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生物化工论文
生物化工的特点及进展状况
随着现今科技的高速进展,化工学科慢慢和其他学科如农业、医学、食物等相融合形成许多新的学科。
这其中生物学定律在化工专业中的正确应用形成了生化学科,其任务是把生命科学的发觉转化为实际的产品、进程或系统,以知足社会的需要。
随着生命科学的迅速进展,愈来愈多的生物高技术产品需要用高效的加工技术进行工业规模生产,才能在产品质量高、本钱低、时刻短的猛烈竞争中立于不败之地,因此最近几年来生物化工进展超级迅速。
生物化工内容普遍,包括生物化学工程和生物化学工业,是生物技术产业化的关键,又是化学工程进展的前沿科学,在21世纪有专门大的进展空间。
一、生物化工的特点
生物技术是在生物学、分子生物学和生物化学等基础上进展起来的。
是有基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程四大先进技术组成的新技术群。
生物化工是生物学技术和化学工程技术彼此融合的新型学科,它以生物来源的物质为原料,通过生物活性物质为催化剂使其转化,或用其他生物技术进行制备、纯化,从而取得咱们预期的产品。
生物化学包括生物化学工程和生物化学工程,是生物技术生产产业化的关键,又是化学工程进展的前言学科。
生物化工以应用基础研究为主,对生物技术的进展和生产有着十分重要的作用,它是基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程走向产业化的必由之路。
生物化工的任务不仅把生命科学的上游技术转化为实际产品,以知足社会的需要,而且在制造新物质、新材料、设计新进程、生产新产品、创建新产业中也将起到关键作用。
生物化学工程具有以下特点。
一、以生物为对象,常以有生命的活细胞或酶为催化剂,制造必要的生化反映条件,不依托地球上的有限资源,着眼于再生资源的利用。
二、由于细菌不耐高温,需在常温常压下持续化生产,工艺简单,并可节约资源,减少环境污染。
3、定向的按人们的需要制造新物种,新产品和有济济价值的生命类物质,开辟了生产高纯度、优质、平安靠得住的生物制品的新途径。
4、生物化工为生物技术提供了高效率的反映器、新型分离介质、工艺操纵技术和后处置技术,扩大了生物技术的应用范围。
可是由于生化反映机理的复杂性,也给反映和分离设备的设计带来了极大的困难。
总之,由于生物化工技术具有反映条件温和、选择性好、效率高、能耗低、可利用再生资源等优势,已成为化工领域战略转移的目标,使生物技术的开发慢慢从医药领域向大宗化学品领域扩展。
二、生物化工的进展状况
近十年来,世界生物技术迅速进展促使生化领域取得了许多重大科技功效。
能源方面,纤维素发酵持续制造乙醇已成功;农药方面,许多新型农药不断生产;环保方面,固定化酶处置氯化物已实际应用;微生物法生产丙烯酰胺、脂肪酸、乙二酸等产品的生产已达到必然规模;用微生物生产的高性能液晶、高性能膜、生物可降解塑料等技术不断成熟。
目前国外生物化工的进展有以下趋势:
一、是生物化工成为国外闻名化学公司争夺的热点。
生物技术从医药领域慢慢向化工领域转移,使传统的以石油为原料的化学工业发生转变,向条件温和、以可再生资源为原料的生物加工进程转移。
许多闻名的老牌化学工业公司已变成了以生物技术为主的大公司,如闻名的杜邦公司在2001年宣称,该公司2002年生物技术产品的销售额将占其公司总销售额的20%。
二、是生物催化合成已成为化学品合成的支柱之一。
利用生物催化合成化学品不但具有条件温和、转化率高的优势,而且能够合成手性化合物及高分子。
乙醛酸是合成香兰素和许多中间体的重要原料,而其化学生产法工艺的要紧问题是反映条件苛刻、乙醛酸转化率低、环境污染严峻。
1995年日本天野制药公司申请了第一个双酶法生产乙醛酸的工艺。
1995年末美国杜邦公司申请了基因工程菌方式生产乙醛酸的专利,乙醛酸的转化率达100%。
3、是利用生物技术生产有特殊功能、性能、用途或环境友好的化工新材料,是化学工业进展的一个重要趋势。
它具有原料来源广、制备简单、质量好及环境污染少等优势,专门是利用生物技术可生产一些用化学方式无法生产或生产本钱高和对环境产生不良阻碍的新型材料,如丙烯酰胺、壳聚糖等。
采纳传统化学法由丙烯腈合成的丙烯酰胺,转化率仅为97%~98%。
而采纳生物法即采纳丙烯腈水合酶催化合成,丙烯酰胺转化率达%以上,比化学法本钱低10%以上。
丙烯酰胺生产自20世纪80年代在日本实现了生物法合成工业化后,本钱和产品纯度都优于化学法。
4、是传统的发酵工业已由基因重组菌种取代或改良。
许多传统的发酵工程产品如柠檬酸、青霉素等都已开始采纳基因工程手腕进行改造,大大地提高了产量。
在以基因工程为主导的现代生物技术产品中,医药生物技术产品占75%左右。
在国内,生物技术经历了近三十年的进展,取得了专门大成绩。
20世纪70到80年代是我国生物技术的初创时期,现在的一些研究如DNA重组技术、杂交瘤技术、细胞融合及动物细胞大规模培育为我国生物技术的进展奠定了基础。
1986年,生物技术领域的研究被列为国家“863”
打算的重点资助攻关项目,以后生物技术取得了较大进展。
近几十年来,随着生物技术的蓬勃进展,我国生化产品的生产也取得了迅速进展,如有机酸的工艺开发和生产,氨基酸的生产,各类抗生素的微生物法大量量生产等。
但由于生物化工是新领域在国内起步较晚,与国外相较还存在较大差距。
总的来讲,我国生化行业通过十年来的进展取得了比较显著的成绩,这是值得每一个化工人自豪的。
三、生物化工的要紧应用领域
生物化工研发要紧涉及生物高技术医药产品、资源和能源产品、环境爱惜三个领域:
一、是化学与生物法结合研制新型人红细胞代用品。
研究人血液代用品的关键是如何取代血液中红细胞输送氧的功能。
新型红细胞代用品具有携带、释氧功能,保留、运输方便,免去配血型之烦和交叉感染之忧等优势,同时可成为医治心脑血管缺氧性疾病和医治肿瘤的增氧剂的新药。
人红细胞代用品在我国开发成功,将产生不可估量的经济效益和深远的社会效益。
第一,人红细胞代用品能代替血液那么其经济价值将超级高,如出口海外将会取得庞大的经济回报,第二,人红细胞代用品可医治恶性血液病,一旦研制成功将专门大限度的解决患者无匹配骨髓来源的问题。
从此此类疾病将能被更快更好的治愈,最大程度的爱惜了人类健康,造福了社会。
二、是生物转化的实现。
手性药物的需求增进了酶和细胞在药物合成中的应用,而美国麻省理工学院科来比诺夫等人的工作又掀起了关于有机相中酸催化的热潮。
用酶和细胞代替化学催化剂进行有机合成具有选择性专一、步骤简单、进程温和等特点,一些用常规化学方式不能进行的反映能够由酶和细胞来完成。
可是酶和细胞的弱点是不稳固、造价高,反映速度也十分有限,致使生物转化多数停留在研究时期。
要克服这一弱点,必需通过生物和化学的方式稳固酶和细胞。
我国一些单位关于极端微生物的重视,其背景之一也是生物转化的应用。
那个课题难度专门大,但意义有极为庞大。
这一药物如能研制成功将会使手性药物的生产加倍速捷、高效,能知足更多人的需求,关于人类抗击疾病和保护自身健康具有相大的推动作用。
3、是天然产物的资源与制备。
天然药物资源的自然生产是有限的,而利用生物化工所生产的天然资源那么能知足人的需求,加上生产进程可控,可适时地提高资源的品质,使药物优化,因此这项技术将有专门大前景。
第一在中草药资源上,利用规模化培育技术有可能减少、乃至免去对天然植物的依托,关于咱们如此一个植被破坏面积大、沙漠化严峻、大面积干旱缺水的国家是可持续进展的一项战略方法。
第二在天然产物的制备上,要充分发挥生物化工分离技术的优势,用层析、膜分离等高效分离纯化技术取代现有中草药制备中的某些掉队工艺,对整个进程进行优化,提高产物收率、纯度,实现组分的综合利用,同时降低溶剂消耗量,降低本钱,进展环境优化进程。
4、是生态生物制备工程。
我国环境问题严峻,具有良好化学工程背景和生物技术知识的生物化工研究人员,在减少废物排放、废物循环利用方面将发挥重要作用。
其中要专门指出的是循环的废物事实上是一种可再生资源,对其综合利用乃至能够生产高附加值产品。
但这方面的工作仅仅是开始,难度专门大但意义重大。
四、典型生物化工品的生产工艺举例——丙烯酰胺
1、生产工艺流程
二、用途
丙烯酰胺是精细化工的重要系列产品之一,要紧用于生产聚丙烯酰胺,聚丙烯酰胺在石油工业中有突出应用,目前国内丙烯酰胺年产量的65‰用于石油工业。
3经济效益
目前,我国聚丙烯酰胺要紧用于三次采油,随着我国环境意识的增强和对水处置的重视。
我国聚丙烯酰胺在水处置的应用市场将会扩大,作为水处置剂聚丙烯酰胺的要紧原材料丙烯酰胺的市场还有较大的进展间。
该项目将会对社会产生专门大阻碍,与化学方式比较节能在50‰以上,有利于环保,节约资源,创外快,并带动其他技术进展,同时也提高了我国生物技术在国际上的地位。
五、生物化工的进展趋势
现代生物技术是新兴高技术领域最重要的三大技术之一。
生物化工的进展将会推动生物技术和化工技术的变革和进步,产生庞大的济济效益和社会效益。
化学工业作为传统的基础工业,不可幸免地面临着生物新技术的挑战。
化工技术在生物技术中的应用为生物技术的进展注入了新的活力,生物技术离开了化学工程技术就很难形成大规模的技术产业,化学工程中的化学装备、工程放大技术为解决生物技术中下游技术,尤其是商业化起者重要作用。
因此,生物技术在化学工业中的应用和将现代化工技术引进生物技术领域以愈来愈受到各国的普遍关注,纷纷投入大量人力物力和巨资,加速进展生物化工技术。
尔后生物化工技术进展的趋势要紧有以下几个发面。
一、高技术的生物医学与医药
在医药领域,基因工程药物和疫苗研究与开发功效累累,药物基因组技术的阴影将进一步展开,使药物具有明确、特异的功效和较小的副作用。
另外采纳克隆技术开发以干细胞为基础的再生药物具有庞大的市场,可医治骨损伤、骨折愈合不良、心脏病、癌症和衰老引发的退化等疾病。
新生物医治制剂的产业化前景十分光明,21世纪面临整个医药工业的新冲破。
二、农业生物技术
世界上供长期进展的农业资源在逐年减少,此刻或以后,依托科技进步才是农业进展的全然保证。
农业的病虫害、作物品质和土壤肥力都与农业技术紧密相关。
用生化技术通过大规模进程集成,使农业、林业及其他可再生资源得以
充分利用。
该领域涉及了食物、饲料、农药、保健品、食物添加剂等,国际上转基因植物生物技术已商业化。
天然产物的全价综合利用以成为生化工程的热点话题,作为生物技术新的浪潮,将给农业生产带来新的飞跃。
3、干净新能源
地球上的化石燃料已日趋减少,且其燃烧生成的气体严峻污染环境。
随着济济的进展,尔后世界需要更多的能源,二次能源的研制开发已成为能源开发的热点。
氢能储量丰硕,散布普遍,是以后最正确的二次能源。
利用生物体特有的可再生性,通过光合作用进行能源转换,为简便有效地制取氢提供了崭新的途径,为解决21世纪的能源问题发挥重要的作用。
4、可再生资源的生物加工技术与环境
由于人类自身的活动,给赖以生存的环境造成了破坏,污染了生态环境也要挟了人类的健康,这以成了人们的共识。
生物技术在环境治理方面发挥着不可代替的作用,使一切废物资源化、无害化、减量化,成为爱惜生态环境、进展社会经济的一项重要方法。
尔后我国环境技术进展的重点是:
利用酶制剂和固定化菌体处置废水;利用基因工程和细胞融合技术对微生物的变异处置,利用工程微生物处置原煤脱硫的工业化工艺,无污染,可大量生产的生物能源的开拓性研究,高效,多抗转基因微生物农药的研制,生物来源的可降解的透明膜材料。
充分发挥生物技术专门是微生物技术的优势,有打算,有针对性地对不同类型废物进行综合性的利用治理,现已慢慢形成了生物治理飞舞产业,从而能够取得可观的经济效益和环境效益。
在21世纪,此项环保产业必将成为世界潮流。
总之,生物化工的进展将会推动生物技术和化工生产技术的变革和进步,产生庞大的经济和社会效益。
生物学定律在化工技术中的应用为化工进展注入了新的活力,尔后生物化工技术在高技术的生物医学与医药、农业生物技术、干净新能源、可再生资源等生物化工技术与环境方面将会有极大进展。
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