第九章-生物技術(shù)與化學(xué)工業(yè)

第九章生物技術(shù)與化學(xué)工業(yè)第一節(jié)概述生物化工是以應(yīng)用基礎(chǔ)研究為主，將生物技術(shù)與化學(xué)工程相結(jié)合的學(xué)科。生物化工作為生物技術(shù)下游過程的支撐學(xué)科，對(duì)生物技術(shù)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(xì)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(shù)的一個(gè)重要組成部分生物化工是以實(shí)驗(yàn)研究為基礎(chǔ)、理論和工程應(yīng)用并重，綜合遺傳工程、細(xì)胞工程、酶工程與工程技術(shù)理論，通過工程研究、過程設(shè)計(jì)、操作的優(yōu)化與控制，實(shí)現(xiàn)生物過程的目標(biāo)產(chǎn)物。生物化工學(xué)科起始于第二次世界大戰(zhàn)時(shí)期，以抗生素的深層發(fā)酵和大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)的研究為標(biāo)志。20世紀(jì)60年代末至80年代中期，轉(zhuǎn)基因技術(shù)、生物催化與轉(zhuǎn)化技術(shù)、動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)、新型生物反應(yīng)器和新型生物分離技術(shù)等開發(fā)和研究的成功，使本學(xué)科進(jìn)入了新的發(fā)展時(shí)期，學(xué)科體系逐步完善。20世紀(jì)后期，隨著以基因工程為代表的高新技術(shù)的迅速崛起，為本學(xué)科的進(jìn)一步發(fā)展開辟了新領(lǐng)域。與傳統(tǒng)化學(xué)工業(yè)相比，生物化工的特點(diǎn)（1）原料可再生（2）反應(yīng)條件溫和（3）反應(yīng)專一性強(qiáng)，副反應(yīng)少（4）生產(chǎn)工藝簡單，可實(shí)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(shù)中難以解決的問題。（6）可按照需要利用生物技術(shù)手段創(chuàng)造新物種、新產(chǎn)品以及其他有經(jīng)濟(jì)價(jià)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(shù)已成為化工領(lǐng)域戰(zhàn)略轉(zhuǎn)移的目標(biāo)，是新世紀(jì)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(yīng)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(xué)品制造技術(shù)、反應(yīng)器的多樣化大型化高度自動(dòng)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(chǔ)，技術(shù)不斷改造、新產(chǎn)品的開發(fā)、對(duì)生物反應(yīng)器、分離技術(shù)的設(shè)備、生物傳感器、計(jì)算機(jī)在線控制等取得的成果，推進(jìn)了生物化工技術(shù)的發(fā)展。生物化工的發(fā)展現(xiàn)狀白色生物技術(shù)又稱為工業(yè)生物技術(shù)，它是繼紅色生物技術(shù)（醫(yī)學(xué)生物技術(shù)）和綠色生物技術(shù)（農(nóng)業(yè)生物技術(shù)）之后興起的第三種生物技術(shù)。白色生物技術(shù)主要是應(yīng)用微生物和酶來生產(chǎn)各種化工產(chǎn)品，如化學(xué)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(shù)，可以緩解工業(yè)產(chǎn)品對(duì)化石原料的依賴，并減少對(duì)環(huán)境的污染。生物技術(shù)行業(yè)重頭正從醫(yī)藥與食品工業(yè)轉(zhuǎn)向化工等基礎(chǔ)工業(yè)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)正在從“醫(yī)藥與食品應(yīng)用時(shí)代”快速轉(zhuǎn)型“環(huán)保與能源應(yīng)用時(shí)代”，生物技術(shù)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(lǐng)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(huì)有工業(yè)生物技術(shù)的許多應(yīng)用空間。預(yù)計(jì)到2010年，全球白色生物技術(shù)產(chǎn)品的產(chǎn)值可達(dá)到500億歐元。據(jù)有關(guān)專家預(yù)測(cè)，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(shù)，金額高達(dá)3050億美元。生物化工的發(fā)展前景1.生物高技術(shù)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(shù)可再生資源生物加工工程5.動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)的工藝與工程第二節(jié)發(fā)酵工業(yè)與化學(xué)工業(yè)發(fā)酵工程是目前生物技術(shù)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(jī)酸、氨基酸、生物可降解塑料等。發(fā)酵法生產(chǎn)有機(jī)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(xué)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(dòng)物蛋白酶、植物蛋白酶、微生物蛋白酶葡萄糖異構(gòu)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、青霉素酰化酶、鏈激酶酶制劑在化工領(lǐng)域中的應(yīng)用酶在大宗化學(xué)品方面的應(yīng)用酶在氨基酸生產(chǎn)上的應(yīng)用酶在有機(jī)酸合成中的應(yīng)用有機(jī)溶劑中酶催化的應(yīng)用第四節(jié)細(xì)胞工程與化學(xué)工業(yè)在化工領(lǐng)域，細(xì)胞工程的一是應(yīng)用體現(xiàn)在應(yīng)用固定化細(xì)胞技術(shù)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(jí)代謝產(chǎn)物以獲得某些化工產(chǎn)品。一、固定化細(xì)胞技術(shù)的應(yīng)用固定化細(xì)胞技術(shù)用于氨基