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1、第九章第九章 生物技术生物技术与化与化学工学工业业第一节 概述生物化工生物化工是以应用基础研究为主，将生物技术与化学工程相结合的学科。生物化工作为生物技术下游过程的支撑学科，对生物生物化工作为生物技术下游过程的支撑学科，对生物技术的发展和产业的建立起着十分重要的作用，它是技术的发展和产业的建立起着十分重要的作用，它是基因工程、细胞工程、发酵工程和酶工程走向产业化基因工程、细胞工程、发酵工程和酶工程走向产业化的必由之路。的必由之路。 是生物技术的一个重是生物技术的一个重要组成部分要组成部分生物化工是以实验研究为基础、理论和工程应用并重，综合遗传工程、细胞工程、酶工程与工程技术理论，通过工程研究、
2、过程设计、操作的优化与控制，实现生物过程的目标产物。生物化工学科起始于第二次世界大战时期，以抗生素的深层发酵和大规模生产技术的研究为标志。20世纪60年代末至80年代中期，转基因技术、生物催化与转化技术、动植物细胞培养技术、新型生物反应器和新型生物分离技术等开发和研究的成功，使本学科进入了新的发展时期，学科体系逐步完善。20世纪后期，随着以基因工程为代表的高新技术的迅速崛起，为本学科的进一步发展开辟了新领域。1 1与传统化学工业相比，生物化工与传统化学工业相比，生物化工的的特点特点（1）原料可再生（2）反应条件温和（3）反应专一性强，副反应少（4）生产工艺简单，可实现连续化操作，可节省能源，减
3、少环境污染（5）可解决传统生产方法和技术中难以解决的问题。（6）可按照需要利用生物技术手段创造新物种、新产品以及其他有经济价值的生命类型。二、生物化工发展现状1、世界生物化工发展现状 生物技术已成为化工领域战略转移的目标，是新世纪生物化工产业发展的新浪潮。能源方面、农药方面、环保方面、生物反应器的研究、不断成熟的高分子高性能膜以及生物可降解塑料等、不断完善的高纯度生物化学品制造技术、反应器的多样化大型化高度自动化。2、国内生物化工发展现状 是以传统工业为基础，技术不断改造、新产品的开发、对生物反应器、分离技术的设备、生物传感器、计算机在线控制等取得的成果，推进了生物化工技术的发展。2 2生物化
4、工的生物化工的发展现发展现状状u白白色生物技术色生物技术又称为工业生物技术，它是继红色生物技又称为工业生物技术，它是继红色生物技术（医学生物技术）和绿色生物技术（农业生物技术）术（医学生物技术）和绿色生物技术（农业生物技术）之后兴起的第三种生物技术。之后兴起的第三种生物技术。u白色生物技术主要是应用微生物和酶来生产各种化工产白色生物技术主要是应用微生物和酶来生产各种化工产品，如化学品、食品、饲料、纸张、纺织品和洗涤剂等。品，如化学品、食品、饲料、纸张、纺织品和洗涤剂等。专家期待通过发展白色生物技术，可以缓解工业产品对专家期待通过发展白色生物技术，可以缓解工业产品对化石原料的依赖，并减少对环境的
5、污染。化石原料的依赖，并减少对环境的污染。生物技术行业重头正从医药与食品工业转生物技术行业重头正从医药与食品工业转向化工等基础工业向化工等基础工业u生生物技术产业正在从物技术产业正在从“医药与食品应用时代医药与食品应用时代”快快速转型速转型“环保与能源应用时代环保与能源应用时代”，生物技术在医，生物技术在医药工业和农业与食品工业中的影响和作用已经显药工业和农业与食品工业中的影响和作用已经显现，而在环保和新能源开发领域正加快发展。现，而在环保和新能源开发领域正加快发展。u未来从洗衣粉、纸张、维生素到纺织品等一系列未来从洗衣粉、纸张、维生素到纺织品等一系列日用品，必定都会有工业生物技术的许多应用空
6、日用品，必定都会有工业生物技术的许多应用空间。间。u预计到预计到20102010年，全球白色生物技术产品的产值可年，全球白色生物技术产品的产值可达到达到500500亿欧元。亿欧元。u据有关专家预测，至据有关专家预测，至20152015年，全世界的化工行业年，全世界的化工行业将有将有1 16 6的产值源自白色生物技术，金额高达的产值源自白色生物技术，金额高达30503050亿美元。亿美元。2 2生物化工的发展前景生物化工的发展前景1. 生物高技术医药产品2. 农产品及天然生物工程制品3. 能源、燃料及溶剂产品4. 环境生物技术可再生资源生物加工工程5. 动植物细胞培养的工艺与工程第二节 发酵工业
7、与化学工业发酵工程是目前生物技术产业化的主要形式。目前能够通过发酵法生产的化工产品主要有有机酸、氨基酸、生物可降解塑料等。1 1发酵法生产有机酸发酵法生产有机酸柠檬酸、苹果酸、乳酸、衣康酸.2 2发酵法生产氨基酸发酵法生产氨基酸谷氨酸、L-赖氨酸、L-苯丙氨酸.3 3发酵法生产生物可降解塑料发酵法生产生物可降解塑料脂肪族聚酯(PHAs)、聚乳酸(PLA).4 4发酵法生产其他化工产品发酵法生产其他化工产品功能性食品添加剂、生物农药、生物肥料、生物药物及其他生物产品第三节 酶工程与化学工业酶制剂现状蛋白酶、淀粉酶、糖化酶、凝乳酶酶制剂的一般生产工艺如下：菌种室培养 种子罐培养 发酵罐 过滤 膜分
8、离 液体酶 包装 浓缩 喷雾干燥 固体酶包装 商品化的酶制剂1.1.淀粉酶淀粉酶 -淀粉酶、-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、解支酶等2.2.蛋白酶蛋白酶 动物蛋白酶、植物蛋白酶、微生物蛋白酶3.3.葡萄糖异构酶葡萄糖异构酶4.4.纤维素酶纤维素酶 C1酶，-1,4葡聚糖酶，纤维二糖酶5.5.其他酶制剂其他酶制剂 果胶酶、脂肪酶、葡萄糖氧化酶、L-天冬酰胺酶、青霉素酰化酶、链激酶酶制剂在化工领域中的应用1.酶在大宗化学品方面的应用2.酶在氨基酸生产上的应用3.酶在有机酸合成中的应用4.有机溶剂中酶催化的应用第四节 细胞工程与化学工业在化工领域，细胞工程的一是应用体现在应用固定化细胞技术生产某些化工产品，另一方面体现在通过植物组织培养获得次级代谢产物以获得某些化工产品。一、固定化细胞技术的应一、固定化细胞技术的应用固定化细胞技术用于氨基酸氨基酸生产固定化细胞技术用于高果糖浆高果糖浆的生产固定化细胞技术生产L-L-苹果酸苹果酸二、植物组织培养技术的应用二、植物组织培养技术的应用次生物质与植物细胞的大量培养次生物质与植物细胞的大量培养植物细胞能够产生的次级代谢产物植物细胞能够产生的次级代谢产物通过植物组织培养获得次级代谢产物的应用通过植物组织培养获得次级代谢产物的应用
