工業(yè)生物技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

工業(yè)生物技術(shù)的研究

現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

生物工程（技術(shù)）是指運(yùn)用現(xiàn)代生物科學(xué)、工程學(xué)和其他基礎(chǔ)學(xué)科的知識(shí)，按照預(yù)先的設(shè)計(jì)，對(duì)生物進(jìn)行控制和改造或模擬生物及其功能，用來(lái)發(fā)展商業(yè)性加工、產(chǎn)品生產(chǎn)和社會(huì)服務(wù)的新興技術(shù)領(lǐng)域。

基礎(chǔ)：現(xiàn)代生物科學(xué)、工程學(xué)等

方法：按照預(yù)先的設(shè)計(jì)，對(duì)生物進(jìn)行控制和改造或模擬生物及其功能

目的：發(fā)展商業(yè)性加工、產(chǎn)品生產(chǎn)和社會(huì)服務(wù)

范疇：包括基因工程、細(xì)胞工程、酶工程、發(fā)酵工程、蛋白質(zhì)工程五個(gè)方面，前四項(xiàng)是生物工程的四大支柱生物工程（技術(shù)）的定義

生物生產(chǎn)過(guò)程生物工程（技術(shù)）的核心是建立生物生產(chǎn)過(guò)程

細(xì)胞酶生物催化劑（游離或固定化）

原料基質(zhì)或培養(yǎng)基（營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)）

預(yù)處理上游加工過(guò)程

空氣能量

生物反應(yīng)器

檢控系統(tǒng)生化反應(yīng)過(guò)程

產(chǎn)品

提取副產(chǎn)品精制廢物下游加工過(guò)程滅菌1、工業(yè)生物技術(shù)的崛起

2、工業(yè)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的主要形式

3、工業(yè)生物技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)

4、工業(yè)生物技術(shù)的未來(lái)展望主要內(nèi)容

◆人類活動(dòng)需求的基本物質(zhì)是人類文明的基礎(chǔ)，而生物質(zhì)一直是人類文明的重要物資基礎(chǔ)。事實(shí)上，今天在地球上所發(fā)生的最大的物質(zhì)和能量的循環(huán)（如C、N、O和太陽(yáng)能）也是由生物加工所完成的。

自然生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)化陽(yáng)光游牧文明食物工業(yè)文明化石原料農(nóng)耕文明衣食住行人類文明演化人口資源壓力1萬(wàn)年3千年2百年文明演化方向新文明未來(lái)生物質(zhì)一直是人類文明的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。生物質(zhì)資源加工利用方式的進(jìn)步推動(dòng)了人類文明的進(jìn)步。

化石資源日益匱乏:

石油:50～100年

煤炭:20～30年

天然氣:75～120年

文明危機(jī)：石油戰(zhàn)爭(zhēng)、資源爭(zhēng)奪資源——外交政策和國(guó)家安全人類面臨著前所未有的生存與發(fā)展的危機(jī)目前地球所面臨的環(huán)境危機(jī)直接或間接與化石燃料的加工和使用有關(guān)。如化石燃料燃燒后放出大量CO2、SOx、NOx等，被認(rèn)為是形成局部環(huán)境污染、產(chǎn)生酸雨以及溫室氣體等環(huán)境問題的根源。聯(lián)合國(guó)人口基金統(tǒng)計(jì)2050年地球人口將達(dá)到100億?。?！年1900210020002020205017億人口1970（forecast）增長(zhǎng)的極限

（ClubofRome,1972）生長(zhǎng)極限

資源人均食品產(chǎn)量

人均工業(yè)品產(chǎn)量

人口

環(huán)境污染文明沖突100億人口

61億人口發(fā)展生物質(zhì)加工產(chǎn)業(yè)是解決人類文明沖突的重要途徑生物工程是解決人類面臨危機(jī)的有效途徑

生物質(zhì)是植物通過(guò)光合作用生成的有機(jī)物，它的生成過(guò)程如下

CO2+H2O+太陽(yáng)能--（CH2O）+O2生物質(zhì)的具體種類:植物類中最主要也是我們經(jīng)常見到的有木材、農(nóng)作物（秸稈、稻草、麥稈、豆稈、棉花稈、谷殼等）、雜草、藻類等。非植物類中主要有動(dòng)物糞便、動(dòng)物尸體、廢水中的有機(jī)成分、垃圾中的有機(jī)成分等。生物質(zhì)作用生物質(zhì)是太陽(yáng)能最主要的吸收器和儲(chǔ)存器。太陽(yáng)能照射到地球后，一部分轉(zhuǎn)化為熱能，一部分被植物吸收，轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)能；由于轉(zhuǎn)化為熱能的太陽(yáng)能能量密度很低，不容易收集，只有少量能被人類所利用，其他大部分存于大氣和地球中的其他物質(zhì)中；生物質(zhì)通過(guò)光合作用，能夠把太陽(yáng)能富集起來(lái)，儲(chǔ)存在有機(jī)物中，這些能量是人類發(fā)展所需能源的源泉和基礎(chǔ)。

植物是生物質(zhì)的主要種類，如木材、農(nóng)作物（秸稈、稻草、麥稈、豆稈、棉花稈、谷殼等）、雜草、藻類等是生物加工產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)木質(zhì)纖維素的成份

木質(zhì)纖維素由纖維素、半纖維素、木質(zhì)素和少量的可溶性固形物組成。(C6H10O5)n+nH2O→nC6H10O6纖維素葡萄糖(C5H8O4)n+nH2O→nC5H10O5半纖維素戊糖（木糖為主）木質(zhì)素是以苯丙烷及其衍生物為基本單位構(gòu)成的高分子芳香族化合物，是一種酚類聚合物，起膠質(zhì)的作用，將纖維素和半纖維素連接在一起。

因化石資源不斷枯竭、環(huán)境污染日益加劇目前化學(xué)工業(yè)的生產(chǎn)模式必須要進(jìn)行徹底的變革，轉(zhuǎn)向以生物可再生資源為原料，生物可再生能源為能源，環(huán)境友好、過(guò)程高效的新一代物質(zhì)加工模式。其核心技術(shù)是工業(yè)生物技術(shù)。

一、工業(yè)生物技術(shù)的新崛起

1、工業(yè)生物技術(shù)是生物質(zhì)資源利用的關(guān)鍵工業(yè)生物技術(shù)是以微生物或酶為催化劑進(jìn)行物質(zhì)轉(zhuǎn)化，大規(guī)模生產(chǎn)人類所需的化學(xué)品、醫(yī)藥、能源、材料等，是解決人類目前面臨的資源、能源及環(huán)境危機(jī)的有效手段。它為醫(yī)藥生物技術(shù)提供下游支撐，為農(nóng)業(yè)生物技術(shù)提供后加工手段。發(fā)展工業(yè)生物技術(shù)的任務(wù)，是把生命科學(xué)的發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化為實(shí)際的產(chǎn)品、過(guò)程或系統(tǒng)，以滿足社會(huì)的需要。工業(yè)生物技術(shù)不僅僅面對(duì)發(fā)酵行業(yè)，它已經(jīng)開始進(jìn)入包括農(nóng)業(yè)化學(xué)、有機(jī)物、藥物和高分子材料在內(nèi)的很多領(lǐng)域，廣泛應(yīng)用于許多日常用品的生產(chǎn)，如洗滌劑和紡織品等，而且它的作用具有更加深遠(yuǎn)的意義2、工業(yè)生物技術(shù)的核心是生物催化生物催化劑與普通化學(xué)催化劑（通常為強(qiáng)酸和強(qiáng)堿等）相比，具有以下特點(diǎn)：（1）催化效率的高效性。每公斤天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶可以催化生產(chǎn)本身質(zhì)量10萬(wàn)倍的天冬氨酸。（2）專一性強(qiáng)。酶只選擇催化某種反應(yīng)并獲得特定的產(chǎn)物，所以其位點(diǎn)專一性、化學(xué)專一性和立體專一性強(qiáng)。生物催化法可高效地生產(chǎn)大量的光學(xué)活性化合物。（3）環(huán)境友好。生物催化劑（酶與微生物）的本質(zhì)是蛋白質(zhì)，在使用后可方便地被消除。反應(yīng)條件溫和，一般在常溫常壓下進(jìn)行，其能耗和水耗低，可大大降低化石能源和水資源的消耗，減少了溫室氣體的排放。是綠色化學(xué)與綠色化工發(fā)展的重要趨勢(shì)之一。

3、工業(yè)生物技術(shù)的貢獻(xiàn)1）制造路線變更生物催化過(guò)程(生物催化劑---綠色技術(shù)的重要應(yīng)用)1)高效率，高轉(zhuǎn)化率2)高選擇性3)環(huán)境友好傳統(tǒng)化學(xué)催化過(guò)程1)高能耗2)高物耗3)污染環(huán)境丙烯腈H2O脫色丙烯酰胺水合（室溫）分離催化劑生物催化劑Yield99.99%Purity99.99％丙烯酰胺生產(chǎn)路線的變更化學(xué)催化路線生物催化路線Cu2+催化丙腈烯濃縮丙烯酰胺水合100℃催化劑分離除氧Cu2+除去和脫色丙烯腈H2O

Cu2+催化法生物催化法單耗～0.80.75產(chǎn)品純度～95%99.99%副產(chǎn)物和雜質(zhì)產(chǎn)物中存在Cu2+,基本上沒有三廢副產(chǎn)物少轉(zhuǎn)化率83～87%99.99%成本高低溫度（℃）10010能耗高低丙烯酰胺生產(chǎn)路線的比較只有生物催化法才能生產(chǎn)高純度的丙烯酸，從而才可以合成超高分子量的聚丙烯酸，在三次采油中發(fā)揮重大作用。

工業(yè)生物催化技術(shù)的原料是生物質(zhì)中國(guó)生物質(zhì)可利用的數(shù)量我國(guó)屬于太陽(yáng)能資源豐富的國(guó)家，每年輻射總量在3.3×103～8.4×106kJ/m2之間。我國(guó)陸地面積每年接受的太陽(yáng)能相當(dāng)于2.4×104億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。如果將中國(guó)8％的土地覆蓋上高能作物，達(dá)到世界平均水平的森林覆蓋面積，按光合效能6.6％計(jì)算，相當(dāng)于產(chǎn)生126億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。隨著生物技術(shù)的發(fā)展，生物質(zhì)數(shù)量將更大。

發(fā)展工業(yè)生物催化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)能源的高效利用，中國(guó)可以走向一條通往綠色生態(tài)現(xiàn)代化之路。2）原料路線變更——生物質(zhì)3）以生物質(zhì)為原料采用工業(yè)生物技術(shù)能

實(shí)現(xiàn)大多數(shù)產(chǎn)品的生產(chǎn)微生物代謝途徑（生物催化網(wǎng)絡(luò)）EMP的化學(xué)歷程

糖原或淀粉1-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛磷酸二羥丙酮2

1，3-二磷酸甘油酸2

3-磷酸甘油酸2

2-磷酸甘油酸2

磷酸烯醇丙酮酸2

丙酮酸第一階段第二階段第三階段葡萄糖葡萄糖的磷酸化磷酸己糖的裂解2-磷酸甘油和ATP生成丙酮酸和ATP的生成第四階段糖酵解過(guò)程

OCH3-C-SCoACoASHNADH+CO2FADH2H2ONADH+CO2NADHGTP三羧酸循環(huán)

（TCA）

草酰乙酸再生階段

檸檬酸的生成階段

氧化脫羧階段檸檬酸異檸檬酸順烏頭酸－酮戊二酸琥珀酸琥珀酰CoA延胡索酸蘋果酸草酰乙酸NAD+NAD+FADNAD+③

①②生物質(zhì)加工的產(chǎn)品體系C4C3C2C1生物質(zhì)糖甲烷、甲醇等乙醇、乙酸、乙烯、乙二醇等乳酸、丙烯酸、丙二醇等丁二酸、富馬酸、丁二醇、丁四醇等衣康酸、木糖醇等高分子材料產(chǎn)品和化學(xué)品檸檬酸、山梨醇等C5C6苯、苯酚等生物質(zhì)加工過(guò)程就是酶催化的過(guò)程，21世紀(jì)是生物催化的世紀(jì)工業(yè)生物技術(shù)應(yīng)用于大規(guī)?；瘜W(xué)品生產(chǎn)已初見端倪，如農(nóng)用化學(xué)品、精細(xì)化學(xué)品、大宗化學(xué)品、藥物及高分子材料等領(lǐng)域。21世紀(jì)是工業(yè)生物技術(shù)崛起的新紀(jì)元。中國(guó)也十分重視工業(yè)生物技術(shù)的發(fā)展。國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)與技術(shù)規(guī)劃中將工業(yè)生物技術(shù)列為重點(diǎn)研究的領(lǐng)域。國(guó)家重大基礎(chǔ)研究計(jì)劃（973計(jì)劃）將生物催化項(xiàng)目立項(xiàng)。國(guó)家高技術(shù)研究計(jì)劃（863計(jì)劃）中增列工業(yè)生物技術(shù)專題。我國(guó)工業(yè)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展也較快。如目前我國(guó)的谷氨酸和檸檬酸產(chǎn)量為世界第一，但是技術(shù)水平和國(guó)外還有一定差距?？傮w來(lái)說(shuō)，我國(guó)是工業(yè)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)大國(guó)，但還不是強(qiáng)國(guó)。二、工業(yè)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的主要形式

工業(yè)生物技術(shù)在生物能源、生物材料以及生物質(zhì)資源化（生物基大宗化學(xué)品和化工原料

）方面發(fā)揮著重要作用。

工業(yè)生物技術(shù)的新崛起有兩個(gè)巨大的推動(dòng)力，即社會(huì)強(qiáng)烈需求和生物技術(shù)的進(jìn)步。人類社會(huì)發(fā)展迫切需要解決的問題是資源、能源、人口、環(huán)境問題。隨著生物技術(shù)突破性進(jìn)展，使得人類可以設(shè)計(jì)和構(gòu)建新一代的工業(yè)生物技術(shù)，可高效快速地將各類可再生生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)化為新的資源和能源。1、生物能源產(chǎn)業(yè)

2000－2020年將是世界各國(guó)大力發(fā)展生物質(zhì)能的關(guān)鍵時(shí)期。目前，生物能源的主要形式有

1）燃料乙醇2）生物柴油3）沼氣4）生物制氫清潔可再生生物能源的開發(fā)和利用是公眾關(guān)注熱點(diǎn)之一。其中，生物質(zhì)能具有資源量大、相對(duì)集中、能量品位較高的特點(diǎn)。植物將低品位能源太陽(yáng)能濃縮轉(zhuǎn)變?yōu)楦咂肺坏幕瘜W(xué)鍵能，消耗CO2，產(chǎn)生大量氧氣。木質(zhì)纖維素和纖維素每年以約1.640ⅹ1011t的速度不斷再生，以能量換算，相當(dāng)于目前石油年產(chǎn)量的15－20倍。在基因工程、代謝工程發(fā)展的帶動(dòng)下，新一代能源作物和微生物物種的誕生將會(huì)大大地推動(dòng)生物能源技術(shù)的進(jìn)步。1）燃料乙醇乙醇燃料乙醇糖精餾除水發(fā)酵燃料酒精是目前應(yīng)用最廣泛的生物燃料，是較為理想的汽油替代品，已在一些國(guó)家和地區(qū)得到廣泛使用。目前我國(guó)酒精年產(chǎn)量為300多萬(wàn)噸，僅次于巴西、美國(guó)，列世界第三，預(yù)計(jì)到2005年可達(dá)1000萬(wàn)噸。中國(guó)發(fā)展燃料酒精不應(yīng)采用糧食轉(zhuǎn)化的路線，需要發(fā)展木質(zhì)纖維素生產(chǎn)酒精的綜合利用技術(shù)，需要大力發(fā)展高效產(chǎn)糖的C4能源植物，如新品種甜高粱和甘蔗等。

目前乙醇作為燃料，政府必須補(bǔ)貼。補(bǔ)貼乙醇成本乙醇燃料價(jià)值贏余2666乙烯及衍生物價(jià)值2）生物柴油生物柴油是脂肪酸與低碳醇在催化劑的存在下，發(fā)生酯化反應(yīng)，形成脂肪酸甲酯或乙酯，可代替柴油燃燒。生物柴油環(huán)境友好，無(wú)需對(duì)現(xiàn)有柴油發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行任何改造即可使用，且對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)有保護(hù)作用。立足于本國(guó)原料大規(guī)模生產(chǎn)替代液體燃料——生物柴油，對(duì)增強(qiáng)我國(guó)石油安全具有重要的戰(zhàn)略意義。發(fā)展我國(guó)生物柴油，亟需解決油脂資源的生產(chǎn)問題。

3）沼氣是有機(jī)物質(zhì)在厭氧條件下，經(jīng)過(guò)微生物發(fā)酵作用而生成的以甲烷為主的可燃?xì)怏w。由葡萄糖厭氧消化產(chǎn)甲烷的能量轉(zhuǎn)換效率可高達(dá)87%，是其他加工技術(shù)所難以達(dá)到的。沼氣發(fā)酵可以綜合利用有機(jī)廢物和農(nóng)作物秸稈，對(duì)水資源和土壤等再生和資源化有促進(jìn)作用。許多國(guó)家已把沼氣開發(fā)列入國(guó)家能源戰(zhàn)略。我國(guó)是世界上沼氣利用開展得最好的國(guó)家，沼氣技術(shù)相當(dāng)成熟，目前已進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用階段。4）生物制氫是利用某些微生物代謝過(guò)程來(lái)生產(chǎn)氫氣的一項(xiàng)生物工程技術(shù)，所用原料是陽(yáng)光和水，也可以是有機(jī)廢水、秸稈等，來(lái)源豐富，價(jià)格低廉，生產(chǎn)過(guò)程清潔、節(jié)能。德國(guó)、英國(guó)、美國(guó)、日本、以色列、瑞典等許多同家的政府部門，對(duì)氫能源的開發(fā)及其應(yīng)用技術(shù)的研究都給予了高度重視。我國(guó)對(duì)該領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究也給予大力支持。2

、

生物材料

與石油化工材料相比，生物材料具有可再生、可生物降解、應(yīng)用前景廣闊的突出優(yōu)點(diǎn)，但實(shí)現(xiàn)商業(yè)化還需要在價(jià)格上形成競(jìng)爭(zhēng)力。目前已成功實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的有Cargill

Dow公司的聚乳酸工廠和DuPont公司由1，3－丙二醇生產(chǎn)PTT的工廠。這兩項(xiàng)成果標(biāo)志著用生物原料生產(chǎn)的生物材料已經(jīng)開始具備市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)（前者能耗降低30%～50%，后者降低25%）。聚乳酸是性能優(yōu)異的功能纖維和熱塑性材料，具有優(yōu)異的成膜和成纖維的能力，可以用來(lái)做包裝材料和紡織材料。聚乳酸的生產(chǎn)主要是通過(guò)生物法將葡萄糖轉(zhuǎn)化成乳酸，然后再通過(guò)化學(xué)法進(jìn)行高分子聚合反應(yīng)，生成聚乳酸。采用1，3－丙二醇與對(duì)苯二甲酸進(jìn)行縮聚，制造的聚酯PTT纖維材料具有良好的抗腐蝕性，又具有尼龍66的彈性，且更容易印染，被認(rèn)為是一種優(yōu)質(zhì)的高分子纖維材料。3、生物質(zhì)資源化（生物基大宗化學(xué)品和化工原料

）生物質(zhì)加工的重大產(chǎn)品體系C4C3C2C1生物質(zhì)糖甲烷、甲醇等乙醇、乙酸、乙烯、乙二醇等乳酸、丙烯酸、丙二醇等丁二酸、富馬酸、丁二醇、丁四醇等衣康酸、木糖醇等高分子材料產(chǎn)品和化學(xué)品檸檬酸、山梨醇等C5C6苯、苯酚等甲烷是最重要的C1平臺(tái)化合物，也是最重要的生物能源之一生物乙醇是最重要C2平臺(tái)化合物乙醇乙烯燃料乙醇糖環(huán)氧乙烷乙二醇精餾除水催化脫水發(fā)酵

生物乙醇作為一個(gè)純物質(zhì)，熵值較低，如果與普通燃料（混合物）一樣用于燃燒產(chǎn)生能量，其在經(jīng)濟(jì)性上不太合理。更適宜用于制造其他純物質(zhì)如生物乙烯等。

目前乙醇作為燃料，政府必須補(bǔ)貼。

生物質(zhì)加工乙醇，生產(chǎn)生物乙烯已具備產(chǎn)業(yè)化商業(yè)化條件，并與新建石腦油乙烯裝置競(jìng)爭(zhēng)。（中東乙烷乙烯除外）補(bǔ)貼乙醇成本乙醇燃料價(jià)值贏余2666乙烯及衍生物價(jià)值我國(guó)生物乙烯面臨重大需求2003年2005年2010年2020年乙烯1620萬(wàn)噸1900萬(wàn)噸2600萬(wàn)噸4000萬(wàn)噸取代率10％30％生物乙烯5萬(wàn)噸260萬(wàn)噸1200萬(wàn)噸生物乙烯的產(chǎn)值5億元260億元1200億元我國(guó)生產(chǎn)乙烯的滿足率平均不到50％，需要大量進(jìn)口。

1噸乙烯需要3噸石腦油，且消耗1噸標(biāo)油。巨大的市場(chǎng)需求和經(jīng)濟(jì)可行性為生物乙烯的產(chǎn)業(yè)化提供了巨大的動(dòng)力。我國(guó)已有3萬(wàn)噸/年生物乙烯的工業(yè)裝置，用于生產(chǎn)3萬(wàn)噸/年環(huán)氧乙烷，經(jīng)濟(jì)效益良好。印度、巴西等國(guó)已有40萬(wàn)噸生物乙烯的生產(chǎn)規(guī)模。

中東乙烯—乙醇（運(yùn)輸）—乙烯乙醇乙烯原料生物乙烯的關(guān)鍵技術(shù)生物乙烯的關(guān)鍵技術(shù)：1）低成本的發(fā)酵糖（原料）制備高技術(shù)。2）代謝工程技術(shù)改造酒精發(fā)酵菌種，提高發(fā)酵乙醇的相對(duì)純度，有效減少與乙醇物性相近的輕質(zhì)組分（如某些醇類、酯類等）的產(chǎn)生。3）研究生物乙烯工藝過(guò)程中的反應(yīng)分離耦聯(lián)技術(shù)和乙醇發(fā)酵與乙醇脫水工藝耦聯(lián)工藝，降低整體工藝過(guò)程的轉(zhuǎn)化效率和能耗。選擇低成本的原料路線是降低生物乙醇、生物乙烯乙烯生產(chǎn)成本和提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵。目前用于發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的原料主要為▲淀粉質(zhì)原料（80%）▲糖蜜原料（10％）。我國(guó)利用淀粉質(zhì)原料生產(chǎn)乙醇和利用糖蜜原料生產(chǎn)乙醇的工藝成熟穩(wěn)定，技術(shù)可行，糖轉(zhuǎn)化率已達(dá)92～96％的水平。但是糧食類淀粉質(zhì)原料，如玉米等價(jià)格較高，達(dá)到1400元/噸，使得乙醇的生產(chǎn)成本較高。低成本的發(fā)酵糖（原料）制備高技術(shù)低成本原料的生物乙醇工藝路線：▲采用低成本的非糧食類淀粉質(zhì)原料，如木薯、紅薯、陳糧等?！缘统杀灸举|(zhì)纖維素原料生產(chǎn)乙醇的工藝是未來(lái)乙醇生產(chǎn)的重要發(fā)展方向。五碳糖利用是降低成本的關(guān)鍵甘蔗或甜高粱發(fā)酵糖非發(fā)酵糖纖維素半纖維素木質(zhì)素葡萄糖木糖苯酚苯燃料油燃料氣1/21/21/31/31/31/51/71/82/7能源材料化學(xué)品裂解氫解乳酸是最重要C3平臺(tái)化合物乳酸乳酸酯聚乳酸糖丙烯酸催化脫水發(fā)酵1mol葡萄糖可以生成2mol乳酸，理論上1噸糖可得1噸乳酸，實(shí)際轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到95％－98％。乳酸及乳酸甲酯脫水生成丙烯酸（甲酯）轉(zhuǎn)化率達(dá)88%，但是尚未工業(yè)。甘油1,3-丙二醇葡萄糖3-磷酸甘油醛3-羥基丙醛二羥丙酮磷酸二羥丙酮NADHNAD+NADHNAD+ATPADP乙酸乙酰輔酶A乳酸琥珀酸丙酮酸6-磷酸葡萄糖磷酸烯醇式丙酮酸ADPATPADPATP乙醇2,3-丁二醇NADHNAD+ADPATP2NAD+2NADH1,3-丙二醇氧化還原酶甘油脫水酶NADHNAD+2NAD+2NADHADPATPNADHNAD+ATPADPATPADP甘油脫氫酶激酶1，3－丙二醇的代謝途徑C3平臺(tái)化合物丁醇、丁二酸、丁二醇、富馬酸等是重要的C4平臺(tái)化合物富馬酸糖丁二酸2,3-丁二醇1,4-丁二醇丁醇丁二烯葡萄糖丙酮酸丙酮酸乙酰CoA檸檬酸丁二酸富馬酸蘋果酸草酰乙酸草酰乙酸蘋果酸富馬酸（129％）丁二酸乙醛乙醇乳酸EMPATP+NADH2NADNADH2(7)NADNADH2CO2CO2(8)(9)(10)H2OCO2ATPNADH2NADCO2NADNADH2(1)(2)(3)(4)(5)(6)TCA線粒體胞液途徑（64％）利用代謝工程手段，可以大大提高目標(biāo)化合物的產(chǎn)量。反應(yīng)分離耦合技術(shù)CO2調(diào)控三、工業(yè)生物技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)問題工業(yè)生物技術(shù)存在著一些關(guān)鍵技術(shù)問題亟待解決，目標(biāo)是大大提高工業(yè)生物技術(shù)的效能。

1）

微生物資源庫(kù)和微生物功能基因組學(xué)技術(shù)

◆微生物是生物圈的基礎(chǔ)，控制地球的生物化學(xué)循環(huán)，影響土壤的生產(chǎn)力、水質(zhì)和全球氣候?！粑⑸锟山鉀Q人類面臨的能源和環(huán)境問題?！粑⑸锞哂芯薮蟮臐摿?，幾乎可以捕獲任何形式能源。因此利用微生物可以進(jìn)行能源生產(chǎn)。◆微生物能夠適應(yīng)環(huán)境的多樣性，減輕環(huán)境的威脅，如極端pH值、溫度和鹽度。因此利用微生物可以在工業(yè)環(huán)境中大規(guī)模催化生產(chǎn)化學(xué)品。微生物是工業(yè)生物技術(shù)的基礎(chǔ)微生物物種巨大的多樣性及其基因改造的巨大潛力，將其與精妙現(xiàn)代工程技術(shù)結(jié)合，為人類提供了新的巨大機(jī)遇，工業(yè)生物催化技術(shù)的發(fā)展前景十分誘人。醫(yī)藥生物技術(shù)人類基因組學(xué)及相關(guān)科學(xué)農(nóng)業(yè)生物技術(shù)動(dòng)植物基因組學(xué)及相關(guān)科學(xué)工業(yè)生物技術(shù)微生物基因組學(xué)及相關(guān)科學(xué)推動(dòng)目前人類所了解的微生物僅占總數(shù)1％，故以微生物應(yīng)用為主的工業(yè)生物催化技術(shù)的發(fā)展?jié)摿Ψ浅４?，發(fā)展空間較大。推動(dòng)推動(dòng)拉動(dòng)人口健康食品資源能源環(huán)境拉動(dòng)拉動(dòng)科學(xué)技術(shù)社會(huì)需求RedBiotechnologyGreenBiotechnologyWhiteBiotechnology微生物物種巨大的多樣性及其基因改造的巨大潛力，將其與精妙現(xiàn)代工程技術(shù)結(jié)合，為人類提供了新的巨大機(jī)遇，工業(yè)生物催化技術(shù)的發(fā)展前景十分誘人。

利用極端微生物的獨(dú)特基因資源，從而發(fā)現(xiàn)一些具有工業(yè)應(yīng)用價(jià)值的新酶。極端微生物強(qiáng)堿強(qiáng)酸高溫高寒生物催化劑多樣性研究目前已經(jīng)有200多種微生物的基因組被全測(cè)序幾種重要模式微生物的全基因已經(jīng)被測(cè)序E.coli運(yùn)動(dòng)單胞菌釀酒酵母乳桿菌米根霉菌蛋白質(zhì)序列測(cè)試數(shù)據(jù)基因序列測(cè)試數(shù)據(jù)基因