生物催化（Biocatalysis）是指利用具有催化活性的生物制剂作为催化剂驱动化学反应进行的交叉技术体系，是生物学、化学、工程学融合发展的产物，也是当前绿色制造领域的核心支撑技术之一。其核心催化剂主要分为两类：一类是从生物体内分离得到的功能性酶，另一类是完整的微生物、动植物细胞（包括经基因工程改造的工程细胞）。
和传统化学催化相比，生物催化具备三个突出特征：一是反应条件温和，可在常温、常压、近中性pH环境下进行反应，能耗低且对生产设备腐蚀性小；二是催化特异性极强，多数生物催化剂具备区域选择性、立体选择性和化学键选择性，能精准靶向目标反应，大幅减少副产物生成，降低后续分离纯化成本；三是环境友好，催化剂本身可生物降解，反应过程三废排放量远低于传统化学工艺，符合低碳可持续发展的要求。
围绕应用场景和技术形式，生物催化领域常见的核心子概念包括：
1. 酶催化：指以分离纯化的游离酶或固定化酶为催化剂的生物催化类型。游离酶催化反应速度快、反应体系简单，但稳定性差、难以回收重复利用；固定化酶是通过物理吸附、共价结合等方式将酶固定在特定载体上，大幅提升了酶的稳定性和重复使用率，是当前工业酶催化的主流应用形式。
2. 全细胞催化：指以完整细胞作为催化剂的生物催化类型，可进一步分为活细胞催化和休止细胞催化两类。该类催化无需提取纯化酶，细胞内天然存在的辅酶再生系统可支撑多步串联反应的持续进行，尤其适合涉及辅酶依赖、多步代谢通路的复杂反应，成本更低、稳定性更强，常被用于大宗化学品、生物燃料的规模化生产。
3. 定向进化生物催化：是近年来随合成生物学技术发展衍生的新型生物催化方向，通过对编码酶的基因进行随机突变、定向筛选，获得催化效率更高、底物谱更广、稳定性更强的人工突变酶，甚至可实现天然酶无法催化的非天然反应，极大拓展了生物催化的应用边界。
当前生物催化已经广泛落地于多个工业领域：医药领域是生物催化最成熟的应用场景，可用于手性药物、抗生素、疫苗中间体的合成，比如全球首款采用生物催化工艺合成的降糖药西格列汀，较传统化学工艺产率提升13%、废弃物排放量减少19%；食品领域中，淀粉酶催化生产葡萄糖、葡萄糖异构酶催化生产高果糖浆、乳糖酶分解乳制品中乳糖等工艺已经实现数十年的规模化应用；环保领域则利用生物催化剂降解塑料、农药残留、有机废水污染物，成为环境治理的重要技术路径。
随着基因编辑、合成生物学、酶工程等技术的不断迭代，生物催化的应用场景还在持续拓展，正逐步替代传统高污染、高能耗的化学制造工艺，是助力实现“双碳”目标、推动工业绿色转型的关键技术。

本文由AI大模型（Doubao-Seed-1.6）结合行业知识与创新视角深度思考后创作。