生物催化技术是一种利用酶或微生物细胞或动植物细胞作为生物催化剂来催化反应的技术。酶作为生物催化剂与化学催化剂相比有许多优点：酶催化反应一般在常温、常压、近中性条件下进行，投资少、能耗低、操作安全性高；生物催化剂的催化效率和反应速度极高，可达到化学催化反应的107至1013倍。
定义
从广义上讲，它指的是生物为自身新陈代谢和维持生物机能而产生的各种活动。
工业生物催化剂是游离或固定化酶或活细胞的总称。它包括从活生物体（主要是微生物细胞）中提取的游离酶，或通过固定化技术处理的游离酶，统称为上述酶；它还包括游离的、整体上以微生物为基础的活细胞和固定化的活细胞，统称为。使用酶催化剂催化特定类型的反应或特定类型的反应物（在酶反应中通常称为底物或基质）的过程称为；使用整个微生物进行一系列级联反应的过程称为。死细胞或干细胞制剂也有催化作用，但其细胞已没有代谢能力，往往不能再生辅酶或辅助因子（酶的成分），只能进行简单的酶反应，是一种不纯的酶催化剂。

优势
催化剂可分为生物催化剂和非生物催化剂。
与非生物催化剂相比，生物催化剂具有很大的优点，可在常温常压下进行反应，反应速度快，催化效果专一，价格较低等优点，但缺点是易受热失活，易被某些化学物质和杂菌破坏，稳定性差，反应过程中对温度和pH值范围要求较高。用作固定化酶或固定化细胞，使用寿命一般应不少于 30 批或连续使用 3 个月，否则经济上难以过关。

酶是生物催化剂

生物体利用它们来加速体内的化学反应。如果没有酶，生物体内的许多化学反应将进行得非常缓慢，以至于难以维持生命。酶在大约 37°C 的温度下（人体温度）发挥最佳作用。如果温度高于 50°C 或 60°C，酶就会被破坏，无法再发挥作用。因此，使用酶来分解衣物上污渍的生物洗涤剂在低温下使用效果最好。
酶是活细胞产生的蛋白质或 RNA，对底物具有高度的特异性和催化作用。如果酶分子变性或亚基解聚，就会导致酶活性丧失。酶是一种生物大分子，其分子质量至少为 1 万，最大可达 100 万。
酶是一类极其重要的生物催化剂。有了酶，生物体内的化学反应就能在非常温和的条件下高效、特异地进行。

随着对酶分子结构和功能以及酶促反应动力学的深入研究和发展，酶学学科逐渐形成。

酶的化学本质是蛋白质（protein）或核糖核酸（RNA），因此也有一级、二级、三级甚至四级结构。根据其分子组成的不同，可分为简单酶和结合酶。只含有蛋白质的称为单纯酶；结合酶由酶蛋白和辅助因子组成。例如，大多数水解酶仅由蛋白质组成；黄素单核苷酸酶由酶蛋白和辅助因子组成。在共轭酶中，酶蛋白是蛋白质部分，辅助因子是非蛋白质部分，只有当两者结合形成整个酶时，才具有催化活性。
酶具有不同于一般催化剂的显著特点：对底物的特异性强，催化效率高。酶具有可调节性和不稳定性。

功能

催化作用
酶是一类生物催化剂，支配着生物体内的新陈代谢、营养和能量转换等许多催化过程，与生命过程密切相关的大多数反应都是酶催化反应。
酶的这些特性使细胞内错综复杂的物质代谢过程有条不紊地进行，使物质代谢与正常生理功能相互适应。如果酶因基因缺陷而出现缺陷，或因其他原因导致酶的活性减弱，就会导致酶催化的反应出现异常，造成物质代谢紊乱，甚至导致疾病，因此，酶与医学有着十分密切的关系。

酵素能使人体消化吸收所吃的食物，维持内脏器官的各项功能，包括：细胞修复、消炎解毒、新陈代谢、提高免疫力、产生能量、促进血液循环等。如米饭在口中咀嚼时，咀嚼时间越长，甜味越明显，是由于米饭中的淀粉在口腔分泌的唾液淀粉酶的作用下，水解成麦芽糖。因此，吃饭时多咀嚼可使食物与唾液充分混合，有利于消化。此外，人体内还有胃蛋白酶、胰蛋白酶等水解酶。人体从食物中摄取的蛋白质，必须在胃蛋白酶的作用下，水解成氨基酸，然后在其他酶的作用下，选择人体需要的20多种氨基酸，按一定顺序重新整合成人体需要的各种蛋白质。

催化机制
酶的催化机理与一般化学催化剂基本相同，也是先与反应物（酶的底物）结合形成复合物，通过降低反应的活化能来提高化学反应的速度。在恒温条件下，化学反应体系中每个反应物分子所含的能量虽然相差很大，但平均值较低，这是反应的初始状态。
反应 S（底物）→P（产物）之所以可能发生，是因为相当一部分 S 分子已被活化成活化（过渡态）分子，活化分子越多，反应速率越快。在给定温度下，化学反应的活化能是使 1 摩尔物质中的所有分子都变成活化分子所需的能 量（以千卡为单位）。
酶（E）的作用是暂时与 S 结合，形成一种新的化合物 ES，ES 的活化状态（过渡态）比不含催化剂的化学反应中活化的反应物分子要低得多。降低整个反应所需的活化能可以让更多的分子在单位时间内发生反应，从而加快反应速度。如果在没有催化剂的情况下，过氧化氢分解成水和氧气的反应（2H2O2 → 2H2O + O2）需要每摩尔 18 千卡的活化能（1 千卡 = 4.187 焦耳），那么过氧化氢酶催化该反应只需要每摩尔 2 千卡的活化能，反应速率提高了约 1011 倍。

酶（E）和底物（S）形成酶-底物复合物（ES）

酶的活性中心与底物定向结合生成 ES 复合物是酶催化的第一步。定向结合的能量来自各种非共价键，如离子键、氢键和疏水键，以及酶活性中心的官能团与底物相互作用时形成的范德华力。它们结合时产生的能量称为结合能。不难理解，每种酶在与自己的底物结合时都具有选择性。
如果酶只能与底物互补生成 ES 复合物，而不能进一步推动底物进入过渡态，那么酶催化就无法发生。这是因为，酶与底物形成 ES 复合物时，需要在酶和底物分子之间形成更多的非共价键，以产生与酶和底物的过渡态互补的复合物，从而完成酶的催化作用。事实上，在上述产生更多非共价键的过程中，底物分子从原来的基态转变为过渡态。也就是说，底物分子变成了活化分子，为基团的组合和排列、瞬时不稳定电荷的产生以及底物分子进行化学反应所需的其他转变提供了条件。因此，过渡态与反应过程的中间产物不同，不是稳定的化学物质。就分子的过渡态而言，它转化为产物（P）或底物（S）的概率是相等的。
当酶与底物生成 ES 复合物并进一步形成过渡态时，这一过程释放了更多的结合能，现在已知这些结合能可以抵消激活反应物分子所需的部分活化能，从而使以前低于活化能阈值的分子被激活，进而加快化学反应的速率。
酶和催化剂一般通过降低反应活化能的机制来加速化学反应。
酶的催化特异性表现在对底物的选择性和所催化反应的特异性两个方面。人体内除了个别自发反应外，绝大多数化学反应都是由特定的酶催化的，一种酶能从成千上万种反应物中找到自己的底物，这就是酶的特异性。根据酶催化特异性程度的不同，可分为绝对特异性、相对特异性和立体特异性三类。一种酶只催化一种底物的反应称为绝对特异性，如脲酶只能水解尿素分解成二氧化碳和氨；如果一种酶能催化一类化合物或一类化学键的反应称为相对特异性，如酯酶既能催化甘油三酯的水解，也能水解其他酯键。具有立体异构体特异性的酶对底物分子的立体构型有严格要求，如 L-乳酸脱氢酶只催化 L-乳酸的脱氢，对 D-乳酸没有作用。
一些酶的催化活性可受多种因素影响，如合金对同工酶的调节、共价修饰对一些酶的调节、激素和神经体液通过第二信使对酶活性的调节，以及诱导剂或阻断剂对细胞内酶含量的调节（改变酶合成和分解的速率）。
需要指出的是，酶的催化反应往往是多种催化机制的组合，这也是酶促反应效率高的重要原因。
应用
疾病诊断
随着对酶的深入研究和越来越多的认识，富含高浓度SOD的复合酶在疾病的调节中发挥着越来越重要的作用。正常人体内酶的活性比较稳定，当机体某些器官组织受损或发生疾病时，一些酶会释放到血液、尿液或体液中。如急性胰腺炎时，血清和尿液中淀粉酶活性明显升高；肝炎等引起肝脏损伤，肝细胞坏死或通透性增强，大量转氨酶释放入血，使血清转氨酶升高；心肌梗塞时，血清乳酸脱氢酶和磷酸肌酸激酶明显升高。有机磷农药中毒时，胆碱酯酶活性受到抑制，血清胆碱酯酶活性降低；某些肝胆疾病，特别是胆道梗阻时，血清r-谷氨酰转移酶升高等。因此，借助血液、尿液或体液酶活性的测定，可以了解或判断某些疾病的发生和发展。
临床治疗
酶疗法已逐渐被人们所认识，各种酶制剂在临床上的应用也越来越普遍。例如，胰蛋白酶和糜蛋白酶能催化蛋白质分解，这一原理已用于外科扩张术、脓毒血症伤口的净化、胸腹浆膜粘连的治疗等。在治疗血栓性静脉炎、心肌梗塞、肺梗塞和弥漫性血管内凝血时，可应用纤溶酶、链激酶、尿激酶等溶解血栓，防止血栓形成。
一些以高单位SOD酶为主要配方的复合天然酶制剂，不仅可用于脑、心、肝、肾等重要脏器的辅助治疗，而且用于肿瘤的治疗效果显著。此外，还利用酶的竞争性抑制原理，合成一些抗菌、杀菌、抗肿瘤治疗的化学药物。如酶的健脾补肾作用在不孕不育等问题上，也有较好的调节作用。而磺胺类药物和许多抗菌素能抑制某些细菌生长所必需的酶，因此具有抗菌、杀菌作用；许多抗肿瘤药物能抑制细胞内与核酸或蛋白质合成有关的酶，从而抑制肿瘤细胞的分化和增殖，以对抗肿瘤的生长；硫氧还蛋白能抑制碘酶，从而影响甲状腺素的合成，因此可用于治疗甲亢等。
更新！2024 第二届先进酶工程与酶技术应用大会/10 月 18-20 日
生产寿命
酿酒业使用的酵母是由相关微生物产生的，酶通过水解、氧化等过程将淀粉等转化为酒精；酱油和醋的生产也是在酶的作用下完成的；用淀粉酶和纤维素酶处理过的饲料营养价值得到提高；洗衣粉中添加酶可以提高洗衣粉的洗涤效率，使原来不易去除的汗渍等容易去除等。......
由于酵素的广泛应用，酵素的提取和合成已成为一个重要的研究课题。目前，酵素可以从生物体中提取，如菠萝皮可以提取菠萝蛋白酶。但是，由于生物体内酶的含量很低，工业上大量的酶都是通过微生物发酵产生的。一般来说，需要在适当的条件下选择和培育所需的菌种，并让它们繁殖，以获得大量的酶制剂。此外，酶的合成也在研究之中。总之，随着科学水平的提高，酵素的应用前景将十分广阔。
主要影响
酶与某些疾病的关系
酶缺乏引起的疾病大多是先天性或遗传性的，如酪氨酸羟化酶缺乏导致的白化病、6-磷酸葡萄糖脱氢酶缺乏导致的血清素或伯氨喹敏感症患者。许多中毒性疾病几乎都是由于某些酶受到抑制而引起的。例如，当常用的有机磷农药（如敌百虫、敌敌畏、1059 和 Rogaine）中毒时，酶会失活，因为它们会与胆碱酯酶活性中心的一个重要基团--丝氨酸上的-OH 结合。胆碱酯酶可催化乙酰胆碱水解为胆碱和乙酸。当胆碱酯酶被抑制和失活时，乙酰胆碱的水解受到抑制，导致乙酰胆碱蓄积，出现一系列中毒症状，如肌肉震颤、瞳孔缩小、多汗、心跳缓慢等。某些金属离子会导致人体中毒，因为金属离子（如 Hg2+）会与某些酶的活性中心的必要基团（如半胱氨酸的-SH）结合，使酶失去活性。

A practical sourcing checklist for enzyme, biotech, and food-ingredient topics

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Recommended product references

• Longzyme Lipase: A direct product reference for lipase-related food, cleaning, or bioprocess discussions.
• Longzyme Beta-Amylase: A practical enzyme reference when starch conversion and food-processing activity are under review.
• Longzyme Compound Glucoamylase: A useful enzyme reference when saccharification or related processing performance matters.
• 酵母提取物: A practical ingredient reference when flavor, fermentation, or nutrient-support applications are involved.

FAQ for buyers and formulators

Why is a high-activity enzyme not automatically the best commercial choice?
Because the best enzyme is the one that performs reliably under the actual process conditions and gives the desired downstream result without creating new issues.

Should food and biotech ingredients be selected from data sheets alone?
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Quick answer: Enzyme and food-processing ingredients are usually selected by substrate fit, pH and temperature window, dosage, and whether the end-use specification is acceptable for the target process. The strongest commercial choice is the one that performs consistently under real processing conditions.

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