一、酵素概述

酵素是以动物、植物或菌类为原料，经微生物发酵制成的含特定生物活性成分的产品，包含酶、有机酸、维生素、蛋白质及多肽、氨基酸类等多糖类及益生菌等复合物质。

在酵素制作中，糖是不可缺少的成分，它的存在使发酵的最终产物成为酵素，而不是酒或者醋。糖为酵母菌、醋酸菌等有益菌提供了大量充足的养料，促使其大量繁殖，充分发酵，产生更多的生物活性成分和有机小分子。

图片1：酵素概念

二、技术演进与核心突破‌

1.传统工艺现代化‌

中国古代已掌握发酵技术（如酒曲、饴糖制作），清代宫廷复合水果发酵工艺达鼎盛，现代酵素技术融合微生物学与基因工程，通过菌种筛选（如药用真菌、工程菌）定向提升活性成分（如黄芪甲苷）。

2.生产工艺升级‌

无土栽培+酵素应用‌：改善土壤活力并提升果实品质，实现“番茄+黄桃+蔬菜”轮作的高效循环模式。

3.复合发酵技术‌：多菌种协同发酵（酵母菌、乳酸菌等）分解大分子物质，生成SOD酶、氨基酸等活性成分，增强抗氧化与消化功能。

4.1960年，固定化酶技术诞生（将酶固定在载体上重复利用）。固定化酶技术通过将游离酶与载体结合，显著提升了酵素（酶）的实际应用效能。固定化酶技术的诞生极大地推动了工业应用，特别是在食品、纺织和制药等领域‌。

5.工业应用

(1) 洗涤剂酶：洗涤剂中的酵素即生物酶，通过催化分解污渍中的大分子有机物为可溶于水的小分子，从而实现高效去污，减少化学表面活性剂和磷酸盐用量，生物降解性好。

(2) 食品工业:在食品工业中，酵素（酶制剂）主要通过催化生物化学反应提升生产效率、改善产品品质并开发新型食品。葡萄糖异构酶生产高果糖浆（1970年），a -淀粉酶用于酿酒、面包改良。葡萄糖异构酶（GI）能将葡萄糖异构化为果糖，显著提升糖浆甜度。a -淀粉酶水解淀粉生成小分子糖类，促进酵母发酵，增大面包体积。

(3) 医药:胰蛋白酶、溶菌酶用于药物生产。 酵素中的消化酶如淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶,可分解食物中的大分子物质。

①胰蛋白酶：胰蛋白酶与酵素（酶）在生物体内均具有关键的催化作用。

②溶菌酶：溶菌酶与酵素（即酶）在生物学功能上既有区别又存在交叉。溶菌酶属于水解酶，是酵素（酶）家族中的一员，其抗菌、免疫调节功能是酶在特定领域的应用体现。

图片2：酵素与食品

三、现代生物技术革命（20世纪末—21世纪）基因工程酶与酵素

基因工程酶在酵素中的作用主要体现在通过定向改造微生物或酶分子自身，显著提升酵素生产的效率、稳定性及功能多样性。

1.1980年起，聚合酶作为酵素（酶）的一种特定类型，主要在遗传信息的复制与扩增过程中发挥关键催化作用，参与DNA复制、RNA转录等遗传信息传递过程，并具有高度模板依赖性、方向性等特点。

2.基因重组

基因重组技术在酵素（酶）领域发挥着关键作用，主要体现在提升酶的性能、优化生产效率和拓展应用范围等方面。

3.环保与能源

纤维素酶作为酵素（酶）中的重要组分，在分解纤维素和提升酵素整体功能中发挥关键作用，在复合酵素产品中，纤维素酶能破坏植物细胞壁结构（主要成分为纤维素），释放细胞内营养物质（如维生素、氨基酸），增强酵素的吸收效率。酵素生产中添加纤维素酶可加速果蔬原料的细胞壁溶解，提高发酵液中活性物质的溶出率，广泛应用于食品、饲料、生物能源等。

4.塑料降解酶 应对白色污染

塑料降解酶用于工业环保，酵素用于生物体代谢调控或农业，现有研究未显示塑料降解酶参与酵素功能。塑料降解酶通过微生物分泌的酶类催化作用，实现塑料高分子链的化学键断裂，从而将其转化为可生物降解的化合物或单体‌‌。

5.CRISPR-Cas9（基因编辑工具）依赖酶切割DNA

基因编辑工具（如CRISPR-Cas9系统）在酵素（即酶）生产与应用中主要通过改造微生物底盘细胞来优化酵素的功能与产量。CRISPR-Cas9是细菌和古细菌在长期演化过程中形成的一种适应性免疫防御，可用来对抗入侵的病毒及外源DNA，而CRISPR-Cas9基因编辑技术，则是对靶向基因进行特定DNA修饰的技术，这项技术也是用于基因编辑中前沿的方法。以CRISPR-Cas9基础的基因编辑技术在一系列基因治疗的应用领域都展现出极大的应用前景，例如血液病、肿瘤和其他遗传疾病。

图片3酵素与酶

四、国家产业政策

国家“十四五”规划将生物制造列为重点发展方向，酵素产业迎来新一轮增长。中国生物发酵产业协会理事长于学军表示:“十四五”期间，生物发酵产业将针对发展中的薄弱环节和瓶颈，梳理技术短板，加强核心技术攻关，鼓励和支持企业自主创新，逐步改变部分行业核心关键技术受制于人的被动局面。大力发展发酵菌种智能高通量筛选及智能构建与优化技术，缩短发酵菌种研发周期和菌种迭代升级；解决大宗生物发酵产品生物合成途径和规模化高效制备的技术瓶颈；针对目前已有原料的高度依赖问题而研发不同新原料，提高原料利用率和目标产品转化率；重点瞄准产品质量提升工程，提高现有氨基酸、有机酸、酶制剂、酵母、糖醇等产品的生产菌种性能；建设工业核心菌种、工业酶制剂、产业支撑技术与装备等关键共性技术的联合攻关及创新平台；实现大宗生物发酵产品、化工单体和聚合材料的规模化高效生物制造生产，加快高附加值生物发酵产品的产业化；拓展生物制造技术在发酵、食品、饲料、化工等行业的应用。

五、未来发展趋势

1.在酵素体系中，"绿色生物"主要指环保型微生物及其代谢产物，其核心作用是通过生物发酵技术实现环境友好型应用。绿色生物酶催化替代化学合成，降低污染。

2.精准医疗

精准医疗在酵素领域的应用主要体现在定制化酶替代疗法、个性化治疗方案优化及靶向药物。

3.合成生物学

合成生物学通过设计、构建和优化生物系统，显著提升了酵素的生产效率、功能多样性和应用潜力。

(1) ‌活性中心模拟与理性设计‌
   活性中心模拟理性设计是优化酵素（酶）催化性能的核心策略，主要通过结合计算模拟与分子工程手段实现，基于（酶）催化机制，采用计算机模拟活性中心结构，通过引入特定氨基酸残基构建人工催化口袋。融合人工智能、多尺度计算与高通量筛选的理性设计平台，正推动酵素模拟向高活性、强耐受性及非天然反应催化方向突破

(2) AI驱动的高效改造

① 虚拟筛选‌

大语言模型快速筛选潜在活性（酶），如欣贝莱团队利用平台锁定 (R)-3-氯苯丙醇合成（酶），缩短研发周期。

② 理性设计优化‌

针对酶稳定性与催化效率进行精准突变，避免传统多轮迭代的繁琐流程。

图片4 酵素产业同比增长图

六、市场前景

1.全球市场情况

市场规模:据行业报告，2023年全球酵素市场规模约 100亿美元 ，预计到2030年可能突破 150亿美元 ，年复合增长率（CAGR）约 5-8% 。

2.中国市场前景

中国酵素产业从传统的发酵工艺起步，经历了技术引进、自主创新，如今已成为全球酶制剂市场的重要参与者。

中国酵素饮料细分领域增速尤为显著：中国市场贡献近30%份额（约300亿元人民币），同比增长25%。2023年规模达

366.42亿元，同比增长约25%，预计未来年均增长率保持20%以上。到2025年，中国酵素市场规模预计将达数百亿元，年增长率维持两位数。未来，随着生物技术的发展，中国酵素行业有望在国际市场占据更重要的地位。

参考文献：

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2.中国科技部官网

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12.中国农业科学院微生物研究所官网

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20.王勃 JS酵素科技公司发展战略研究 黑龙江大学 . 2024