酶工程发展概况及应用前景
【摘要】酶的生产和应用的技术过程称为酶工程。
其主要任务是通过预先设计,经人工操作而获得大量所需的酶,并利用各种方法使酶发挥其最大的催化功能。
本文意在阐述近年来酶工程在分子水平的研究进展,展示酶工程在医药、农业、食品、环境保护等领域的应用进展,并对其未来前景进行了展望。
【关键词】酶工程；概况；应用；前景
酶工程，从定义上来说，是酶制剂在工业上的大规模应用，主要由酶的生产、酶的分离纯化、酶的固定化和生物反应器四个部分组成。
简而言之，酶工程就是将酶或者微生物细胞，动植物细胞，细胞器等在一定的生物反应装置中，利用酶所具有的生物催化功能，借助工程手段将相应的原料转化成有用物质并应用于社会生活的一门科学技术。
它包括酶制剂的制备，酶的固定化，酶的修饰与改造及酶的反应器等方面内容。
酶工程的前景
酶因其反应的专一性，高效性和温和性的特点，已和生物工程，信息科学和材料科学构成了当今的三大前沿科学。
而作为生物工程的重要组成部分，将在未来的发展中，在世界科技和经济发展中起着主导和支柱作用。
而工业用酶日益广泛地应用于化学，医药，纺织，农业，日化，食品，能源，化妆品以及环保等行业。
据报道，到2003年，欧洲工业用酶的市场增加至9亿美元，年增长率达百分之十；而2000年的中国，酶制剂总产量达272吨，同比增长8.8%，可谓发展迅速，前景十分广阔。
酶工程的发展
酶工程的发展，是一部科学的成长史。
在二次世界大战后,酶工程发展成为新的工业领域—酶工程工业。
酶工程的发展历史从那时算起, 至今已经三十多个年头了。
六十年代以后, 由于固定化酶、固定化细胞及固定化活细胞的崛起, 使酶制剂的应用技术面貌一新。
七十年代以后，伴随着第二代酶——固定化酶及其相关技术的产生，酶工程才算真正登上了历史舞台。
固定化酶正日益成为工业生产的主力军，在化工医药、轻工食品、环境保护等领域发挥着巨大的作用。
几十年来酶制剂的品种和应用不断扩大。
不仅如此，还产生了威力更大的第三代酶，它是包括辅助因子再生系统在内的固定化多酶系统，它正在成为酶工程应用的主角。
近年来, 国际上酶工程技术发展迅速, 硕果累累,主要有基因工程、蛋白质工程、人工合成酶、模拟酶、核酸酶、抗体酶、酶的定向固定化技术、酶化学技术、非水酶学、糖生物学、糖基转移酶、极端环境微生物和不可培养微生物的新品种等。
酶工程的应用
酶工程的发展日新月异，现举几个例子更加形象地说明酶工程地应用：
酶工程在污染处理中的作用：可利用过氧化物酶和聚酚氧化酶处理含酚废水和造纸废水，如辣根过氧化物酶，木质素过氧化物酶，植物来源的过氧化物酶；酪氨酸酶，漆酶等；可利用氰化物酶和氰化物水合酶处理含氰废水；利用蛋白酶，淀粉酶处理食品加工废水；并且，可以通过设计复合代谢途径，拓宽氧化酶的专一性等基因工程的运用，提高微生物的降解速率;拓宽底物的专一性;维持低浓度下的代谢活性;改善有机污染物降解过程中的生物催化稳定性等。
酶在废物处理及资源化过程中正在发挥重要作用, 利用基因工程和蛋白质工程扩展酶的代谢途经, 是治理难降解有毒污染物的重要方法。
酶工程技术在农业中的应用：
由于酶制剂主要作为催化剂与添加剂使用，从而带动了许多产业的发展。
应用酶工程对农产品进行深加工，是人们努力的一个方向。
乳制品加工则需要用凝乳酶和乳糖酶。
此外，酶工程在饲料加工领域也有重大应用。
1、酶工程应用于农产品的深加工
利用α-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶和葡萄糖异构酶的催化功能，以玉米淀粉等为原料生产高果糖浆等。
乳制品加工则需要用凝乳酶和乳糖酶。
农副产品的加工和综合利用需要用纤维素酶、果胶酶和木质素酶。
此外，从木瓜中提取的木瓜蛋白酶，提高活性和固定化以后，可以被用来酿制啤酒和制造果汁。
2、酶工程在用农产品开发生物活性肽方面的应用
以前，人们认为氨基酸是人体吸收蛋白质的主要途径，随着研究发现，蛋白质经消化道中的酶水解后，主要以小肽的形式吸收，比完全游离的氨基酸更易吸收利用。
这一发现，启发了科研工作者采用酶工程技术用蛋白质生产生物活性肽的新思路。
⑥生物活性肽是蛋白质中2 0种天然氨基酸以不同排列组合方式构成的从二肽到复杂的线性或环形结构的不同肽类的总称，是源于蛋白质的多功能化合物。
活性肽具有多种人体代谢和生理调节功能，易消化吸收，有促进免疫、激素调节、抗菌、抗病毒、降血压、降血脂等作用，且食用安全性高。
生物活性肽主要是通过酶法降解蛋白质而制得。
目前已从大豆蛋白、玉米蛋白、牛奶蛋白、水产蛋白的酶解物中制得一系列功能各异的生物活性肽。
酶工程在食品领域的应用
酶是活细胞产生的具有高效催化功能、高度专一性和高度受控性的一类特殊蛋白质。
其催化作用的条件非常温和, 可在常温、常压下进行, 又有可调控性, 因而食品工业是应用酶工程技术最早和最广泛的行业。
近年来, 由于固定化细胞技术、固定化酶反应器的推广应用, 促进了食品新产品的开发, 产品品种增加, 质量提高, 成本下降, 为食品工业带来了巨大的社会经济效益。
固定化葡萄糖异构酶在高果糖浆生产中的应用；利用固定化酶用于水解牛奶中的乳糖，从而促进人体对乳糖的分解吸收，防止腹泻以及腹痛的发生。
果蔬加工中的应用。
随着人们对天然健康食品的不断需求, 近年来, 采用果胶酶和其他的酶( 如纤维素酶等) 处理可以大大提高出汁率, 简化工艺步骤,并且可制得透明澄清的蔬菜汁。
焙烤食品中的应用。
酶在烘烤食品方面, 可以增大面包体积, 改善面包表皮色泽, 改良面粉质量, 延缓陈变, 提高柔软度,延长保存期限。
脂肪氧化酶添加于面粉中, 可以使面粉中的不饱和脂肪酸氧化, 同胡萝卜素发生共扼氧化作用而将面粉漂白。
食品保鲜方面的应用。
生物酶用于食品保鲜主要就是制造一种有利食品保质的环境, 它主要根据不同食品所含的酶和种类, 而选用不同的生物酶, 使食品所含的不利食品保质的酶受到抑制或降低其反应速度, 从而达到保鲜的目的。
例如葡萄糖氧化酶加在瓶装饮料中, 吸去瓶颈空隙中氧而延长保鲜期; 溶菌酶对革兰氏阳性菌有较强的溶菌作用, 用于肉制品、干酪、水产品等的保鲜; 细胞壁溶解酶可消除某些微生物的繁殖, 已被用作代替有害人体健康的化学防腐剂, 对食品进行保鲜储藏。
【发展前景】
现在已知的酶的酶有几千种，但是还远远不能满足人们对酶日益增长的需要。
随着科技的发
展，人们正在发现更多、更好的酶。
其中，令人瞩目的有核酸酶和抗体酶、端粒酶、糖生物学和糖基转移酶和极端环境微生物和不可培养微生物的新酶种，此外，新的固定化、分子修饰和非水相催化等技术越来越受到人们关注。
伴随着人类基因组计划取得的巨大成果，基因组学和蛋白质组学的诞生，生物信息学的兴起，以及DNA重排技术的发展，预期在不久的将来，众多新酶的出现将使酶的应用达到前所未有的广度和深度。
可以预计,随着各种高新技术的广泛应用及酶工程研究工作的不断深入,酶工程研究和酶制剂工业必将取得更快、更大的发展。
可以相信,将来人们可以用化学的方法随心所欲地构造出各种性能优异的人工合成酶和模拟酶,而且还可以采用生物学方法在生物体外构造出性能优良的产酶工程菌为生产和生活服务,酶工程技术必将在工业、医药、农业、化学分析、环境保护、能源开发和生命科学理论研究等各个方面发挥越来越大的作用。
结语
总体而言，随着科学技术的不断升高，生物化学中的酶工程技术面临着一个全新的发展时代。
生物化学中，酶的工艺技术更具有专业性质，且附属值愈来愈高。
并在基因项目的工艺技术逐渐有了起色的情况下，利用蛋白质改变原有的氨基酸结构，从而更改酶的性质，以研发出新的产品。
此外，随着基因项目中的工艺技术的迅速发展，微生物也对现代化的产品做出了许多贡献，应用于各种生物化工技术的研究。
从而加速了现代化生物化工产业的进程，总体行业呈现出一个优良的发展态势。
参考文献：
【1】张久民.酶工程技术在乳品工业中的应用[J].养殖技术顾问，2009（03）.
【2】杨淑芳.酶工程在农产品加工上的应用[J].农业工程技术（农产品加工业），2008（04）.
【3】何进武，黄惠华.酶工程在酿酒工业中的应用[J].酿酒. 2007（03）.
【4】王顺新，庞书亮，牟德华.酶工程技术在开发活性多肽方面的研究进展[J].食品工程，2007（02）.
【5】于萌萌.酶与酶工程[J].中国科技奖励，2007（09）
【6】陈红霞，酶工程与抗生素工业[J]. 国外医药抗生素分册2005.11第26卷第6期【7】杨淑芳,酶工程在农产品加工上的应用. 农业工程技术(农产品加工业) 2008/04
【8】赵长友,张国立,刘玉英.青黄贮中添加纤维素酶防止和延缓二次发酵的研究报告[J].辽宁畜牧兽医，1994,4:9-11.
【9】赵德英,茌亚青,盛福全,等.饲用微生物酶的生产和应用[J].中国饲料,1999,8:13-16.
【10】张海平,杨静.酶法转化淀粉合成海藻糖的初步研究.中国食品添加剂.2000,2:61～64 【11】薛璐,马莺.透性化海藻糖合酶的研究.食品与发酵工业.2002,28(1):16～18
【12】范伟平,欧阳平凯,吴月,酶工程技术在食品添加剂生产中的应用.食品工业科技1997.No.6
【13】熊吉敏，武晋娴，酶工程的新研究及应用进展.科技信息2008年第26期
【14】居乃琥.21世纪酶工程研究的新动向[J].工业微生物,2001,31(1):37-45.。