酶作为高效、环保的生物催化剂，在能源、医药等领域具有重要应用。然而，天然酶存在稳定性差、易失活等问题，极大地限制了其产业化发展。目前亟待解决的关键科学问题包括：特异性酶的活性不高、所涉及酶及其催化机制仍不明确、酶蛋白分子结构的酶学研究不系统，改善酶催化性能的研究仍处于探索阶段，缺乏系统的理论支撑和高效的工程改造策略。
本书内容主要聚焦于脂肪酶、糖苷酶酶法合成催化体系的构建与机制研究，详细探讨了生物催化与酶工程的理论基础、技术进展及应用实例。全书共分为5章。第1章综述了生物催化与酶工程的发展，涵盖了生物催化的基本概念、酶工程的最新进展以及未来研究的动向与挑战，为读者提供全面的理论基础。第2章介绍了脂肪酶在传统催化应用中的概况，详细描述了脂肪酶的基本特性、应用领域及其固定化技术，包括固定化方法和效果评估。通过分析脂肪酶催化油酸乙酯合成的具体案例，展示了脂肪酶在传统体系构建中的策略创新。第3章深入探讨了脂肪酶的高级催化机理与应用，分析了脂肪酶催化合成反应的选择性与效率，阐述了其催化机制与结构的关系，并通过Knoevenagel缩合反应的实际案例，探索了相关生物大分子的催化设计。第4章探讨了糖苷酶的基础及应用研究，介绍了糖苷酶的种类、作用机理及其在传统工业中的应用，分析了糖苷酶转化技术的发展与面临的挑战，并提出了优化策略。并通过人参皂苷转化的创新研究案例，展示了糖苷酶在创新策略与发展中的重要作用。第5章探讨了糖苷酶在高级合成中的应用与创新，介绍了新合成路径的开发及糖苷酶的应用潜力，深入解析了糖苷酶的催化机制及其活性与稳定性研究。
本书通过具体案例和应用实例，展示了酶在实际生产中的巨大应用潜力，希望能为酶工程和生物催化领域的研究者提供有益的参考，推动酶法合成技术的发展与应用。
本书由李伟娜著。本书获得了西北大学双一流建设项目、国家自然科学基金面上项目（22378330）及国家重点研发项目天然活性产物生物制造技术（2021YFC2101500）的资助。西北大学生物工程系和化学工业出版社在本书编写过程中提供了鼎力支持，研究生申文凤、郭花、张兴旺和韩鑫等对本书案例研究做出了重要贡献，周子桐、雷佳驹、牛子阳等对本书进行了修改及校对，在此一并表示感谢。
本书内容的形成历经多个阶段的积累与沉淀。在本书最终成稿之际，谨向在科研思维、学术训练与课题设计方面给予我悉心指导的谭天伟院士表示衷心感谢，是他为我奠定了坚实的专业基础。同时，衷心感谢对本书相关研究工作给予重要指导与支持的范代娣教授，二位导师的教诲与引领贯穿于本书研究工作与写作过程的始终，谨向他们致以最诚挚的谢意!
由于作者水平有限，加之本书涉及的领域宽泛，如有疏漏或不妥之处，敬请读者予以指正，使本书日臻完善。
著者
2025 年2 月
第1章 生物催化与酶工程综述 001
1.1 生物催化概论 001
1.2 酶工程进展 002
1.3 研究动向与挑战 003
参考文献 003
第2章 脂肪酶传统催化应用 006
2.1 脂肪酶概述 006
2.1.1 脂肪酶的基本特性 006
2.1.2 脂肪酶的应用领域 009
2.2 脂肪酶固定化技术 011
2.2.1 固定化材料及方法 012
2.2.2 固定化效果评估 017
2.3 油酸乙酯合成研究案例 018
2.3.1 低价油酯化制备油酸乙酯生物柴油 019
2.3.2 脂肪酶固定化工艺创新 020
2.3.3 无溶剂油酸乙酯化反应催化 039
2.3.4 其他酯化反应的催化 046
参考文献 046
第3章 脂肪酶高级催化机理与应用 050
3.1 脂肪酶在合成反应中的作用 050
3.1.1 脂肪酶催化合成反应 050
3.1.2 脂肪酶的催化多样性与应用 050
3.2 脂肪酶催化原理 051
3.2.1 结构与催化机制 051
3.2.2 混杂性机制 051
3.3 生物催化Knoevenagel 缩合反应案例研究 053
3.3.1 脂肪酶催化底物混杂性能探究 053
3.3.2 核酸催化反应动力学机理 063
3.3.3 核酸催化动力学研究方法 064
参考文献 073
第4章 糖苷酶基础及应用研究 078
4.1 糖苷酶概述 078
4.2 糖苷酶生产与分类 078
4.2.1 糖苷酶生产技术 078
4.2.2 糖苷酶分类 083
4.3 糖苷酶传统工业应用 084
4.3.1 生物燃料 085
4.3.2 食品和饮料 086
4.3.3 制药应用 086
4.3.4 微量活性化合物生产 086
4.4 糖苷酶转化技术的发展与挑战 087
4.4.1 糖苷酶合成策略 087
4.4.2 溶剂工程 089
4.4.3 酶固定化 091
4.4.4 面临的挑战 093
4.5 人参皂苷转化创新研究案例 095
4.5.1 低共熔溶剂体系下的底物补料分批转化工艺研究 096
4.5.2 羧化壳聚糖包被的磁性纳米颗粒固定化酶 103
参考文献 111
第5章 糖苷酶在高级合成中的应用与创新 118
5.1 糖苷酶在高级合成中的应用 118
5.1.1 新合成路径的开发 118
5.1.2 糖苷酶的应用潜力 119
5.1.3 问题和展望 120
5.2 糖苷酶结构机理解析 121
5.2.1 催化机理 121
5.2.2 活性位点结构特征 124
5.2.3 机制工程 125
5.3 糖苷酶工程创新与展望 126
5.3.1 细胞工厂的优化 126
5.3.2 酶功能特性的调控 126
5.3.3 体系构建的展望 127
5.4 酶热稳定性及机制研究案例 128
5.4.1 硫化叶菌嗜热糖苷水解酶 128
5.4.2 糖基转移酶Bs-YjiC 141
参考文献 155
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