一、前言
在化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)流程中，某些反應(yīng)不僅需在高溫高壓下進(jìn)行，還常需使用催化劑來(lái)推動(dòng)化學(xué)反應(yīng)，這些催化劑多半是無(wú)機(jī)物。
1970年代興起的生物技術(shù)對(duì)許多行業(yè)均產(chǎn)生沖擊。 生物技術(shù)的重要關(guān)鍵性技術(shù)之一是酵素科技，由于生物技術(shù)的進(jìn)展，部分的化工流程也改以生物法推動(dòng)，主要是藉由生物體內(nèi)的酵素來(lái)作用。
二次大戰(zhàn)結(jié)束后酦酵工業(yè)的興起，再結(jié)合1970年代的生物技術(shù)，酵素的生產(chǎn)與應(yīng)用有了很大突破，目前已形成重要生技產(chǎn)業(yè)之一。
二、酵素本質(zhì)
酵素來(lái)自生物體(動(dòng)、植物及微生物)，是一種生體催化劑(biocatalyst)，與化學(xué)催化劑具有類似功能，但其構(gòu)造有所不同。
酵素是蛋白質(zhì)的一種，蛋白質(zhì)是由胺基酸所構(gòu)成，因此酵素也是由胺基酸所組成。但是蛋白質(zhì)不一定是酵素，只有蛋白質(zhì)且具有特殊三度空間構(gòu)造，又能進(jìn)行生物化學(xué)反應(yīng)者才是酵素。例如淀粉分解為葡萄糖需要淀粉分解酵素，在人體唾液、腸胃中均有此類酵素，但人體肌肉中的蛋白質(zhì)就沒(méi)有分解淀粉的功能，所以它不是酵素，兩者的主要差異在于結(jié)構(gòu)。因構(gòu)造不同，形成的功能也有所不同，這就是酵素與一般蛋白質(zhì)最大的差異。
酵素存在于所有活的動(dòng)、植物及微生物體內(nèi)，是維持身體正常功能、消化食物、修復(fù)組織等必需的物質(zhì)。
新陳代謝是人體每天必須進(jìn)行的生理作用，此一生化現(xiàn)象簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是指細(xì)胞吸收「新鮮」?fàn)I養(yǎng)素，與排泄「陳舊」廢物的過(guò)程。在新陳代謝過(guò)程中，有一個(gè)重要的催生者，那就是「酵素系統(tǒng)」。生命的存在，乃藉由體內(nèi)成千上百種代謝反應(yīng)，不斷地運(yùn)作而維系著。每一項(xiàng)新陳代謝都有專屬的酵素，因應(yīng)各項(xiàng)新陳代謝的需求，所以人體內(nèi)的酵素亦有成千上百種。酵素對(duì)溫度極為敏感，當(dāng)人體發(fā)燒、體溫上升時(shí)，酵素系統(tǒng)會(huì)受到波及甚至停頓，使人體呈現(xiàn)疲倦、身體有氣無(wú)力的反應(yīng)，嚴(yán)重者甚至連意識(shí)都會(huì)變得模糊。
酵素是由蛋白質(zhì)構(gòu)成，其基本成分是胺基酸，即使人體內(nèi)有足量的維生素、礦物質(zhì)、水分及蛋白質(zhì)、碳水化合物(糖類)等，但沒(méi)有酵素，仍無(wú)法維持生命。 目前科學(xué)家尚無(wú)法利用人工合成來(lái)制造與生物體內(nèi)相同結(jié)構(gòu)的酵素。所以，酵素可說(shuō)是生命的本體，沒(méi)有酵素生命就會(huì)停止，當(dāng)酵素停止活動(dòng)時(shí)，生命也無(wú)法持續(xù)下去。
三、酵素在產(chǎn)業(yè)上應(yīng)用
酵素技術(shù)在二次大戰(zhàn)之后發(fā)展極為快速，1970年代研發(fā)出固定化酵素(immobilized enzyme)技術(shù)，使得酵素在化工生產(chǎn)及應(yīng)用上更為普及；1980年代引用重組DNA技術(shù)來(lái)改良生產(chǎn)菌種及動(dòng)植物原料，因此酵素的生產(chǎn)與使用，更邁入另一新里程碑。
酵素在工業(yè)、農(nóng)業(yè)及醫(yī)學(xué)上用途非常廣泛，例如在紡織工業(yè)上，淀粉酶用以當(dāng)作拔糊劑；許多石化及特化工業(yè)生產(chǎn)中，某些反應(yīng)也改以固定化酵素取代化工催化劑；在食品工業(yè)上，以淀粉制造葡萄糖(作為食品或點(diǎn)滴注射醫(yī)學(xué)用途)，也需用酵素來(lái)分解淀粉。
在醫(yī)療方面也有作為疾病治療的醫(yī)用酵素，如尿激(urokinase)、催化(catalase)，以及玻尿酸(hyaluronidase)等。另外，納豆因?yàn)槠渲懈缓罅康募{豆激(nattokinase)，也具有分解血栓、預(yù)防心血管疾病的功效。其他醫(yī)學(xué)用途方面，在健康檢查中，肝功能好壞的指標(biāo)就是酵素，大家所熟知的GOT與GPT即是指標(biāo)酵素。
日常生活常用的洗衣粉與牙膏，若含有酵素，其功能就會(huì)提高許多。有些牙膏會(huì)添加淀粉酶、葡萄糖氧化酶、乳酸過(guò)氧化酶、溶菌酶，以及乳鐵蛋白酶等成分。其中，淀粉酶可將口腔及牙縫中的淀粉分解成葡萄糖，葡萄糖經(jīng)由葡萄糖氧化的作用，可產(chǎn)生過(guò)氧化氫，過(guò)氧化氫和硫氰離子經(jīng)由乳酸過(guò)氧化酶作用，再產(chǎn)生次硫氰離子，其過(guò)氧化氫和次硫氰離子均有殺菌和抑菌的功效。溶菌酶可分解細(xì)菌的細(xì)胞壁，因此也有殺菌的功效。乳鐵蛋白可與唾液中的鐵結(jié)合，以降低唾液中的鐵濃度，使細(xì)菌無(wú)法生長(zhǎng)，因此也有抑制細(xì)菌生長(zhǎng)的功能。
此種酵素牙膏含有唾液中應(yīng)有的天然抑菌和殺菌成分，可彌補(bǔ)因老化、疾病和服藥引起唾液減少所導(dǎo)致的天然抑菌和殺菌成分不足的情況；另一方面可以恢復(fù)唾液正常功能，改善口腔黏膜健康，又因其含有抑菌或殺菌成分，可防止蛀牙及牙周病的發(fā)生。
另外，堿性蛋白分解酵素也可制成藥用肥皂及沐浴乳，對(duì)清潔皮膚及治療皮膚病均有幫助。
四、酵素來(lái)源與生產(chǎn)
酵素原本存在于生物體內(nèi)，人體中的酵素是依遺傳基因構(gòu)造在體內(nèi)自行合成的，所以有些天生具遺傳性疾病(如地中海型貧血、尿酮癥等)的病人，都是因?yàn)轶w內(nèi)基因無(wú)法合成某些酵素所導(dǎo)致。
酵素也可藉由食物補(bǔ)充，其中最好的來(lái)源來(lái)自天然蔬菜、水果及草本植物等，日本人常吃的生魚(yú)片中也富含許多酵素。但食物經(jīng)過(guò)蒸煮之后，大部分的酵素會(huì)受到破壞，便無(wú)法提供酵素至人體中。工業(yè)上所使用的酵素可由蔬果中萃取、發(fā)酵而制得。全方位的綜X酵素產(chǎn)品，應(yīng)是能分解蛋白質(zhì)、糖類、脂肪等三大營(yíng)養(yǎng)素的酵素，最好還含有其他酵素(例如抗氧化酵素)，對(duì)于一般人的保健而言，才是最佳的選擇。目前在市面上有許多液態(tài)的綜合植物、蔬果酵素產(chǎn)品，不僅使用方便，更能符合食補(bǔ)、食療的精神，相當(dāng)備受歡迎。
另外，許多工業(yè)用酵素也能由微生物以生物技術(shù)酦酵法生產(chǎn)，生產(chǎn)方式則有液體及固體酦酵法兩種。
五、全球及臺(tái)灣酵素產(chǎn)業(yè)
(一)全球酵素產(chǎn)業(yè)依日本產(chǎn)經(jīng)新聞的調(diào)查，全球酵素市場(chǎng)大約在10億美元左右，2004及2005年日本酵素市場(chǎng)維持在160億日?qǐng)A(約1.5億美元)。銷售量最大的酵素有制造干酪用凝乳酶、添加在清潔劑的蛋白酶、生產(chǎn)果糖用的異構(gòu)化酶、淀粉及葡萄糖工業(yè)用的淀粉糖化及液化酶、飼料添加用酵素，以及醫(yī)療、農(nóng)業(yè)用相關(guān)酵素等。
目前全球酵素產(chǎn)業(yè)大部分為歐洲公司所控制，且多半屬于小國(guó)，例如丹麥的Novo公司與荷蘭的Gist-Brocades NV公司即占全球市場(chǎng)的六成左右，其余則是由生技大國(guó)如美國(guó)與日本等國(guó)家所瓜分。因此，其他國(guó)家在酵素產(chǎn)業(yè)幾乎無(wú)立足空間。
(二）臺(tái)灣的酵素產(chǎn)業(yè)
1.過(guò)去臺(tái)灣地區(qū)自行研發(fā)酵素源自于1970年代，當(dāng)時(shí)臺(tái)灣有風(fēng)光一時(shí)的菠蘿加工品，而加工后的廢棄物如菠蘿皮及心富含有酵素，之后便利用菠蘿莖萃取菠蘿酵素，稱為「stem bromelian」。當(dāng)時(shí)臺(tái)灣鳳梨酵素產(chǎn)量曾是全球第一，與美國(guó)夏威夷并列全球鳳梨酵素王國(guó)。
此時(shí)期臺(tái)灣也曾研發(fā)木瓜酵素(papain)，可惜因?yàn)槟竟系牟∠x(chóng)害問(wèn)題沒(méi)有完全解決，以致影響了原料的供應(yīng)。另外值得一提的是，當(dāng)時(shí)也成功的由人體的尿液中萃取尿激酶(urokinase)，這是與目前流行的納豆激酶具類似功能的醫(yī)用酵素，筆者當(dāng)時(shí)曾參與研發(fā)，并在1981年獲教育部科技發(fā)明獎(jiǎng)，可見(jiàn)此酵素研發(fā)的重要性，其后尿激酶外銷金額曾創(chuàng)下每年2億元新臺(tái)幣的佳績(jī)。但之后由于市場(chǎng)與營(yíng)銷策略未能充分把握而失去商機(jī)，大部分菠蘿酵素廠商已將生產(chǎn)技術(shù)及工廠移至東南亞；而尿激酶也因原料問(wèn)題，以及重組DNA技術(shù)同質(zhì)產(chǎn)品(如TPA)的競(jìng)爭(zhēng)而沒(méi)落，也有少數(shù)廠商轉(zhuǎn)至原料供應(yīng)較充裕的中國(guó)大陸，但其利潤(rùn)已大不如前。
1970年代時(shí)期，臺(tái)灣也有以細(xì)菌生產(chǎn)的淀粉液化酶應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)上，但缺點(diǎn)為量少、品質(zhì)也不佳。此外，有些進(jìn)口商也由國(guó)外(主要是日本)進(jìn)口植物所萃取的多種酵素混合的產(chǎn)品，作為保健食品之用，可惜當(dāng)時(shí)民眾對(duì)酵素認(rèn)識(shí)不夠，因此銷售并不理想。
2.現(xiàn)在目前臺(tái)灣每年的酵素產(chǎn)值大約在2~3億元新臺(tái)幣左右，包括鳳梨酵素、蛋白質(zhì)分解酵素、飼料添加用細(xì)胞壁分解酵素、xylanase、納豆激酶，以及用于制造果寡糖的轉(zhuǎn)化酵素等，但此酵素均以自產(chǎn)自用為主。
有趣的是，目前最大宗的酵素產(chǎn)品卻是保健用途的植物萃取之酵素工業(yè)源自于19世紀(jì)，但在20世紀(jì)末融入新生物技術(shù)，無(wú)論生產(chǎn)技術(shù)或應(yīng)用都有突破性發(fā)展，而且酵素與日常生活息息相關(guān)。在臺(tái)灣目前大力推動(dòng)生技產(chǎn)業(yè)的情況下，各界注意力也應(yīng)關(guān)切未來(lái)臺(tái)灣酵素產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
