酶工程的发展状况及其应用前景
摘要：酶在现代生物生产中扮演着重要角色，酶作为一种生物催化剂，因其催化作用具有高度专一性、催化条件温和、无污染等特点，以及酶工程不断的技术性突破，使得酶在工业、农业、医药卫生、能源开发及环境工程等方面的应用越来越广泛。
关键词：酶工程 生物催化剂 酶的固定
正文：
随着酶生产的不断发展，酶的应用越来越广泛。现在，酶工程已在医药、食品工业、农业、饲料、环保、能源、科研等领域广泛应用。成为基因工程、细胞工程、蛋白质工程等新技术领域的科学研究和技术开发中不可取代的工具。
一、酶工程的发展及应用现状
（一）国内外酶制剂的发展现状
BCC最新研究报告显示，未来 4 年全球工业酶制剂市场价值将以9.1％的复合年增长率继续增长，由2011年的39亿美元增加至 2016 年的约61亿美元。该报告将工业酶市场细分成3个部分：生物酶、食品和饮料酶以及其他酶制剂。2011 年生物酶的市场价值达12 亿美元，预计还将以8.2％的复合年增长率继续增长，2016年达17亿美元。2011年食品和饮料活性酶的市场价值接近13亿美元，未来 4 年还将以10.4％的年均复合增长率增长，预计2016年达21 亿美元。 2011年其他酶制剂的市场价值为 15 亿美元，预计还将以8.7％的复合年增长率增长，到2016年市场价值将达到22亿美元①。
我国酶制剂工业面经过近几十年的发展，初步具有一定的规模，取得了很大的进步。但是，国外酶制剂公司仍然处于绝对的领先地位，特别是一些比较出色的公司，例如，诺和诺德公司（Novo Nordisk）、丹尼斯克公司（Danisco）等②。
（二）酶工程的应用现状
一、酶工程技术在医药工业中的应用
1、酶的固定化技术
酶的固定化(enzyme immobilization)是指采用有机或无机固体材料作为载体(carrier or support)，将酶包埋起来或束缚、限制于载体的表面和微孔中，使其仍具有催化活性，并可回收及重复使用的酶化学方法与技术。不使用固体材料作为载体，通过酶分子之间的相互交联形成聚集体，也可将酶固定化，称为无载体酶固定化。由于酶的蛋白质属性，进人人体后产生免疫反应，因稀释效应，而无法集中于靶器官组织，常不能保持最适合的治疗浓度，而固定化酶则很好的克服了游离酶的这些缺点，应用于治疗镁缺乏症、代谢异常症及制造人工内脏方面，如固定化L-天冬酰胺酶用于治疗白血病。葡萄糖氧化酶被固定化在纳米微带金电极上可用于活体检测的微生物传感器③。
固定化酶技术可用于治疗一些代谢障碍疾病。已知人类关于新陈代谢的疾病已过120余种，很多病因归结为人体缺乏某种酶的活性，一种可能的治疗方法就是通过某种方式给病人提供他所缺乏的酶。其提供的方式主要有：①将固定化酶用于体内作为治疗药物；②将固定化酶组装成体外生物反应器，通过体外循环作为临床治疗剂。将固定化酶用于临床诊断的例子很多，如各种酶测试盒层出不穷，采用固定化酶柱反应器的FIA(流动注射法)可用于临床诊断检测尿酸、葡萄糖、氨、尿素、胆甾醇、谷氨酸、乳酸、无机磷等。
2、酶催化技术
主要介绍非水相介质中的酶催化，传统的酶催化反应主要在水相中进行，但自1987年Kilibanov等。用脂肪酶粉或固定化酶在几乎无水的有机溶剂中成功地催化合成了肽以及手性的醇、脂和酰胺以来，对酶在非水相介质的催化反应技术的开发及研究报道迅速增加，特别在手性药物的不对称合成及手性药物拆分的生物技术开发中得到了很多应用。目前非水相中的酶催化技术已衍生出以下几类体系：①水与有机溶剂的互溶均相体系；②水与有机溶剂
形成的两相或多相体系；③单相有机溶剂体系；④反胶束体系；⑤超临界液体；⑥低温体系等。不同的介质体系都有各自的适用范围，研究在不同介质中的酶催化反应动力学及热力学平衡以及酶催化机制将对某一特定催化反应所需介质的筛选和使用起到十分重要的指导意义，樊可可和欧阳平凯在两相体系酶催化反应介质的选取方面做了很多的实验及理化研究，已初步归纳出经实验验证行之有效的两相体系中酶促肽键合成反应介质的筛选原则。
前酶催化技术主要应用于制药领域，应用酶催化技术可以生产许多成品药及医药中间体。它是通过以制造初级代谢产物、中间代谢产物、次级代谢产物及催化转化和拆分等形式来进行的。这已成为当今新药开发和改造传统制药工艺的重要手段，特别在手性药物及中间体的生产中更有广泛的应用前景。以下重点介绍几个制药领域中酶催化技术的应用：生产医药用的氨基酸（如L-丙氨酸）、有机酸（柠檬酸、L一苹果酸、L-酒石酸）、抗生素（如6一氨基青霉烷酸、氨苄青霉素和羟氨青霉素）、肽类药物（如胰岛素、环孢菌素A）以及广泛应用于多种维生素(VB2、VB12)、甾体药物(氢化可的松、脱氢泼尼松、睾丸激素等)及核苷酸类药物(5’-核苷酸，3’-核苷酸)等的生产④。
3、酶的化学修饰
酶的化学修饰是指利用化学手段将某些化学物质或基团结合到酶分子上，或将酶分子的某部分删除或置换，改变酶的理化性质，最终达到改变酶的催化性质的目的。
在生物医药领域中化学修饰可以提高医用酶的稳定性，延长它在体内的半衰期，抑制免疫球蛋白的产生，降低或消除酶分子的免疫原性，确保其生物活性的发挥。
修饰剂作为一种屏障，将蛋白质表面的抗原决定簇掩盖起来，使得蛋白质分子不能与各种细胞表面受体结合，不被机体的免疫系统识别，避免了相应抗体的产生，这是化学修饰降低药用蛋白免疫原性的基本原理。同时．由于修饰剂的屏障效应，使蛋白质不易受到各种蛋白酶的攻击，降解速率明显降低。有利于药用蛋白活性的发挥。目前研究表明。PEC、人血清蛋白、聚丙氨酸在消除或降低酶抗原性上效果明显。另外，PEC修饰超氧化物歧化酶活力保持51％，在血液中停滞时间延长，抗炎活性提高⑤。
二、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。
3、酶工程在饲料工业中的应用
动物体由于不能分泌分解纤维素、半纤维素、木质素、果胶等植物细胞壁物质的酶系，
因此动物自身不能消化利用这些物质，只能通过瘤胃和大肠微生物利用上述部分物质。植物细胞壁非淀粉多糖降解酶可降解畜禽消化道内的非淀粉多糖，降低肠道内容物的粘性，促进营养物质的消化吸收，减少畜禽下痢，从而促进畜禽生长和提高饲料利用率。据报道，利用纤维素复合酶作为半干贮添加剂可提高半干贮饲料的营养成分。蛋白质含量提高，粗纤维含量下降，半干贮品质得到改善，获得了色、味、嗅、质地及完好率均为上乘的优质半干贮饲料，并可抑制霉菌生长、防止腐败和延缓二次发酵，提高了半干贮饲料的完好率和利用率⑦。
三、酶工程技术在食品工业中的应用
酶工程技术广泛应用于食品添加剂生产，不断开发新酶源，研制新产品，固定化酶反应器使生产连续，设备小型化，生产成本降低，产品易纯化，收率提高。酶工程技术在这个生产领域显示了很大的使用价值和应用潜力。
1、食品加工中的应用
现代酶工程属于高新技术，其技术先进，厂房设备投资少，工艺简单、能耗低、产品收率高、效率高、经济效益大。利用微生物发酵和基因工程技术可以获得能在极酸性和极碱性的环境中工作的酶，用于食品生产可取得许多意想不到的结果。其在食品加工中可应用于乳品加工、蛋白质加工和酿酒工业等。
2、乳品加工中的应用
固定化技术是用物理或化学方法限制或定位在某一特定空间范围内，保留酶固有的催化活性和存活力。由于其可被重复连续使用，此项技术已在乳品工业中得到广泛应用，如乳糖水解。因为乳糖中含有葡萄糖和半乳糖，在世界许多人群中，特别是亚洲人群存在对乳糖有不适应现象，用固定化的β半乳糖苷酶对乳糖进行水解，则可消除乳糖不耐症的现象。[5]此外还可应用于牛乳过敏症防治、综合利用乳清制造乳酸、乙酸工艺等。杨君等应用海藻酸钠—壳聚糖固定化乳酸菌进行发酵乳清饮料研究。结果表明，固定化乳酸菌产酸和耐酸能力强，菌种活力持久并可多次重复利用。
SPR生物传感器技术与传统的相互作用分析技术相比较,具有高灵敏度、免标记、实时检测、耗样量极少、非破坏性及高选择性等优点,现已发展成为一门非常有用的传感检测技术。其可用来检测食品中营养成分和有豁成分的含量、食品新鲜与成熟度等，食品中毒素的检测，食品添加剂分析等。乳品工业中的质量控制、浓度分析、污染物检测等方面成为乳品集团和广大人民高度关注的问题,也成为生物传感器飞速扩大的应用领域之一。
抗生素在养牛业的广泛应用,不可避免地造成牛乳中抗生素残留。其中具有β-内酰胺环的抗生素如青霉素G、阿莫西林、氨苄西林等在乳牛养殖业中常用于治疗乳牛乳房炎,尤其是青霉素G由于其廉价和广谱抗菌性而被频繁地超剂量使用,因此导致了牛乳中高浓度的青霉素G残留。抗生素残留不仅影响乳品加工业,更对人的健康造成影响。因此，科学家们运用SPR技术对牛乳中的抗生素进行了检测，Ferguson等利用SPR传感器准确的检测牛奶中链霉素和二双氢链霉素的残留[7];Giuseppe等采用SPR生物传感器检测牛奶中残留抗生素β-乳胺,检出限为2μg/L,每次检样也仅需10min。
3、蛋白质加工中的应用
蛋白酶能将蛋白质水解为肽和氨基酸，提高和改善蛋白质的溶解性，乳化性，起泡性，粘度、风味等。利用蛋白酶制剂可以避免酸水解，碱水解对氨基酸的破坏作用，保证蛋白质营养价值不受影响。在豆乳的生产中，传统工艺中存在着原材料利用率低、稳定性差、复溶性不好等缺点。利用蛋白酶的作用，豆乳中的蛋白质和碳水化合物被降解，这样就可以提高原材料利用率，增加产品稳定性，改进产品的营养价值。
伴肌动蛋白(Nebulin)是存在于肌原纤维肌小节中的一种大分子量蛋白。作为高分子量肌原纤维结构蛋白，伴肌动蛋白在鱼体肌肉弹性的形成及品质变化过程中的作用具有较高的研究价值。近年，杜雪莉等采用Sephacryl S-400凝胶过滤柱层析和电洗脱等纯化方法，首
次从黄鳍鲷骨骼肌中分离纯化到伴肌动蛋白，并制备了特异性多克隆抗体。多克隆抗体经Protein A-Sepharose亲和层析柱纯化得到高纯度免疫球蛋白G (IgG)。采用聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)、免疫斑点印迹(Dot-Blot)和免疫印迹(Western-Blot)等方法对纯化的伴肌动蛋白及其多克隆抗体进行分析鉴定，并研究了不同贮藏条件下伴肌动蛋白的变化情况。SDS-PAGE结果显示从黄鳍鲷骨骼肌中分离纯化了高纯度伴肌动蛋白；Dot-Blot检测结果显示兔抗黄鳍鲷伴肌动蛋白多克隆抗体效价为5×104；Western-blot检测表明兔抗黄鳍鲷伴肌动蛋白多克隆抗体能与肌原纤维蛋白中的伴肌动蛋白发生特异性反应，而与其它蛋白不发生免疫交叉反应。
4、酿酒工业中的应用
麦芽是生产啤酒的主要原料。麦芽质量欠佳或大麦、大米等辅助原料使用量较大时，会造成淀粉酶β—葡聚糖酶、纤维素酶的活力不足，使糖化不能充分、蛋白质降解不足，从而影响啤酒的风味和收率。使用微生物淀粉酶、蛋白酶、β—葡聚糖酶等制剂，可补充麦芽中酶活力不足的缺陷。
浓香型曲酒的产量在五大香型白酒中名列前茅，其主体香味物质己酸乙酯含量高低直接影响曲酒的风格和质量。利用微生物的酯化功能来提高酒的酯含量是近来酿酒行业研究的热点。四川省农科院水稻高粱研究所生物中心采用系统选育与诱变选育方法选育出了酯化能力强的功能菌21～3，该菌株性能稳定，具有较强的己酸乙酯合成能力和糖化能力，有利于促进己酸、丁酸及混合酸与乙醇的酯化作用，生成以己酸乙酯为主体的酯类物质，并提高浓香型的质量
四、酶工程技术环境治理中的应用
随着人类社会的不断发展，工业越来越发达，环境问题随之而来，并变得日益严峻，目前，工业三废对人们日常生活的影响越来越大，环境问题以不容忽视，而传统的化学方法显现出了弊端与不足，利用酶工程治理环境得到了人们的青睐。
1、含芳香族化合物废水处理
芳香族化合物，包括酚和芳香胺，属于优先控制污染物。石油炼制厂、树脂和塑料生产厂、染料厂、织布厂等很多工业企业的废水中均含有此类物质。大多数芳香族化合物都有毒，在废水被排放前必须把它们去除。很多酶已用于废水处理以取代传统的处理方法，现在研究和应用较多的过氧化酶有辣根过氧化物酶、木质素过氧化物酶及其他酶类。
辣根过氧化物酶(HRP，EC1.11.1.7)是酶处理废水领域中应用最多的一种酶 。有过氧化氢存在时，它能催化氧化多种有毒的芳香族化合物，其中包括酚、苯胺、联苯胺及其相关的异构体，反应产物是不溶于水的沉淀物,这样就很容易用沉淀或过滤的方法将它们去除。HRP的应用都集中在含酚污染物的处理方面，使用HRP处理的污染物包括苯胺、羟基喹啉、致癌芳香族化合物等。而且， HRP可以与一些难以去除的污染物一起沉淀，去除物形成多聚物而使难处理物质的去除率增大。这个现象在处理含多种污染物的废水时有重要的实际应用 。木质素过氧化物酶，也叫木质素酶，可以处理很多难降解的芳香族化合物和氧化多种多环芳烃、酚类物质。木质素对新型污染物也具有高效降解作用。
植物来源的酶，从西红柿中提取的过氧化物酶用来使酚类化合物聚合。一些植物的根也可用于污染物的去除。
聚酚氧化酶可分为两类，酪氨酸酶和漆酶。它们都需要氧分子的参与， 但不需要辅酶。酪氨酸酶（EC1.14.18.1）,也叫酚酶或儿茶酚酶, 催化两个连续的反应:( a) 单分子酚与氧分子通过氧化还原反应形成邻苯二酚; ( b) 邻苯二酚脱氢形成苯醌, 苯醌非常不稳定, 通过酶催化聚合反应形成不溶于水的产物, 用过滤即可去除。酪氨酸酶已成功地用于从废水中沉淀和去除0. 01~ 1. 00 g / L 的酚类。酪氨酸酶用甲壳素固定化后处理含酚废水, 2 h 内去除率达100 % 。 固定化酪氨酸酶可防止被水
流冲走及与苯醌反应而失活。固定化酪氨酸酶使用10 次后仍然有效。因此，固定若氨酸酶于甲壳素上可有效去除有毒酚类物质。漆酶由一些真菌产生, 通过聚合反应去除有毒酚类。而且, 由于它的非选择性, 能同时减少多种酚类的含量。漆酶的去毒功能与被处理的特定物质、酶的来源及一些环境有关。
2、造纸废水处理
造纸废水处和理中的酶有过氧化氢酶、漆酶、分解纤维素的酶等，已用于造纸废水脱色，它们的固定化形式的处理效果比游离形式好。
木质素过氧化物酶作用的机理为：通过将苯环单元催化氧化成能自动降解的阳离子基团而降解木质素。漆酶可通过沉淀作用去除漂白废水中的氯酚和氯化木质素。分解纤维素的酶这类酶主要用于造纸浆和脱墨操作中的污染处理。纸浆和造纸操作中的废水处理产生的污泥纤维素含量高，可用于生产乙醇等能源物质。所使用的酶是纤维二糖水合酶、纤维素酶和j3一葡萄糖酶组成的混合酶系。脱墨操作中产生的低含量纤维质废物可转化为可发酵的糖类。所使用的酶在高浓度墨存在时不被抑制。
3、含氰（腈）废水处理
据估计，全世界每年使用的氰化物为300万吨。而氰化物是新陈代谢抑制剂，对人类和其他生物有致命的危害，因此处理氰化物非常重要。
氰化物酶氰化物酶能把氰化物转变为氨和甲酸盐，因此是一步反应历程。
Alcaligenes denitn ficans（一种革兰氏阴性菌）可产生氰化物酶，该酶有很强的亲合力和稳定性，且能处理的氰化物质量浓度低于0．02mg／L。氰化物酶的动力学性能服从米一门方程。氰化物酶的活性既不受废水中常见阳离子如(Fe2、Zn2和Ni)的影响，也不受诸如醋酸、甲酰胺等有机物的影响。最适宜pH值是7．8～8．3。适合于氰化物酶的反应器有扩散型平板膜反应器，它的优点在于防止酶被大分子冲刷和保护用来固定酶的基质不被破坏。氰化物通过半透膜与膜里面的酶反应，反应产物再渗透回溶液。氰化物水合酶氰化物水合酶，能水解氰化物成甲酰胺。这类酶可由很多种真菌获得，它们被固定后有更好的稳定性，更利于含氰废水的处理。
硫氰化物是焦化废水中的一种主要污染物，形成的硫氰化物可以通过常规的废水处理工艺，如活性污泥法，得到处理。微生物降解是去除工业废水中高毒性有机物腈化物的有效方法。
含有不同腈化物水解酶的微生物可以代谢大量的有机腈化物，这些微生物可以利用有机腈化物为底物进行生长和代谢。利用特殊的微生物种群可降解有有机腈化物废水中的有毒废物，如利用腈化物水解酶在温和条件下处理乳胶废水，可以有效地去除聚合物乳液引起的丙烯腈污染。
4. 食品加工废水处理
食品加工工业是工业废水的主要来源之一。食品加工工业废水易于分解或转化为饲料或其他有经济价值产品。酶可应用于食品加工废水处理，以净化废水并获得高附加值产品。
蛋白酶、淀粉酶和微生物脂酶都可用于食品加工废水处理。
蛋白酶蛋白酶是一类水解酶，在鱼、肉加工工业废水处理中得到了广泛应用。蛋白酶能使废水中的蛋白质水解，得到可回收的溶液或有营养价值的饲料。一种从
Bacillus subtilis中提取的碱性酶(EC未知)可用于家禽屠宰场的羽毛处理。通过NaOH预处理、机械破碎和酶水解，可成为一种高蛋白含量饲料成份。淀粉酶淀粉酶是一类多糖水解酶，多糖转变为单糖和发酵能同时进行，淀粉酶用于含淀粉废水处理，可使大米加工产生的废水中的有机物转化为酒精。淀粉酶还可减少活性污泥法处理废水的时间。淀粉酶和葡萄糖酶可用于光降解和生物降解塑料的生产。葡萄糖经乳酸菌发酵得到乳酸，可用于生产可降解塑料。塑料的降解速率可通过乳酸与其他原料的比例来控制，一般是95%的乳酸和5%于环境
流冲走及与苯醌反应而失活。固定化酪氨酸酶使用10 次后仍然有效。因此，固定若氨酸酶于甲壳素上可有效去除有毒酚类物质。漆酶由一些真菌产生, 通过聚合反应去除有毒酚类。而且, 由于它的非选择性, 能同时减少多种酚类的含量。漆酶的去毒功能与被处理的特定物质、酶的来源及一些环境有关。
2、造纸废水处理
造纸废水处和理中的酶有过氧化氢酶、漆酶、分解纤维素的酶等，已用于造纸废水脱色，它们的固定化形式的处理效果比游离形式好。
木质素过氧化物酶作用的机理为：通过将苯环单元催化氧化成能自动降解的阳离子基团而降解木质素。漆酶可通过沉淀作用去除漂白废水中的氯酚和氯化木质素。分解纤维素的酶这类酶主要用于造纸浆和脱墨操作中的污染处理。纸浆和造纸操作中的废水处理产生的污泥纤维素含量高，可用于生产乙醇等能源物质。所使用的酶是纤维二糖水合酶、纤维素酶和j3一葡萄糖酶组成的混合酶系。脱墨操作中产生的低含量纤维质废物可转化为可发酵的糖类。所使用的酶在高浓度墨存在时不被抑制。
3、含氰（腈）废水处理
据估计，全世界每年使用的氰化物为300万吨。而氰化物是新陈代谢抑制剂，对人类和其他生物有致命的危害，因此处理氰化物非常重要。
氰化物酶氰化物酶能把氰化物转变为氨和甲酸盐，因此是一步反应历程。
Alcaligenes denitn ficans（一种革兰氏阴性菌）可产生氰化物酶，该酶有很强的亲合力和稳定性，且能处理的氰化物质量浓度低于0．02mg／L。氰化物酶的动力学性能服从米一门方程。氰化物酶的活性既不受废水中常见阳离子如(Fe2、Zn2和Ni)的影响，也不受诸如醋酸、甲酰胺等有机物的影响。最适宜pH值是7．8～8．3。适合于氰化物酶的反应器有扩散型平板膜反应器，它的优点在于防止酶被大分子冲刷和保护用来固定酶的基质不被破坏。氰化物通过半透膜与膜里面的酶反应，反应产物再渗透回溶液。氰化物水合酶氰化物水合酶，能水解氰化物成甲酰胺。这类酶可由很多种真菌获得，它们被固定后有更好的稳定性，更利于含氰废水的处理。
硫氰化物是焦化废水中的一种主要污染物，形成的硫氰化物可以通过常规的废水处理工艺，如活性污泥法，得到处理。微生物降解是去除工业废水中高毒性有机物腈化物的有效方法。
含有不同腈化物水解酶的微生物可以代谢大量的有机腈化物，这些微生物可以利用有机腈化物为底物进行生长和代谢。利用特殊的微生物种群可降解有有机腈化物废水中的有毒废物，如利用腈化物水解酶在温和条件下处理乳胶废水，可以有效地去除聚合物乳液引起的丙烯腈污染。
4. 食品加工废水处理
食品加工工业是工业废水的主要来源之一。食品加工工业废水易于分解或转化为饲料或其他有经济价值产品。酶可应用于食品加工废水处理，以净化废水并获得高附加值产品。
蛋白酶、淀粉酶和微生物脂酶都可用于食品加工废水处理。
蛋白酶蛋白酶是一类水解酶，在鱼、肉加工工业废水处理中得到了广泛应用。蛋白酶能使废水中的蛋白质水解，得到可回收的溶液或有营养价值的饲料。一种从
Bacillus subtilis中提取的碱性酶(EC未知)可用于家禽屠宰场的羽毛处理。通过NaOH预处理、机械破碎和酶水解，可成为一种高蛋白含量饲料成份。淀粉酶淀粉酶是一类多糖水解酶，多糖转变为单糖和发酵能同时进行，淀粉酶用于含淀粉废水处理，可使大米加工产生的废水中的有机物转化为酒精。淀粉酶还可减少活性污泥法处理废水的时间。淀粉酶和葡萄糖酶可用于光降解和生物降解塑料的生产。葡萄糖经乳酸菌发酵得到乳酸，可用于生产可降解塑料。塑料的降解速率可通过乳酸与其他原料的比例来控制，一般是95%的乳酸和5%于环境
无害的其他原料。
5、微生物脂酶的应用
微生物脂酶(甘油脂水解酶)能催化一系列反应，包括水解、醇解、酸解、酯化和氨解等。大量的微生物可以用来生产脂酶，其中以假丝酵母、假单胞菌和根霉为其重要的酶源。脂酶应用于被污染环境的生物修复以及废物处理是一个新兴的领域。石油开采和炼制过程中产生的油泄漏，脂加工过程中产生的含脂废物，都可以用不同来源的脂酶进行有效处理。脂酶被广泛地用于废水处理。Dauberhe和Boehnke研究出一种技术，利用酶的混合物，包括脂酶，将脱水污泥转化为沼气。一项日本专利报道了直接在废水中培养亲脂微生物来处理废水。脂酶在生物修复受污染环境中获得了广泛的应用。利用米曲霉(Aspergillusoryzae)产生的脂酶从废毛发生产胱氨酸显示了它的应用前景。利用酵母菌从工业废水生产单细胞蛋白，显示了脂酶在废物治理中应用的另一诱人前景。目前酶的价格仍较高，故它不适于处理高浓度污染物，而适于处理低浓度、高毒性污染物。酶处理有着广阔的应用前景。酶反应副产物的特征和稳定化、反应残余物的处理、处理费用问题必须深入研究。
6、酶在土壤修复中的应用
生物修复，主要利用微生物、植物以及微生物-植物的联合作用，因为它们的酶系统催化功能十分强大，可以改变有机污染物的结构和毒性，或使它们完全矿化，形成无害的无机终端产物。污染物必须与微生物的酶系统接触才能发生降解。
胞外酶包括大量的氧化还原酶和水解酶。这些酶将大分子化合物转化为细胞能够容易吸收的小分子物质，随后，这些小分子物质被彻底矿化。在受污染场所（特别是土壤环境中），当污染物发生转化时，需要胞外酶启动这一过程。因此，胞外酶用于土壤修复中是有可能的，不过存在着局限性，需对其进行修饰和改造。基因工程为改变细胞内的关键酶或酶系统提供了可能, 从而可以利用基因工程对酶进行改造。
植物根区胞外酶通常与植物细胞壁相关，可以将污染物转化为更容易被植物根部或根际微生物吸收的中间产物。白腐真菌产生的木质素降解酶与过氧化氢产生系统及纤维素和半纤维素分解酶一起，可以协同降解木材。难降解的有毒污染物可以被各种白腐真菌有效地矿化。在有些情况下，除了LDSs,其他酶的参与对于污染物的矿化过程也非常关键。水解酶是污染物生物转化过程中涉及的另一种微生物酶。其底物选择性差，因此在一些污染物，包括不溶性污染物的生物修复中起着关键作用。
研究表明，C.keratinophilum Z真菌产生的胞外蛋白酶可以水解角蛋白废物；来自Penicillum funicolosum 和Tricoderma resei 的纤维素酶，可以处理不同来源的废纸品。
无细胞酶可以用于降解多种不同的污染物，各种农药、难降解有机污染物及其他有毒污染物，都可用无细胞酶进行生物转化。无细胞酶还是能够降解腈化物的所谓腈化物降解酶。
漆酶因可氧化许多种有机污染物，在土壤污染修复方面的应用潜力受到广泛重视。筛选具有较高漆酶活性的土壤真菌，可以为污染土壤修复提供生物资源。在适当培养条件下,真菌F-5培养液酶活性可达4033U/L,表现出该菌具有较强的产漆酶能力。在多环芳烃(PAHs)污染土壤的生物修复中,真菌F-5可使土壤中苯并(a)芘、二苯并(a,h)蒽等高环、高毒性多环芳烃降解,并使土壤多环芳烃毒性当量大幅降低。因此,真菌F-5适合修复PAHs污染土壤。
二、发展前景
酶制剂产业经历了半个多世纪的起步和迅速成长之后，现已形成一个富有活力的高新技术产业，保持持续高速度发展。近些年国际酶制剂产业的生产技术发生了根本性的变化，以基因工程和蛋白质工程为代表的分子生物学技术的不断进步和成熟，以及对各个应用行业的引入和实践，把酶制剂产业带入了一个全新的发展时期。
仅就国内而言，目前我国正处在经济高速发展的历史时期，伴随着经济的增长和生物技
术产业的发展，对酶制剂的市场需求产生有力的拉动作用。我国目前酶制剂的市场份额仅占世界市场的5％，可以预计，其发展前景是十分广阔的。
酶制剂进入了全新的发展阶段，向“高档次、高活性、高质量、高水平”方向发展，向专用酶制剂和特种复合酶制剂发展，向新的更广泛的领域发展。工厂自身必须进一步降低成本、优质低耗、安全清洁生产、达标排放,使我国酶制剂在发展中更健全、更优越、更安全，使我国酶制剂站在世界酶制剂前列。
① 精细化工. 全球工业酶制剂市场快速增长. 2012年第6期
② 张晓静、李利红、尹士海等.我国酶制剂工业发展现状、问题及对策［J］.郑州牧业工程高等专科学校学报. 2003，23
③ 刘春叶，王亚明，唐辉. 酶的固定化及化学修饰[J].云南化工，2002，5（31）：29-30 ④ 沈树宝，胡永红，欧阳平凯.酶催化技术在医药工业中的应用[J]. 精细与专用化学，2001，8：5-8；
⑤ 化学修饰酶在天然药物研究和生物技术中的应用[J].陕西中医学院报，2003，5（26）：60-62；
⑥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 【3】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.
⑦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.
酶工程的发展状况及其应用前景
摘要：酶在现代生物生产中扮演着重要角色，酶作为一种生物催化剂，因其催化作用具有高度专一性、催化条件温和、无污染等特点，以及酶工程不断的技术性突破，使得酶在工业、农业、医药卫生、能源开发及环境工程等方面的应用越来越广泛。
关键词：酶工程 生物催化剂 酶的固定
正文：
随着酶生产的不断发展，酶的应用越来越广泛。现在，酶工程已在医药、食品工业、农业、饲料、环保、能源、科研等领域广泛应用。成为基因工程、细胞工程、蛋白质工程等新技术领域的科学研究和技术开发中不可取代的工具。
一、酶工程的发展及应用现状
（一）国内外酶制剂的发展现状
BCC最新研究报告显示，未来 4 年全球工业酶制剂市场价值将以9.1％的复合年增长率继续增长，由2011年的39亿美元增加至 2016 年的约61亿美元。该报告将工业酶市场细分成3个部分：生物酶、食品和饮料酶以及其他酶制剂。2011 年生物酶的市场价值达12 亿美元，预计还将以8.2％的复合年增长率继续增长，2016年达17亿美元。2011年食品和饮料活性酶的市场价值接近13亿美元，未来 4 年还将以10.4％的年均复合增长率增长，预计2016年达21 亿美元。 2011年其他酶制剂的市场价值为 15 亿美元，预计还将以8.7％的复合年增长率增长，到2016年市场价值将达到22亿美元①。
我国酶制剂工业面经过近几十年的发展，初步具有一定的规模，取得了很大的进步。但是，国外酶制剂公司仍然处于绝对的领先地位，特别是一些比较出色的公司，例如，诺和诺德公司（Novo Nordisk）、丹尼斯克公司（Danisco）等②。
（二）酶工程的应用现状
一、酶工程技术在医药工业中的应用
1、酶的固定化技术
酶的固定化(enzyme immobilization)是指采用有机或无机固体材料作为载体(carrier or support)，将酶包埋起来或束缚、限制于载体的表面和微孔中，使其仍具有催化活性，并可回收及重复使用的酶化学方法与技术。不使用固体材料作为载体，通过酶分子之间的相互交联形成聚集体，也可将酶固定化，称为无载体酶固定化。由于酶的蛋白质属性，进人人体后产生免疫反应，因稀释效应，而无法集中于靶器官组织，常不能保持最适合的治疗浓度，而固定化酶则很好的克服了游离酶的这些缺点，应用于治疗镁缺乏症、代谢异常症及制造人工内脏方面，如固定化L-天冬酰胺酶用于治疗白血病。葡萄糖氧化酶被固定化在纳米微带金电极上可用于活体检测的微生物传感器③。
固定化酶技术可用于治疗一些代谢障碍疾病。已知人类关于新陈代谢的疾病已过120余种，很多病因归结为人体缺乏某种酶的活性，一种可能的治疗方法就是通过某种方式给病人提供他所缺乏的酶。其提供的方式主要有：①将固定化酶用于体内作为治疗药物；②将固定化酶组装成体外生物反应器，通过体外循环作为临床治疗剂。将固定化酶用于临床诊断的例子很多，如各种酶测试盒层出不穷，采用固定化酶柱反应器的FIA(流动注射法)可用于临床诊断检测尿酸、葡萄糖、氨、尿素、胆甾醇、谷氨酸、乳酸、无机磷等。
2、酶催化技术
主要介绍非水相介质中的酶催化，传统的酶催化反应主要在水相中进行，但自1987年Kilibanov等。用脂肪酶粉或固定化酶在几乎无水的有机溶剂中成功地催化合成了肽以及手性的醇、脂和酰胺以来，对酶在非水相介质的催化反应技术的开发及研究报道迅速增加，特别在手性药物的不对称合成及手性药物拆分的生物技术开发中得到了很多应用。目前非水相中的酶催化技术已衍生出以下几类体系：①水与有机溶剂的互溶均相体系；②水与有机溶剂
形成的两相或多相体系；③单相有机溶剂体系；④反胶束体系；⑤超临界液体；⑥低温体系等。不同的介质体系都有各自的适用范围，研究在不同介质中的酶催化反应动力学及热力学平衡以及酶催化机制将对某一特定催化反应所需介质的筛选和使用起到十分重要的指导意义，樊可可和欧阳平凯在两相体系酶催化反应介质的选取方面做了很多的实验及理化研究，已初步归纳出经实验验证行之有效的两相体系中酶促肽键合成反应介质的筛选原则。
前酶催化技术主要应用于制药领域，应用酶催化技术可以生产许多成品药及医药中间体。它是通过以制造初级代谢产物、中间代谢产物、次级代谢产物及催化转化和拆分等形式来进行的。这已成为当今新药开发和改造传统制药工艺的重要手段，特别在手性药物及中间体的生产中更有广泛的应用前景。以下重点介绍几个制药领域中酶催化技术的应用：生产医药用的氨基酸（如L-丙氨酸）、有机酸（柠檬酸、L一苹果酸、L-酒石酸）、抗生素（如6一氨基青霉烷酸、氨苄青霉素和羟氨青霉素）、肽类药物（如胰岛素、环孢菌素A）以及广泛应用于多种维生素(VB2、VB12)、甾体药物(氢化可的松、脱氢泼尼松、睾丸激素等)及核苷酸类药物(5’-核苷酸，3’-核苷酸)等的生产④。
3、酶的化学修饰
酶的化学修饰是指利用化学手段将某些化学物质或基团结合到酶分子上，或将酶分子的某部分删除或置换，改变酶的理化性质，最终达到改变酶的催化性质的目的。
在生物医药领域中化学修饰可以提高医用酶的稳定性，延长它在体内的半衰期，抑制免疫球蛋白的产生，降低或消除酶分子的免疫原性，确保其生物活性的发挥。
修饰剂作为一种屏障，将蛋白质表面的抗原决定簇掩盖起来，使得蛋白质分子不能与各种细胞表面受体结合，不被机体的免疫系统识别，避免了相应抗体的产生，这是化学修饰降低药用蛋白免疫原性的基本原理。同时．由于修饰剂的屏障效应，使蛋白质不易受到各种蛋白酶的攻击，降解速率明显降低。有利于药用蛋白活性的发挥。目前研究表明。PEC、人血清蛋白、聚丙氨酸在消除或降低酶抗原性上效果明显。另外，PEC修饰超氧化物歧化酶活力保持51％，在血液中停滞时间延长，抗炎活性提高⑤。
二、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。
3、酶工程在饲料工业中的应用
动物体由于不能分泌分解纤维素、半纤维素、木质素、果胶等植物细胞壁物质的酶系，
因此动物自身不能消化利用这些物质，只能通过瘤胃和大肠微生物利用上述部分物质。植物细胞壁非淀粉多糖降解酶可降解畜禽消化道内的非淀粉多糖，降低肠道内容物的粘性，促进营养物质的消化吸收，减少畜禽下痢，从而促进畜禽生长和提高饲料利用率。据报道，利用纤维素复合酶作为半干贮添加剂可提高半干贮饲料的营养成分。蛋白质含量提高，粗纤维含量下降，半干贮品质得到改善，获得了色、味、嗅、质地及完好率均为上乘的优质半干贮饲料，并可抑制霉菌生长、防止腐败和延缓二次发酵，提高了半干贮饲料的完好率和利用率⑦。
三、酶工程技术在食品工业中的应用
酶工程技术广泛应用于食品添加剂生产，不断开发新酶源，研制新产品，固定化酶反应器使生产连续，设备小型化，生产成本降低，产品易纯化，收率提高。酶工程技术在这个生产领域显示了很大的使用价值和应用潜力。
1、食品加工中的应用
现代酶工程属于高新技术，其技术先进，厂房设备投资少，工艺简单、能耗低、产品收率高、效率高、经济效益大。利用微生物发酵和基因工程技术可以获得能在极酸性和极碱性的环境中工作的酶，用于食品生产可取得许多意想不到的结果。其在食品加工中可应用于乳品加工、蛋白质加工和酿酒工业等。
2、乳品加工中的应用
固定化技术是用物理或化学方法限制或定位在某一特定空间范围内，保留酶固有的催化活性和存活力。由于其可被重复连续使用，此项技术已在乳品工业中得到广泛应用，如乳糖水解。因为乳糖中含有葡萄糖和半乳糖，在世界许多人群中，特别是亚洲人群存在对乳糖有不适应现象，用固定化的β半乳糖苷酶对乳糖进行水解，则可消除乳糖不耐症的现象。[5]此外还可应用于牛乳过敏症防治、综合利用乳清制造乳酸、乙酸工艺等。杨君等应用海藻酸钠—壳聚糖固定化乳酸菌进行发酵乳清饮料研究。结果表明，固定化乳酸菌产酸和耐酸能力强，菌种活力持久并可多次重复利用。
SPR生物传感器技术与传统的相互作用分析技术相比较,具有高灵敏度、免标记、实时检测、耗样量极少、非破坏性及高选择性等优点,现已发展成为一门非常有用的传感检测技术。其可用来检测食品中营养成分和有豁成分的含量、食品新鲜与成熟度等，食品中毒素的检测，食品添加剂分析等。乳品工业中的质量控制、浓度分析、污染物检测等方面成为乳品集团和广大人民高度关注的问题,也成为生物传感器飞速扩大的应用领域之一。
抗生素在养牛业的广泛应用,不可避免地造成牛乳中抗生素残留。其中具有β-内酰胺环的抗生素如青霉素G、阿莫西林、氨苄西林等在乳牛养殖业中常用于治疗乳牛乳房炎,尤其是青霉素G由于其廉价和广谱抗菌性而被频繁地超剂量使用,因此导致了牛乳中高浓度的青霉素G残留。抗生素残留不仅影响乳品加工业,更对人的健康造成影响。因此，科学家们运用SPR技术对牛乳中的抗生素进行了检测，Ferguson等利用SPR传感器准确的检测牛奶中链霉素和二双氢链霉素的残留[7];Giuseppe等采用SPR生物传感器检测牛奶中残留抗生素β-乳胺,检出限为2μg/L,每次检样也仅需10min。
3、蛋白质加工中的应用
蛋白酶能将蛋白质水解为肽和氨基酸，提高和改善蛋白质的溶解性，乳化性，起泡性，粘度、风味等。利用蛋白酶制剂可以避免酸水解，碱水解对氨基酸的破坏作用，保证蛋白质营养价值不受影响。在豆乳的生产中，传统工艺中存在着原材料利用率低、稳定性差、复溶性不好等缺点。利用蛋白酶的作用，豆乳中的蛋白质和碳水化合物被降解，这样就可以提高原材料利用率，增加产品稳定性，改进产品的营养价值。
伴肌动蛋白(Nebulin)是存在于肌原纤维肌小节中的一种大分子量蛋白。作为高分子量肌原纤维结构蛋白，伴肌动蛋白在鱼体肌肉弹性的形成及品质变化过程中的作用具有较高的研究价值。近年，杜雪莉等采用Sephacryl S-400凝胶过滤柱层析和电洗脱等纯化方法，首
次从黄鳍鲷骨骼肌中分离纯化到伴肌动蛋白，并制备了特异性多克隆抗体。多克隆抗体经Protein A-Sepharose亲和层析柱纯化得到高纯度免疫球蛋白G (IgG)。采用聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)、免疫斑点印迹(Dot-Blot)和免疫印迹(Western-Blot)等方法对纯化的伴肌动蛋白及其多克隆抗体进行分析鉴定，并研究了不同贮藏条件下伴肌动蛋白的变化情况。SDS-PAGE结果显示从黄鳍鲷骨骼肌中分离纯化了高纯度伴肌动蛋白；Dot-Blot检测结果显示兔抗黄鳍鲷伴肌动蛋白多克隆抗体效价为5×104；Western-blot检测表明兔抗黄鳍鲷伴肌动蛋白多克隆抗体能与肌原纤维蛋白中的伴肌动蛋白发生特异性反应，而与其它蛋白不发生免疫交叉反应。
4、酿酒工业中的应用
麦芽是生产啤酒的主要原料。麦芽质量欠佳或大麦、大米等辅助原料使用量较大时，会造成淀粉酶β—葡聚糖酶、纤维素酶的活力不足，使糖化不能充分、蛋白质降解不足，从而影响啤酒的风味和收率。使用微生物淀粉酶、蛋白酶、β—葡聚糖酶等制剂，可补充麦芽中酶活力不足的缺陷。
浓香型曲酒的产量在五大香型白酒中名列前茅，其主体香味物质己酸乙酯含量高低直接影响曲酒的风格和质量。利用微生物的酯化功能来提高酒的酯含量是近来酿酒行业研究的热点。四川省农科院水稻高粱研究所生物中心采用系统选育与诱变选育方法选育出了酯化能力强的功能菌21～3，该菌株性能稳定，具有较强的己酸乙酯合成能力和糖化能力，有利于促进己酸、丁酸及混合酸与乙醇的酯化作用，生成以己酸乙酯为主体的酯类物质，并提高浓香型的质量
四、酶工程技术环境治理中的应用
随着人类社会的不断发展，工业越来越发达，环境问题随之而来，并变得日益严峻，目前，工业三废对人们日常生活的影响越来越大，环境问题以不容忽视，而传统的化学方法显现出了弊端与不足，利用酶工程治理环境得到了人们的青睐。
1、含芳香族化合物废水处理
芳香族化合物，包括酚和芳香胺，属于优先控制污染物。石油炼制厂、树脂和塑料生产厂、染料厂、织布厂等很多工业企业的废水中均含有此类物质。大多数芳香族化合物都有毒，在废水被排放前必须把它们去除。很多酶已用于废水处理以取代传统的处理方法，现在研究和应用较多的过氧化酶有辣根过氧化物酶、木质素过氧化物酶及其他酶类。
辣根过氧化物酶(HRP，EC1.11.1.7)是酶处理废水领域中应用最多的一种酶 。有过氧化氢存在时，它能催化氧化多种有毒的芳香族化合物，其中包括酚、苯胺、联苯胺及其相关的异构体，反应产物是不溶于水的沉淀物,这样就很容易用沉淀或过滤的方法将它们去除。HRP的应用都集中在含酚污染物的处理方面，使用HRP处理的污染物包括苯胺、羟基喹啉、致癌芳香族化合物等。而且， HRP可以与一些难以去除的污染物一起沉淀，去除物形成多聚物而使难处理物质的去除率增大。这个现象在处理含多种污染物的废水时有重要的实际应用 。木质素过氧化物酶，也叫木质素酶，可以处理很多难降解的芳香族化合物和氧化多种多环芳烃、酚类物质。木质素对新型污染物也具有高效降解作用。
植物来源的酶，从西红柿中提取的过氧化物酶用来使酚类化合物聚合。一些植物的根也可用于污染物的去除。
聚酚氧化酶可分为两类，酪氨酸酶和漆酶。它们都需要氧分子的参与， 但不需要辅酶。酪氨酸酶（EC1.14.18.1）,也叫酚酶或儿茶酚酶, 催化两个连续的反应:( a) 单分子酚与氧分子通过氧化还原反应形成邻苯二酚; ( b) 邻苯二酚脱氢形成苯醌, 苯醌非常不稳定, 通过酶催化聚合反应形成不溶于水的产物, 用过滤即可去除。酪氨酸酶已成功地用于从废水中沉淀和去除0. 01~ 1. 00 g / L 的酚类。酪氨酸酶用甲壳素固定化后处理含酚废水, 2 h 内去除率达100 % 。 固定化酪氨酸酶可防止被水
流冲走及与苯醌反应而失活。固定化酪氨酸酶使用10 次后仍然有效。因此，固定若氨酸酶于甲壳素上可有效去除有毒酚类物质。漆酶由一些真菌产生, 通过聚合反应去除有毒酚类。而且, 由于它的非选择性, 能同时减少多种酚类的含量。漆酶的去毒功能与被处理的特定物质、酶的来源及一些环境有关。
2、造纸废水处理
造纸废水处和理中的酶有过氧化氢酶、漆酶、分解纤维素的酶等，已用于造纸废水脱色，它们的固定化形式的处理效果比游离形式好。
木质素过氧化物酶作用的机理为：通过将苯环单元催化氧化成能自动降解的阳离子基团而降解木质素。漆酶可通过沉淀作用去除漂白废水中的氯酚和氯化木质素。分解纤维素的酶这类酶主要用于造纸浆和脱墨操作中的污染处理。纸浆和造纸操作中的废水处理产生的污泥纤维素含量高，可用于生产乙醇等能源物质。所使用的酶是纤维二糖水合酶、纤维素酶和j3一葡萄糖酶组成的混合酶系。脱墨操作中产生的低含量纤维质废物可转化为可发酵的糖类。所使用的酶在高浓度墨存在时不被抑制。
3、含氰（腈）废水处理
据估计，全世界每年使用的氰化物为300万吨。而氰化物是新陈代谢抑制剂，对人类和其他生物有致命的危害，因此处理氰化物非常重要。
氰化物酶氰化物酶能把氰化物转变为氨和甲酸盐，因此是一步反应历程。
Alcaligenes denitn ficans（一种革兰氏阴性菌）可产生氰化物酶，该酶有很强的亲合力和稳定性，且能处理的氰化物质量浓度低于0．02mg／L。氰化物酶的动力学性能服从米一门方程。氰化物酶的活性既不受废水中常见阳离子如(Fe2、Zn2和Ni)的影响，也不受诸如醋酸、甲酰胺等有机物的影响。最适宜pH值是7．8～8．3。适合于氰化物酶的反应器有扩散型平板膜反应器，它的优点在于防止酶被大分子冲刷和保护用来固定酶的基质不被破坏。氰化物通过半透膜与膜里面的酶反应，反应产物再渗透回溶液。氰化物水合酶氰化物水合酶，能水解氰化物成甲酰胺。这类酶可由很多种真菌获得，它们被固定后有更好的稳定性，更利于含氰废水的处理。
硫氰化物是焦化废水中的一种主要污染物，形成的硫氰化物可以通过常规的废水处理工艺，如活性污泥法，得到处理。微生物降解是去除工业废水中高毒性有机物腈化物的有效方法。
含有不同腈化物水解酶的微生物可以代谢大量的有机腈化物，这些微生物可以利用有机腈化物为底物进行生长和代谢。利用特殊的微生物种群可降解有有机腈化物废水中的有毒废物，如利用腈化物水解酶在温和条件下处理乳胶废水，可以有效地去除聚合物乳液引起的丙烯腈污染。
4. 食品加工废水处理
食品加工工业是工业废水的主要来源之一。食品加工工业废水易于分解或转化为饲料或其他有经济价值产品。酶可应用于食品加工废水处理，以净化废水并获得高附加值产品。
蛋白酶、淀粉酶和微生物脂酶都可用于食品加工废水处理。
蛋白酶蛋白酶是一类水解酶，在鱼、肉加工工业废水处理中得到了广泛应用。蛋白酶能使废水中的蛋白质水解，得到可回收的溶液或有营养价值的饲料。一种从
Bacillus subtilis中提取的碱性酶(EC未知)可用于家禽屠宰场的羽毛处理。通过NaOH预处理、机械破碎和酶水解，可成为一种高蛋白含量饲料成份。淀粉酶淀粉酶是一类多糖水解酶，多糖转变为单糖和发酵能同时进行，淀粉酶用于含淀粉废水处理，可使大米加工产生的废水中的有机物转化为酒精。淀粉酶还可减少活性污泥法处理废水的时间。淀粉酶和葡萄糖酶可用于光降解和生物降解塑料的生产。葡萄糖经乳酸菌发酵得到乳酸，可用于生产可降解塑料。塑料的降解速率可通过乳酸与其他原料的比例来控制，一般是95%的乳酸和5%于环境
流冲走及与苯醌反应而失活。固定化酪氨酸酶使用10 次后仍然有效。因此，固定若氨酸酶于甲壳素上可有效去除有毒酚类物质。漆酶由一些真菌产生, 通过聚合反应去除有毒酚类。而且, 由于它的非选择性, 能同时减少多种酚类的含量。漆酶的去毒功能与被处理的特定物质、酶的来源及一些环境有关。
2、造纸废水处理
造纸废水处和理中的酶有过氧化氢酶、漆酶、分解纤维素的酶等，已用于造纸废水脱色，它们的固定化形式的处理效果比游离形式好。
木质素过氧化物酶作用的机理为：通过将苯环单元催化氧化成能自动降解的阳离子基团而降解木质素。漆酶可通过沉淀作用去除漂白废水中的氯酚和氯化木质素。分解纤维素的酶这类酶主要用于造纸浆和脱墨操作中的污染处理。纸浆和造纸操作中的废水处理产生的污泥纤维素含量高，可用于生产乙醇等能源物质。所使用的酶是纤维二糖水合酶、纤维素酶和j3一葡萄糖酶组成的混合酶系。脱墨操作中产生的低含量纤维质废物可转化为可发酵的糖类。所使用的酶在高浓度墨存在时不被抑制。
3、含氰（腈）废水处理
据估计，全世界每年使用的氰化物为300万吨。而氰化物是新陈代谢抑制剂，对人类和其他生物有致命的危害，因此处理氰化物非常重要。
氰化物酶氰化物酶能把氰化物转变为氨和甲酸盐，因此是一步反应历程。
Alcaligenes denitn ficans（一种革兰氏阴性菌）可产生氰化物酶，该酶有很强的亲合力和稳定性，且能处理的氰化物质量浓度低于0．02mg／L。氰化物酶的动力学性能服从米一门方程。氰化物酶的活性既不受废水中常见阳离子如(Fe2、Zn2和Ni)的影响，也不受诸如醋酸、甲酰胺等有机物的影响。最适宜pH值是7．8～8．3。适合于氰化物酶的反应器有扩散型平板膜反应器，它的优点在于防止酶被大分子冲刷和保护用来固定酶的基质不被破坏。氰化物通过半透膜与膜里面的酶反应，反应产物再渗透回溶液。氰化物水合酶氰化物水合酶，能水解氰化物成甲酰胺。这类酶可由很多种真菌获得，它们被固定后有更好的稳定性，更利于含氰废水的处理。
硫氰化物是焦化废水中的一种主要污染物，形成的硫氰化物可以通过常规的废水处理工艺，如活性污泥法，得到处理。微生物降解是去除工业废水中高毒性有机物腈化物的有效方法。
含有不同腈化物水解酶的微生物可以代谢大量的有机腈化物，这些微生物可以利用有机腈化物为底物进行生长和代谢。利用特殊的微生物种群可降解有有机腈化物废水中的有毒废物，如利用腈化物水解酶在温和条件下处理乳胶废水，可以有效地去除聚合物乳液引起的丙烯腈污染。
4. 食品加工废水处理
食品加工工业是工业废水的主要来源之一。食品加工工业废水易于分解或转化为饲料或其他有经济价值产品。酶可应用于食品加工废水处理，以净化废水并获得高附加值产品。
蛋白酶、淀粉酶和微生物脂酶都可用于食品加工废水处理。
蛋白酶蛋白酶是一类水解酶，在鱼、肉加工工业废水处理中得到了广泛应用。蛋白酶能使废水中的蛋白质水解，得到可回收的溶液或有营养价值的饲料。一种从
Bacillus subtilis中提取的碱性酶(EC未知)可用于家禽屠宰场的羽毛处理。通过NaOH预处理、机械破碎和酶水解，可成为一种高蛋白含量饲料成份。淀粉酶淀粉酶是一类多糖水解酶，多糖转变为单糖和发酵能同时进行，淀粉酶用于含淀粉废水处理，可使大米加工产生的废水中的有机物转化为酒精。淀粉酶还可减少活性污泥法处理废水的时间。淀粉酶和葡萄糖酶可用于光降解和生物降解塑料的生产。葡萄糖经乳酸菌发酵得到乳酸，可用于生产可降解塑料。塑料的降解速率可通过乳酸与其他原料的比例来控制，一般是95%的乳酸和5%于环境
无害的其他原料。
5、微生物脂酶的应用
微生物脂酶(甘油脂水解酶)能催化一系列反应，包括水解、醇解、酸解、酯化和氨解等。大量的微生物可以用来生产脂酶，其中以假丝酵母、假单胞菌和根霉为其重要的酶源。脂酶应用于被污染环境的生物修复以及废物处理是一个新兴的领域。石油开采和炼制过程中产生的油泄漏，脂加工过程中产生的含脂废物，都可以用不同来源的脂酶进行有效处理。脂酶被广泛地用于废水处理。Dauberhe和Boehnke研究出一种技术，利用酶的混合物，包括脂酶，将脱水污泥转化为沼气。一项日本专利报道了直接在废水中培养亲脂微生物来处理废水。脂酶在生物修复受污染环境中获得了广泛的应用。利用米曲霉(Aspergillusoryzae)产生的脂酶从废毛发生产胱氨酸显示了它的应用前景。利用酵母菌从工业废水生产单细胞蛋白，显示了脂酶在废物治理中应用的另一诱人前景。目前酶的价格仍较高，故它不适于处理高浓度污染物，而适于处理低浓度、高毒性污染物。酶处理有着广阔的应用前景。酶反应副产物的特征和稳定化、反应残余物的处理、处理费用问题必须深入研究。
6、酶在土壤修复中的应用
生物修复，主要利用微生物、植物以及微生物-植物的联合作用，因为它们的酶系统催化功能十分强大，可以改变有机污染物的结构和毒性，或使它们完全矿化，形成无害的无机终端产物。污染物必须与微生物的酶系统接触才能发生降解。
胞外酶包括大量的氧化还原酶和水解酶。这些酶将大分子化合物转化为细胞能够容易吸收的小分子物质，随后，这些小分子物质被彻底矿化。在受污染场所（特别是土壤环境中），当污染物发生转化时，需要胞外酶启动这一过程。因此，胞外酶用于土壤修复中是有可能的，不过存在着局限性，需对其进行修饰和改造。基因工程为改变细胞内的关键酶或酶系统提供了可能, 从而可以利用基因工程对酶进行改造。
植物根区胞外酶通常与植物细胞壁相关，可以将污染物转化为更容易被植物根部或根际微生物吸收的中间产物。白腐真菌产生的木质素降解酶与过氧化氢产生系统及纤维素和半纤维素分解酶一起，可以协同降解木材。难降解的有毒污染物可以被各种白腐真菌有效地矿化。在有些情况下，除了LDSs,其他酶的参与对于污染物的矿化过程也非常关键。水解酶是污染物生物转化过程中涉及的另一种微生物酶。其底物选择性差，因此在一些污染物，包括不溶性污染物的生物修复中起着关键作用。
研究表明，C.keratinophilum Z真菌产生的胞外蛋白酶可以水解角蛋白废物；来自Penicillum funicolosum 和Tricoderma resei 的纤维素酶，可以处理不同来源的废纸品。
无细胞酶可以用于降解多种不同的污染物，各种农药、难降解有机污染物及其他有毒污染物，都可用无细胞酶进行生物转化。无细胞酶还是能够降解腈化物的所谓腈化物降解酶。
漆酶因可氧化许多种有机污染物，在土壤污染修复方面的应用潜力受到广泛重视。筛选具有较高漆酶活性的土壤真菌，可以为污染土壤修复提供生物资源。在适当培养条件下,真菌F-5培养液酶活性可达4033U/L,表现出该菌具有较强的产漆酶能力。在多环芳烃(PAHs)污染土壤的生物修复中,真菌F-5可使土壤中苯并(a)芘、二苯并(a,h)蒽等高环、高毒性多环芳烃降解,并使土壤多环芳烃毒性当量大幅降低。因此,真菌F-5适合修复PAHs污染土壤。
二、发展前景
酶制剂产业经历了半个多世纪的起步和迅速成长之后，现已形成一个富有活力的高新技术产业，保持持续高速度发展。近些年国际酶制剂产业的生产技术发生了根本性的变化，以基因工程和蛋白质工程为代表的分子生物学技术的不断进步和成熟，以及对各个应用行业的引入和实践，把酶制剂产业带入了一个全新的发展时期。
仅就国内而言，目前我国正处在经济高速发展的历史时期，伴随着经济的增长和生物技
术产业的发展，对酶制剂的市场需求产生有力的拉动作用。我国目前酶制剂的市场份额仅占世界市场的5％，可以预计，其发展前景是十分广阔的。
酶制剂进入了全新的发展阶段，向“高档次、高活性、高质量、高水平”方向发展，向专用酶制剂和特种复合酶制剂发展，向新的更广泛的领域发展。工厂自身必须进一步降低成本、优质低耗、安全清洁生产、达标排放,使我国酶制剂在发展中更健全、更优越、更安全，使我国酶制剂站在世界酶制剂前列。
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