酶作為高效、環(huán)保的生物催化劑，在能源、醫(yī)藥等領域具有重要應用。然而，天然酶存在穩(wěn)定性差、易失活等問題，極大地限制了其產業(yè)化發(fā)展。目前亟待解決的關鍵科學問題包括：特異性酶的活性不高、所涉及酶及其催化機制仍不明確、酶蛋白分子結構的酶學研究不系統(tǒng)，改善酶催化性能的研究仍處于探索階段，缺乏系統(tǒng)的理論支撐和高效的工程改造策略。
本書內容主要聚焦于脂肪酶、糖苷酶酶法合成催化體系的構建與機制研究，詳細探討了生物催化與酶工程的理論基礎、技術進展及應用實例。全書共分為5章。第1章綜述了生物催化與酶工程的發(fā)展，涵蓋了生物催化的基本概念、酶工程的最新進展以及未來研究的動向與挑戰(zhàn)，為讀者提供全面的理論基礎。第2章介紹了脂肪酶在傳統(tǒng)催化應用中的概況，詳細描述了脂肪酶的基本特性、應用領域及其固定化技術，包括固定化方法和效果評估。通過分析脂肪酶催化油酸乙酯合成的具體案例，展示了脂肪酶在傳統(tǒng)體系構建中的策略創(chuàng)新。第3章深入探討了脂肪酶的高級催化機理與應用，分析了脂肪酶催化合成反應的選擇性與效率，闡述了其催化機制與結構的關系，并通過Knoevenagel縮合反應的實際案例，探索了相關生物大分子的催化設計。第4章探討了糖苷酶的基礎及應用研究，介紹了糖苷酶的種類、作用機理及其在傳統(tǒng)工業(yè)中的應用，分析了糖苷酶轉化技術的發(fā)展與面臨的挑戰(zhàn)，并提出了優(yōu)化策略。并通過人參皂苷轉化的創(chuàng)新研究案例，展示了糖苷酶在創(chuàng)新策略與發(fā)展中的重要作用。第5章探討了糖苷酶在高級合成中的應用與創(chuàng)新，介紹了新合成路徑的開發(fā)及糖苷酶的應用潛力，深入解析了糖苷酶的催化機制及其活性與穩(wěn)定性研究。
本書通過具體案例和應用實例，展示了酶在實際生產中的巨大應用潛力，希望能為酶工程和生物催化領域的研究者提供有益的參考，推動酶法合成技術的發(fā)展與應用。
本書由李偉娜著。本書獲得了西北大學雙一流建設項目、國家自然科學基金面上項目（22378330）及國家重點研發(fā)項目天然活性產物生物制造技術（2021YFC2101500）的資助。西北大學生物工程系和化學工業(yè)出版社在本書編寫過程中提供了鼎力支持，研究生申文鳳、郭花、張興旺和韓鑫等對本書案例研究做出了重要貢獻，周子桐、雷佳駒、牛子陽等對本書進行了修改及校對，在此一并表示感謝。
本書內容的形成歷經多個階段的積累與沉淀。在本書最終成稿之際，謹向在科研思維、學術訓練與課題設計方面給予我悉心指導的譚天偉院士表示衷心感謝，是他為我奠定了堅實的專業(yè)基礎。同時，衷心感謝對本書相關研究工作給予重要指導與支持的范代娣教授，二位導師的教誨與引領貫穿于本書研究工作與寫作過程的始終，謹向他們致以最誠摯的謝意!
由于作者水平有限，加之本書涉及的領域寬泛，如有疏漏或不妥之處，敬請讀者予以指正，使本書日臻完善。
著者
2025 年2 月
第1章 生物催化與酶工程綜述 001
1.1 生物催化概論 001
1.2 酶工程進展 002
1.3 研究動向與挑戰(zhàn) 003
參考文獻 003
第2章 脂肪酶傳統(tǒng)催化應用 006
2.1 脂肪酶概述 006
2.1.1 脂肪酶的基本特性 006
2.1.2 脂肪酶的應用領域 009
2.2 脂肪酶固定化技術 011
2.2.1 固定化材料及方法 012
2.2.2 固定化效果評估 017
2.3 油酸乙酯合成研究案例 018
2.3.1 低價油酯化制備油酸乙酯生物柴油 019
2.3.2 脂肪酶固定化工藝創(chuàng)新 020
2.3.3 無溶劑油酸乙酯化反應催化 039
2.3.4 其他酯化反應的催化 046
參考文獻 046
第3章 脂肪酶高級催化機理與應用 050
3.1 脂肪酶在合成反應中的作用 050
3.1.1 脂肪酶催化合成反應 050
3.1.2 脂肪酶的催化多樣性與應用 050
3.2 脂肪酶催化原理 051
3.2.1 結構與催化機制 051
3.2.2 混雜性機制 051
3.3 生物催化Knoevenagel 縮合反應案例研究 053
3.3.1 脂肪酶催化底物混雜性能探究 053
3.3.2 核酸催化反應動力學機理 063
3.3.3 核酸催化動力學研究方法 064
參考文獻 073
第4章 糖苷酶基礎及應用研究 078
4.1 糖苷酶概述 078
4.2 糖苷酶生產與分類 078
4.2.1 糖苷酶生產技術 078
4.2.2 糖苷酶分類 083
4.3 糖苷酶傳統(tǒng)工業(yè)應用 084
4.3.1 生物燃料 085
4.3.2 食品和飲料 086
4.3.3 制藥應用 086
4.3.4 微量活性化合物生產 086
4.4 糖苷酶轉化技術的發(fā)展與挑戰(zhàn) 087
4.4.1 糖苷酶合成策略 087
4.4.2 溶劑工程 089
4.4.3 酶固定化 091
4.4.4 面臨的挑戰(zhàn) 093
4.5 人參皂苷轉化創(chuàng)新研究案例 095
4.5.1 低共熔溶劑體系下的底物補料分批轉化工藝研究 096
4.5.2 羧化殼聚糖包被的磁性納米顆粒固定化酶 103
參考文獻 111
第5章 糖苷酶在高級合成中的應用與創(chuàng)新 118
5.1 糖苷酶在高級合成中的應用 118
5.1.1 新合成路徑的開發(fā) 118
5.1.2 糖苷酶的應用潛力 119
5.1.3 問題和展望 120
5.2 糖苷酶結構機理解析 121
5.2.1 催化機理 121
5.2.2 活性位點結構特征 124
5.2.3 機制工程 125
5.3 糖苷酶工程創(chuàng)新與展望 126
5.3.1 細胞工廠的優(yōu)化 126
5.3.2 酶功能特性的調控 126
5.3.3 體系構建的展望 127
5.4 酶熱穩(wěn)定性及機制研究案例 128
5.4.1 硫化葉菌嗜熱糖苷水解酶 128
5.4.2 糖基轉移酶Bs-YjiC 141
參考文獻 155
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