第九章-生物技術與化學工業(yè)

第九章生物技術與化學工業(yè)第一節(jié)概述生物化工是以應用基礎研究為主，將生物技術與化學工程相結合的學科。生物化工作為生物技術下游過程的支撐學科，對生物技術的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)的建立起著十分重要的作用，它是基因工程、細胞工程、發(fā)酵工程和酶工程走向產(chǎn)業(yè)化的必由之路。

是生物技術的一個重要組成部分生物化工是以實驗研究為基礎、理論和工程應用并重，綜合遺傳工程、細胞工程、酶工程與工程技術理論，通過工程研究、過程設計、操作的優(yōu)化與控制，實現(xiàn)生物過程的目標產(chǎn)物。生物化工學科起始于第二次世界大戰(zhàn)時期，以抗生素的深層發(fā)酵和大規(guī)模生產(chǎn)技術的研究為標志。20世紀60年代末至80年代中期，轉基因技術、生物催化與轉化技術、動植物細胞培養(yǎng)技術、新型生物反應器和新型生物分離技術等開發(fā)和研究的成功，使本學科進入了新的發(fā)展時期，學科體系逐步完善。20世紀后期，隨著以基因工程為代表的高新技術的迅速崛起，為本學科的進一步發(fā)展開辟了新領域。與傳統(tǒng)化學工業(yè)相比，生物化工的特點（1）原料可再生（2）反應條件溫和（3）反應專一性強，副反應少（4）生產(chǎn)工藝簡單，可實現(xiàn)連續(xù)化操作，可節(jié)省能源，減少環(huán)境污染（5）可解決傳統(tǒng)生產(chǎn)方法和技術中難以解決的問題。（6）可按照需要利用生物技術手段創(chuàng)造新物種、新產(chǎn)品以及其他有經(jīng)濟價值的生命類型。二、生物化工發(fā)展現(xiàn)狀1、世界生物化工發(fā)展現(xiàn)狀

生物技術已成為化工領域戰(zhàn)略轉移的目標，是新世紀生物化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新浪潮。能源方面、農(nóng)藥方面、環(huán)保方面、生物反應器的研究、不斷成熟的高分子高性能膜以及生物可降解塑料等、不斷完善的高純度生物化學品制造技術、反應器的多樣化大型化高度自動化。2、國內(nèi)生物化工發(fā)展現(xiàn)狀是以傳統(tǒng)工業(yè)為基礎，技術不斷改造、新產(chǎn)品的開發(fā)、對生物反應器、分離技術的設備、生物傳感器、計算機在線控制等取得的成果，推進了生物化工技術的發(fā)展。生物化工的發(fā)展現(xiàn)狀白色生物技術又稱為工業(yè)生物技術，它是繼紅色生物技術（醫(yī)學生物技術）和綠色生物技術（農(nóng)業(yè)生物技術）之后興起的第三種生物技術。白色生物技術主要是應用微生物和酶來生產(chǎn)各種化工產(chǎn)品，如化學品、食品、飼料、紙張、紡織品和洗滌劑等。專家期待通過發(fā)展白色生物技術，可以緩解工業(yè)產(chǎn)品對化石原料的依賴，并減少對環(huán)境的污染。生物技術行業(yè)重頭正從醫(yī)藥與食品工業(yè)轉向化工等基礎工業(yè)生物技術產(chǎn)業(yè)正在從“醫(yī)藥與食品應用時代”快速轉型“環(huán)保與能源應用時代”，生物技術在醫(yī)藥工業(yè)和農(nóng)業(yè)與食品工業(yè)中的影響和作用已經(jīng)顯現(xiàn)，而在環(huán)保和新能源開發(fā)領域正加快發(fā)展。未來從洗衣粉、紙張、維生素到紡織品等一系列日用品，必定都會有工業(yè)生物技術的許多應用空間。預計到2010年，全球白色生物技術產(chǎn)品的產(chǎn)值可達到500億歐元。據(jù)有關專家預測，至2015年，全世界的化工行業(yè)將有1／6的產(chǎn)值源自白色生物技術，金額高達3050億美元。生物化工的發(fā)展前景1.生物高技術醫(yī)藥產(chǎn)品2.農(nóng)產(chǎn)品及天然生物工程制品3.能源、燃料及溶劑產(chǎn)品4.環(huán)境生物技術可再生資源生物加工工程5.動植物細胞培養(yǎng)的工藝與工程第二節(jié)發(fā)酵工業(yè)與化學工業(yè)發(fā)酵工程是目前生物技術產(chǎn)業(yè)化的主要形式。目前能夠通過發(fā)酵法生產(chǎn)的化工產(chǎn)品主要有有機酸、氨基酸、生物可降解塑料等。發(fā)酵法生產(chǎn)有機酸

檸檬酸、蘋果酸、乳酸、衣康酸...發(fā)酵法生產(chǎn)氨基酸

谷氨酸、L-賴氨酸、L-苯丙氨酸...發(fā)酵法生產(chǎn)生物可降解塑料

脂肪族聚酯(PHAs)、聚乳酸(PLA)...發(fā)酵法生產(chǎn)其他化工產(chǎn)品

功能性食品添加劑、生物農(nóng)藥、生物肥料、生物藥物及其他生物產(chǎn)品第三節(jié)酶工程與化學工業(yè)酶制劑現(xiàn)狀蛋白酶、淀粉酶、糖化酶、凝乳酶……酶制劑的一般生產(chǎn)工藝如下：

菌種室培養(yǎng)→種子罐培養(yǎng)→發(fā)酵罐→過濾→膜分離

→液體酶→包裝

→濃縮→噴霧干燥→固體酶→包裝

商品化的酶制劑淀粉酶

α-淀粉酶、β-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、解支酶等蛋白酶

動物蛋白酶、植物蛋白酶、微生物蛋白酶葡萄糖異構酶纖維素酶

C1酶，β-1,4葡聚糖酶，纖維二糖酶其他酶制劑果膠酶、脂肪酶、葡萄糖氧化酶、L-天冬酰胺酶、青霉素?；?、鏈激酶酶制劑在化工領域中的應用酶在大宗化學品方面的應用酶在氨基酸生產(chǎn)上的應用酶在有機酸合成中的應用有機溶劑中酶催化的應用第四節(jié)細胞工程與化學工業(yè)在化工領域，細胞工程的一是應用體現(xiàn)在應用固定化細胞技術生產(chǎn)某些化工產(chǎn)品，另一方面體現(xiàn)在通過植物組織培養(yǎng)獲得次級代謝產(chǎn)物以獲得某些化工產(chǎn)品。一、固定化細胞技術的應用固定化細胞技術用于氨基