yīng)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(jìn)行酶生機(jī)測(cè)試時(shí)，由于實(shí)驗(yàn)階段通常不能直接得到測(cè)試結(jié)果，要保障酶生機(jī)與濃度之間的關(guān)系，做好合理控制才能確保測(cè)試最終含量。

3 酶工程技術(shù)的研究

在現(xiàn)代生物化工發(fā)展中，對(duì)于酶工程技術(shù)的研究不斷深入，這是由于這項(xiàng)技術(shù)包含的內(nèi)容比較豐富，比如酶源開(kāi)發(fā)技術(shù)、酶分離提純技術(shù)等。從現(xiàn)階段應(yīng)用情況來(lái)看，酶工程技術(shù)發(fā)展速度十分之快，對(duì)于提升各行各業(yè)經(jīng)濟(jì)效益有很大幫助。為了切實(shí)提高酶的活性，要注重基因工程的有效應(yīng)用，將具有特殊功能生物酶導(dǎo)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(jié)構(gòu)，有效提升酶的穩(wěn)定性，進(jìn)而形成特定結(jié)構(gòu)的氨基酸，保障生物化工產(chǎn)品的功能。不同的條件限制，可能會(huì)影響酶的催化效率。因此，保持合理的臨界狀態(tài)，減少酶反應(yīng)過(guò)程中的阻力，更好地發(fā)揮酶的實(shí)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(tài)，依賴酶的催化作用，加快與反應(yīng)物的分離速度。加大酶工程技術(shù)的研究力度，幫助技術(shù)人員更好地了解酶的結(jié)構(gòu)、特性，進(jìn)而明確其應(yīng)用特性，有利于推動(dòng)現(xiàn)代生物化工的發(fā)展和進(jìn)步。

4 現(xiàn)代生物化工中酶工程技術(shù)的應(yīng)用

4.1 疾病防治

在疾病防治方面，酶工程主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)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(yīng)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(yīng)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(fā)揮生物酶彈性蛋白的作用。

4.2 醫(yī)學(xué)領(lǐng)域

在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，生物酶的應(yīng)用主要包含以下三個(gè)方面：一是用于遺傳病，當(dāng)由于先天性原因造成酶代謝失常時(shí)，造成無(wú)法形成黑色素，比如白化病患者皮膚和毛發(fā)異常，生物酶能夠發(fā)揮關(guān)鍵作用；二是在不可逆抑制作用下也會(huì)帶來(lái)一定疾病，要加強(qiáng)抑制藥物的應(yīng)用，提升酶的活性，降低神經(jīng)傳遞質(zhì)可能引發(fā)的負(fù)面影響，從而達(dá)到抵抗疾病的效果；三是診斷疾病，人體各項(xiàng)組織中都含有相應(yīng)的酶，正常情況下其活性都在一定范圍內(nèi)，當(dāng)出現(xiàn)疾病后組織酶的活性發(fā)生改變，通過(guò)測(cè)量酶的活性就能診斷相應(yīng)的疾病。

4.3 人體領(lǐng)域

生物酶能夠起到分解人體脂肪作用，通過(guò)催化養(yǎng)分，提升細(xì)胞的活性，能夠起到消炎、抵抗惡性腫瘤發(fā)展，還是凈化血液。從實(shí)際研究情況來(lái)看，生物酶還可以有效補(bǔ)充人體免疫物質(zhì)，提升營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用和吸收效果。

4.4 畜牧業(yè)

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，比如微生物復(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(zhǎng)，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(wèn)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(zhǎng)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(guò)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。酶處理有著廣闊的應(yīng)用前景，必須深入研究酶反應(yīng)副產(chǎn)物的特征和穩(wěn)定化、反應(yīng)殘余物的處理、處理費(fèi)用等問(wèn)題。

4.5 遺傳育種

應(yīng)用在遺傳育種方面，可以將生物酶作為標(biāo)記物，在遺傳學(xué)規(guī)律的基礎(chǔ)上，以確定植物在種群中的親緣系統(tǒng)。酶工程技術(shù)還可以應(yīng)用在親子關(guān)系鑒定中，發(fā)揮其遺傳標(biāo)記的作用，提升親子鑒定的準(zhǔn)確性和效率。隨著生物化工酶工程技術(shù)的不斷進(jìn)步，遺傳標(biāo)記流程和方式都發(fā)生了相應(yīng)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(shù)在遺傳育種方面會(huì)有更加廣闊的發(fā)展空間，為研究人員提供便捷、可靠的參考依據(jù)。

4.6 酶在洗滌工業(yè)方面的應(yīng)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(qiáng)的去污能力，能夠明顯提升洗滌效果。蛋白酶能夠?qū)⒌鞍踪|(zhì)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(dá)到良好的去污效果；脂肪酶在低溫狀態(tài)下也能夠去除脂肪，同時(shí)這種酶具有累積效果，也就是說(shuō)，其去污能力和洗滌次數(shù)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(fù)合酶制劑，去污效果得以大幅提升。

5 結(jié)語(yǔ)

總而言之，隨著生物化工技術(shù)的不斷發(fā)展，酶工程技術(shù)在提升生產(chǎn)效率方面發(fā)揮著非常關(guān)鍵的作用。不同的工程技術(shù)在酶的要求上不盡相同，酶的工藝技術(shù)專業(yè)性更強(qiáng)，其附屬指也不斷提高。在基因工藝技術(shù)的推動(dòng)下，利用蛋白質(zhì)能夠改變氨基酸的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而改變酶的特性，開(kāi)發(fā)出新的產(chǎn)品，提升生物酶的應(yīng)用效果。另外，酶工程技術(shù)在微生物方面也得到了廣泛應(yīng)用，對(duì)于推動(dòng)現(xiàn)代生物化工產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程有推動(dòng)作用，酶工程技術(shù)的應(yīng)用范圍會(huì)不斷增加，對(duì)于提升行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)價(jià)值有積極作用。