
生物制造是一种新兴的绿色生产方式,它利用生物体(如细胞、酶等)作为生产工具,通过生物过程来合成或加工产品。
酶素有“生物制造芯片”之称,其具有反应条件温和、效率高、立体和区域选择性强、污染少等特点,酶制剂在食品、医药、纺织、洗涤剂、造纸和农产品加工等方面具有广泛的应用。
数据显示,2024年全世界酶市场规模约140亿美元,而其下游产业产值可达数十倍甚至数百倍。
目前全球酶制剂产业市场呈现高度集中局面,主要企业包括巴斯夫(德国)、杜邦(美国)、帝斯曼-芬美意(瑞士)、凯爱瑞(爱尔兰)、诺和新元(丹麦)、Amano Enzyme(日本)、Advanced Enzyme(印度)等。

酶的工业应用已有百年历史,经过长期的探索与研究,已经诞生出一批性能卓越、应用广泛的代表性酶制剂,为生物制造的发展奠定了基础。
淀粉酶
淀粉酶广泛分布于自然界中,在动物、植物和微生物体内均存在,其主要功能是催化淀粉水解为麦芽糖、葡萄糖等小分子糖类,从而提高碳水化合物的消化吸收率。
作为食品、饲料及工业领域应用最广泛的酶制剂之一,淀粉酶常用于替代传统酸法或高温水解工艺,以降低加工能耗,提升原料利用率。在饲料中添加淀粉酶可显著提高动物对淀粉类饲料的消化率,减少未消化淀粉导致的浪费;在食品工业中,淀粉酶被广泛应用于酿酒、烘焙及糖浆生产,以优化产品品质并降低生产成本。
脂肪酶
脂肪酶是一类能够特异性水解甘油三酯酯键的酶制剂,广泛分布于动物组织、植物种子和微生物系统中。这类酶不仅能催化脂类水解生成甘油和游离脂肪酸,还具有酯合成、转酯化等多种催化功能。
作为最具工业应用潜力的酶制剂之一,脂肪酶在食品、洗涤、能源、制药和日化等领域发挥着关键作用。在食品工业中,脂肪酶被应用于面包烘焙、奶酪风味改良、油脂改性等工艺,显著提升产品品质;在洗涤剂行业,该酶已成为高效去除油脂污渍的核心成分;在生物柴油生产领域,脂肪酶催化实现了绿色环保的酯交换工艺;在制药行业,该酶被用于手性药物拆分和脂溶性药物合成;此外,脂肪酶在化妆品生产中还用于功能性脂质的合成与改性。
植酸酶
植酸酶广泛存在于自然界中,作用是将磷酸残基从植酸上水解下来,增加矿物元素的营养效价。
作为饲料中使用最广泛的酶制剂之一,植酸酶常被用于替代饲料中的磷酸氢钙,以减少畜禽生产中磷的排放,提高动物对矿物质元素和蛋白质的利用率。
纤维素酶
纤维素酶是降解纤维素生成葡萄糖的一组酶的总称,主要来自于真菌,比较典型的有木霉属、曲霉属和青霉属,其功能是将纤维素分解成葡萄糖等小分子糖类。
作为生物质转化领域的核心酶制剂,纤维素酶在食品、饲料、纺织、能源和造纸等行业具有重要应用价值。在饲料工业中,纤维素酶的添加可显著提高粗饲料的消化率,促进畜禽对纤维素的利用;提升产品得率和品质;在生物能源行业,纤维素酶是实现农林废弃物转化为可发酵糖的关键催化剂。
基于对非粮生物质原料的巨大需求,纤维素酶有望成为未来最大的工业酶品种。
核酸酶
核酸酶是一类能够特异性水解核酸分子中磷酸二酯键的酶,其主要功能是将DNA或RNA分解为核苷酸或寡核苷酸片段,在遗传物质代谢中发挥关键作用。
作为生物技术领域最重要的工具酶之一,核酸酶在基因工程、疾病诊断和生物制药等方面具有不可替代的应用价值:在基因编辑领域,限制性核酸内切酶是DNA重组技术的基础工具;在分子诊断中,核酸酶被广泛应用于PCR检测和基因测序等关键技术环节;在生物制药行业,核酸酶用于mRNA疫苗生产和寡核苷酸药物开发等前沿领域。
木糖异构酶
木糖异构酶是一类能够催化D-木糖与D-木酮糖之间可逆异构化反应的酶制剂,该酶通过将五碳糖转化为酮糖形式,显著提高非葡萄糖碳源的代谢利用率。
作为生物转化领域的关键酶制剂,木糖异构酶在食品、能源和饲料行业具有重要应用价值。在食品工业中,该酶被大规模用于高果糖浆生产,通过葡萄糖异构化提高甜度并降低生产成本;在生物燃料领域,木糖异构酶是实现木质纤维素原料高效转化乙醇的核心催化剂;在饲料添加剂行业,该酶可提高动物对饲料中半纤维素成分的消化吸收率;此外,木糖异构酶还在功能性糖醇生产中发挥重要作用,推动低热量甜味剂的开发应用。
木聚糖酶
木聚糖酶是一类能够特异性水解木聚糖中β-1,4-糖苷键的酶制剂,通过降解植物细胞壁中的半纤维素成分,将木聚糖分解为低聚木糖和木糖,显著提高纤维类物质的利用率。
作为半纤维素降解体系的核心酶种,木聚糖酶在饲料、食品、造纸和生物能源等领域具有重要应用价值。在食品加工领域,该酶被用于提高出汁率、改善色泽和风味、增强稳定性;在造纸工业中,木聚糖酶可实现生物漂白,减少传统化学漂白工艺的污染;在生物质能源领域,该酶是木质纤维素原料预处理的关键催化剂。
果胶酶
果胶酶是一类能够高效降解果胶类物质的复合酶系,其主要功能是通过水解果胶分子的糖苷键,分解半乳糖醛酸等多糖物质。
作为果蔬加工领域最重要的酶制剂之一,果胶酶在食品、饮料和纺织工业中具有广泛应用价值。在果汁加工中,果胶酶可大幅提高出汁率并促进澄清,改善产品品质;在葡萄酒酿造中,该酶能有效促进色素和风味物质的释放;在纺织工业中,果胶酶被用于天然纤维的生物精炼工艺;此外,果胶酶还在咖啡加工、植物提取和饲料添加剂等领域发挥着重要作用。
醇脱氢酶
醇脱氢酶是一类能够催化醇与醛/酮之间可逆氧化还原反应的酶制剂,广泛分布于动物肝脏、植物和微生物中。该酶以NAD(P)+为辅因子,通过转移氢负离子实现底物的特异性转化,在生物代谢过程中发挥关键作用。

作为生物催化领域的重要酶制剂,醇脱氢酶在医药、化工和食品工业中具有广泛应用价值。在制药工业中,该酶被用于手性醇类药物的不对称合成,提高药物纯度和产率;在化工领域,醇脱氢酶可实现绿色环保的生物催化工艺,生产高附加值精细化学品,制备多种生物基燃料、材料前体和精细化学品;在食品工业中,该酶参与风味物质的合成与转化。
溶菌酶
溶菌酶是一类能够特异性水解细菌细胞壁中肽聚糖β-1,4-糖苷键的酶制剂,通过破坏细菌细胞壁的N-乙酰胞壁酸和N-乙酰葡糖胺之间的连接,导致细菌细胞溶解,具有显著的抗菌作用。
作为天然抗菌剂的代表,溶菌酶在医药、食品和日化等领域具有重要应用价值。在医药领域,该酶被用作天然抗生素,治疗眼部感染和呼吸道疾病;在食品工业中,溶菌酶作为安全的防腐剂应用于乳制品、肉制品等保鲜;在日化行业,该酶被添加到牙膏、漱口水等口腔护理产品中;此外,溶菌酶还在生物工程中用于细胞破壁提取细胞内含物,在饲料添加剂中用于替代抗生素促进动物健康生长。