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第8章生物化工 生物化工的特点与发展概况生物化工的应用领域生物化工的生产工艺技术典型生物化工生产化工产品举例生物化工发展趋势 8 1生物化工的特点与发展概况 生物技术是在生物学 分子生物学 细胞生物学和生物化学等基础上发展起来的 是由基因工程 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相互融合的新型学科 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 从而得到我们预期的产品 定义 生物化工特点 1 以生物为对象 常以有生命的活细胞或酶为催化剂 创造必要的生化反应条件 不依靠地球上的有限资源 着眼于再生资源的利用 2 由于细菌不耐高温 需在常温常压下连续化生产 工艺简单 并可节约能源 减少环境污染 3 定向地按人们的需要创造新物种 新产品和有经济价值的生命类物质 开辟了生产高纯度 优质 安全可靠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应器 新型分离介质 工艺控制技术和后处理技术 扩大了生物技术的应用范围 世界生物化工行业的现状生物化工发展至今已经历了半个多世纪 最早主要是生产抗生素 随后 是为氨基酸发酵 舀体激素的生物转化 维生素的生物法生产 单细胞蛋白生产及淀粉糖生产等工业化服务 随着生物化工上游技术 生物工程技术的进步以及化学工程 信息技术 IT 和生物信息学等学科技术的发展 生物化工将迎来又一个崭新的发展时期 9O年代中期 美国生物化工企业有 2000多家 西欧有580多家 日本有300多家 世界大公司正把注意力向生命科学部分转移 生物化工的发展 我国生物化工行业的现状及存在的问题生物化工产品也涉及医药 保健 农药 食品与饲料 有机酸等各个方面 但是与发达国家相比 我国生物化工行业存在着许多问题 一是我国的生物化工产业主要以医药 轻工 食品业为主 二是产品结构不合理 品种单一 低档次产品重复生产 不能适应需求 在我国高档的医药生化产品如激素 生长因子 干扰素 药用多肽等 有的产量很小 有的没有生产 因此每年都需进口 三是在生产技术上 工艺 设备不配套 上下游技术不配套 产物的收得率低 我国虽然某些产品如柠檬酸 乳酸等发酵水平较高 但大多数产品的收率都低于国外 酶制剂的活力也明显低于国外 生化反应器和分离纯化技术更是落后国外15 20年 每年都要花费大量资金从国外进口生物反应器 细胞破碎机 分离纯化设备及分离介质 生物传感器和计算机监控设备 四是有些产品投入产出比达15以上 造成严重的资源浪费和环境污染 五是基础研究薄弱 技术创新能力不强 企业的技术开发 技术吸收能力差 生产发展多数依靠传统的夕蜒型 粗放型扩大投资的增长模式 效益低 市场竞争力低 8 2生物化工的应用领域 把生物工程技术应用到药物制造的过程称之为生物制药 生物药品是以微生物 寄生虫 动物毒素 生物组织为原材料 采用生物学工艺和分离 纯化技术 并以生物学的分析技术控制中间产物和成品质量制成的生物活化制剂 包括菌苗 疫苗 毒素 类毒素 血清 血液制品 免疫制剂 细胞因子 抗原 单克隆抗体及基因工程产品等 现代生物制药 基本制造方法 现代生物制药 生化制药的六个阶段原料的选择和预处理原料的粉碎提取纯化浓缩制剂 现代生物制药 基因工程是在体外对生物的遗传物质基因进行剪切 拼接 重新组合 与适宜的载体连接 构成完整的基因表达系统 然后导入宿主生物细胞内 与原有遗传物质整合或以质粒形式单独在细胞中繁殖 编码产生人类所需的物质或创造新的物种 也可对疾病进行基因治疗 基因工程 现代生物制药 1973年重组DNA技术的建立为标志 是科学技术史上的里程碑 应用于农业 医药 轻工 化工 环境等领域 成为人类解决粮食 能源 环境 制药的主要手段 1976年世界上第一家基因工程技术开发药物的公司 Genentech公司 建立 开始了现代生物技术产业发展的新纪元 1982年世界上第一个基因工程药物重组人胰岛素获得FDA批准 由EliLilly公司正式生产 推向市场 基因工程技术首先在医药领域实现产业化 到现在仍有60 80 集中在医药领域 占主要地位的是基因工程药物的研究和商品化 研究开发的治疗药物是癌症 心脑血管疾病 艾滋病 遗传病等重大病而用常规方法又难以获得的药物 基因工程主要包括三大类 基因工程药物 生物疫苗和生物诊断试剂 这些药品在诊断 预防 控制及消灭传染病 保护人类健康 延长寿命中发挥着越来越重要的作用 国外生物制药 全世界生物技术公司3600多家 主要集中在欧美 美国1450家 欧洲700家 加拿大330家 日本也有几百家 年产值超过10亿美元的生物技术公司有20余家 美国是现代生物技术的发源地 又是应用现代生物技术研制新型药物的第一个国家 多数基因工程药物都首创于美国 年研究经费70亿美元以上 1980年美国的生物技术产品的销额还是零增长 1991 59亿USD 1996 101亿USD 基因工程药物为80亿USD 1997 130亿USD 2001 270亿USD 生物药物批准情况 国内生物制药 20世纪80年代是我国生物制药的起步阶段 1983年成立生物工程开发中心 七五 期间投资成立了基因工程药物 生物制品 疫苗三个研究开发中心 项目主要集中在肝炎 疫苗 血液制品等产品 企业数目极少 1986年我国生物技术尚处于研发初期 仅有单克隆抗体诊断试剂盒 微生物农药等少数 少量产品 医药产品产值约为0 2亿元 占生物技术产品销售额的8 20世纪90年代 企事业单位齐头并进 大发展 国外主要的基因工程药物及疫苗 都能生产 我国生产的生物药品主要是基因乙肝疫苗 干扰素 白细胞介素 2 增白细胞 重组链激酶 重组表皮生长因子等15种基因工程药物 已进入市场 重组凝乳酶等40多种基因工程新药正在进行研究 单克隆抗体的研制已由实验进入临床 B型血友病基因治疗初步获得临床疗效 组织溶纤原激活剂 白介素 3 重组人工胰岛素 尿激酶等十几种多肽药品在临床实验中 我国正在研制的创新性基因工程药物肿瘤坏死因子 TNF 神经营养因子激素酶其他基因重组蛋白质 多肽重组毒素及蛇毒成分单克隆抗体及受体重组基因融合蛋白 生物制药发展的几大重点领域 诊断与检测试剂 新型基因工程疫苗 基因工程活性肽和蛋白质 治疗功能基因药物 转基因动植物反应器 生物制药发展方向 生物技术在农作物中已有广泛的应用 最初通过遗传工程获得而进入市场的作物是 玉米 大豆和棉花 它们经转基因后具有抗除草剂和棉铃虫的能力 利用Bt细菌获得经遗传改良的作物的商业潜力是相当大的 例如 美国有200万m2的Bt棉花 澳大利亚有40万m2 两者各相当于2 5亿美元价值 如果将Bt玉米引种在美国1000万m2的土地上 只要增产5 就意味着能增加3 5亿美元收入 农业生物技术与生物农药 8 2生物化工的应用领域 农业生物技术应用国际服务组织 ISAAA 生物技术在畜牧业上应用所获得的益处与在农作物上相似 一方面 生物技术有助于提高畜禽的生命力以及消灭竞争者 如利用鼠类基因 该基因能促进角蛋白的形成 获得了经遗传改良的绵羊 这种绵羊比普通棉羊产毛量能提高6 左右 另一方面 生物技术在提高农作物产量 质量的同时 有助于提高畜牧业的生产力发展水平 例如 通过控制饲料作物体内碳水化合物含量可提高畜牧业生产力 利用基因调控技术可以提高包括豆科作物在内一些作物的蛋白质含量 减少饲料作物中难消化的木质素含量等 农业生物技术与生物农药 农业生物技术与生物农药 我国的两系法杂交水稻育种研究已深入到基因层的研究 跃居世界领先水平 在水稻无融合生殖育种新技术研究上取得了重大突破 成功地培育出无融合杂交水稻 经过数千亩大田的试验示范 表现出丰产 米质量佳 抗性强 适应性广等优点 克服了杂交水稻需要年年制种和杂种只能用一次的缺点 为水稻育种开辟了新途径 我国进行了动物胚胎的工程研究 掌握了实用化的胚胎分割和移植技术 获得了一批胚胎移植良种牛 并已建立了良种奶牛的胚胎移植和繁殖中心 在动物细胞工程研究上 也已成功地选育出 四倍体复合银鲫鱼 和 人工复合三倍体鲤鱼 经大面积饲养试验 显示了快速生长的特性 农业生物技术与生物农药 我国在抗病抗虫方面的转基因植物的研究取得了实质性进展 目前已经获得了抗病毒的转基因烟草 番茄 马铃薯 小麦 玉米等植物 并成功地竟苏云金芽抱杆菌杀虫基因导入棉花和水稻种 获得了抗虫棉和抗虫水稻 抗烟草花叶病毒 黄瓜花叶病毒的转基因烟草 在大田试验表现了较强的抗病性 农业生物技术与生物农药 生物农药是利用微生物本身或代谢物防治虫 草等的制剂 包括农用抗生素 细菌农药 真菌农药和病毒农药 具有选择性高 易于降解 用量少 污染小 对人畜毒性小 保护环境 病虫害不易产生抗性等优点 因而发展生物农药 减少化学合成农药的使用 已成为全球农药产业发展的新趋势 农业生物技术与生物农药 生物技术可能引发的问题 人们利用生物技术生产出抗旱 耐盐 抗病虫害作物同时 也导致生物多样性遭受严重破坏 甚至导致一些物种灭绝 转基因植物 动物 微生物脱离当地农业生态系统所造成的危害 可能引起如下危害 转基因作物使自生作物成为严重的杂草问题 转基因作物通过杂交后产生杂种 转基因作物影响食物安全 精细化工中的生物技术 生物有机酸的应用采用发酵法生产的有机酸已在食品 医药 塑料 香料等行业得到应用 柠檬酸用途很广 其中用于食品和饮料行业的为50 医药行业为20 化学工业为20 化妆品为2 其他8 柠檬酸是我国最大的出口发酵产品 L 苹果酸主要用于食品业 保健品 化妆品及饮料的酸味剂和防腐剂 酶制剂的应用酶是细胞原生质合成的一种高活性的生物催化剂 由许多氨基酸组成 其催化性能具有高效和专一性 酶普遍存在于动物 植物 微生物中 通过采取适当的理化方法 将酶从生物组织或细胞以及发酵液中提取出来 加工成具有一定纯度标准的生化制品 成为酶制剂 酶制剂主要有 淀粉酶 葡萄糖淀粉酶 纤维素酶 碱性蛋白酶和中性蛋白酶等 精细化工中的生物技术 生物催化在精细化工中的应用实例 由DL 氨基己内酰胺生产L 赖氨酸的过程如下 采用青霉素酰化酶的基因工程菌合成6 氨基青霉烷酸即6 APA 生物石油化工 石油微生物炼制 1 石油脱蜡 利用解脂假丝酵母 拟圆酵母 粉孢霉菌 诺卡氏菌等进行发酵法脱蜡可出去石油及其馏分产物的蜡质 获得高质量 低凝固点的航空汽油 高级柴油 变压器油和多种机油 2 石油脱硫 许多地区的原油中含硫量高 这些硫化物腐蚀设备 影响产品质量 而且石油产品燃烧时 还生成SOX污染环境 因此石油脱硫十分重要 3 石油脱氮 利用土壤中培养出的微生物 通过环羟基化和断裂机理 使吡啶降解成NH3 CO2和H2O 这些微生物能对含氮杂环化合物分子的氧化有专一性 并能把油中的含氮杂环化合物氧化 生物石油化工 8 3 1原料选择与预处理 原料选择的基本准则 在大量的信息资料和实践经验的基础上 选择目标原料选择有效成分含量高的新鲜材料 来源丰富易得 制造工艺简单易行 成本比较低 原料的采集不破坏生态环境 选择对环境友好的原材料资源 防止生物入侵 8 3生物化工品的生产工艺技术 预处理方法 动物组织先要剔除结缔组织 脂肪组织等非活性部分 植物种子去壳除脂 微生物要进行菌体与发酵液分离等基本操作 便于贮存和运输 冷冻法预处理以抑制微生物和酶的作用 有机溶剂除去部分水分 原料的粉碎 动物脏器组织 常用绞肉机机械法粉碎 植物肉质组织 常用磨碎法 微生物 常用自溶 冷热交替 加砂研磨 超声 加压等处理方法 1 机械法 组织捣碎机 匀浆器 研钵 球磨机 万能粉碎机 绞肉机 击碎机 刨片机 动物组织多在冰冻状态绞碎 溶浆 2 物理法 A 反复冻融法B 冷热交替法C 超声波处理法D 加压破碎法3 生化及化学法 A 自溶法B 溶菌酶处理法C 表面活性剂处理法 8 3 2工业用微生物的培养 1 细菌 醋杆菌属的醋化醋杆菌 弱氧化醋杆菌等不生孢子的需氧菌 乳杆菌属的德氏乳杆菌 链球菌属 片球菌属 串珠菌属等 芽孢杆菌属的枯草杆菌是本属最主要的菌种 梭菌属的丙酮丁醇梭菌 可生产丙酮和丁醇 是工业发酵的重要菌种 大肠杆菌和产气气杆菌为革兰氏阴性 无孢子的杆菌 在动物肠中形成细菌群 常用工业微生物 2 放线菌链霉菌属包括金霉素 氯霉素 卡那霉素 红霉素等 这些链霉菌可以生产葡萄糖异构酶 是很好的葡萄糖异构酶产生菌 3 霉菌工业上最常用的霉菌以曲霉菌和青霉菌为主 根霉属和红曲霉属也较常用 4 酵母酵母有酵母属 裂殖酵母属 假丝酵母属 毕赤酵母属和汉逊酵母属 常用工业微生物 1 培养基的组成培养基一般由碳源 氮源 无机盐和微量生长因子等组成 碳源一般是蔗糖 葡萄糖等 工业上常用淀粉水解液和糖蜜等 氮源有硫酸铵 尿素 豆饼水解液等 无机盐有磷酸二氢钾 磷酸氢二钾 七水硫酸镁等 微量生长因子有生物素 硫铵素等 酵母和霉菌用培养基以曲汁或麦芽汁最常用 微生物的培养方法 2 培养方法按培养基的培养过程分为国体培养和液体培养 按操作方式分为分批培养 连续培养和半连续培养 按是否需要氧气可分为需氧培养和厌氧培养 需氧培养用设备又分为浅盘培养 厚层通风培养和液体通风深层培养 培养条件主要由糖浓度 温度 PH值 氧气 氮源和微量因子决定 微生物的培养方法 母菌最适宜的PH值为4 6 细菌为6 7 5 对于氧气 微生物有需氧菌 厌氧菌和兼性厌氧菌三种 氮源 一般使用尿素 使培养液维持恒定的PH值 同时又可供给氮源 微量因子是指维生素 它是生物体生长不可缺少的一种或数种极微量的有机物质 但微生物生长时 自身往往又缺少合成这种有机物的能力 因此必须由外界提供 生物催化剂是指由常规选育或经现代生物工程方法获得的菌株 细胞系或从中提取的酶 它的作用相当于化学反应中的催化剂 是生化反应中不可缺少的 从自然界得到的菌种要进行筛选 分离 遗传育种 有的还要经过菌种变异才能使用 8 3 3生物催化剂 生物反应器是整个生物反应过程的关键设备 为特定的细胞或酶提供适宜的增殖环境 也可在反应器中进行特定的生化反应 它的结构 操作方式和操作条件与产品的质量 转化率和能耗有着密切的关系 根据反应器的操作方式 可分为间歇操作 连续操作和半间歇操作 根据生物催化剂在反应器中的分布方式进行分类 可分为生物团块 包括细胞 絮凝物 菌丝体 反应器和生物膜反应器两大类 8 3 4生物反应器 生物反应器的分类 从生物反应器中排出的反应产物是一种混合物 里面除含有目的产品外 还含有未转化的基质 不能转化的物质 大量的水 微生物体及各种微量杂质 为了获得合格的生化产品 并且不浪费其他有用的物质 必须对需要的生化产品进行分离或提纯 这一过程称之为 下游加工 这样可以使其他物质循环使用或再进行综合利用 既降低了成本又保护了环境 8 3 5生物化工品的分离与提纯 分离与提纯 1 固体物质的去除分离生化反应液的细胞或其他固体物质 是提取生化产品的重要一步 分离过程是基于它们的粒度 密度 溶解度和扩散度等的不同实现的 分离的粒度范围为0 3 10 m 为了提高分离效率要进行预处理 以促进细胞的絮凝 常用的去除固体的分离方法是过滤 离心分离 沉降及倾析等 2 初步分离当从反应器出来的反应液除去了不需要的固体颗粒后 一般要进一步把溶液浓缩 以提高目的产品在溶液中的浓度 为了实现这一过程 可以使用蒸发 萃取 沉淀和膜分离等单元操作 如膜分离技术是一种新型的分离技术 近年来发展很快 它是用一种半透明的薄膜 使溶液中的某些组分通过 其他组分被阻止或截留 从而达到分离的目的 它包括反渗透法和超滤法 膜分离法不同于萃取和沉淀法那样 需要加入溶剂或盐类等其他物质 也不同于蒸发操作 需要加入热量 膜分离法只是根据物质粒度的大小这一几何特性的差异 来分离物质 因此产品的损失很少 产率和质量较高 3 产品提纯产品提纯的目的主要是去除溶液中的各种微量杂质 进一步提高产物的纯度 常用的方法有沉淀法 层析法和吸附法 但是生物产品的提纯 更多用的是层析法 层析法有吸附层析法 离子交换层析法 分子筛层析法和亲和层析法等 根据不同被分离物的特性 选择不同的层析分离方法 4 产品的最终分离最后一步必须使产品达到规定的质量指标 以适合销售市场的要求 主要的单元操作是先离心分离 然后进行干燥或冷冻干燥等 干燥操作往往是生物产品的最后工序 其目的是除去物料中的水分 便于产品的保藏和运输 由于很多的生物产品 如味精 柠檬酸 酶制剂 抗生素及单细胞蛋白等均是固体产品 因此干燥操作在生物产品的最终分离方面十分重要 8 4典型生物化工品的生产工艺举例 性质 丙烯酰胺无色 无味 分子式是C3H5ON 固体是粉剂的结晶产品 含量大于97 熔点为84 5 水剂产品含丙烯酰胺分别是25 30 40 50 等 25 或40 的水剂产品 直接用于聚合 结构式 有机化工品 丙烯酰胺 AM 用途丙烯酰胺是精细化工的骨干系列品种之一 其主要用来生产聚丙烯酰胺 聚丙烯酰胺用途很广 在采油 煤炭 地质 冶金 纺织 化工 土建和农业等许多经济建设领域中都有广泛用途 尤其是在石油工业中聚丙烯酰胺的应用更为突出 目前国内丙烯酰胺年产量的65 用于石油工业 其他行业占35 我国已成功开发了万吨级规模的微生物法生产丙烯酰胺技术 无论在规模上还是水平上均达到了国际领先的水平 有机化工品 丙烯酰胺 AM 生产工艺过程在工业生产中 丙烯酰胺是由丙烯腈水合来制备 传统的生产工艺历经硫酸水合法和铜催化水合法两个阶段 而微生物酶催化法是第三代最新技术 具有高选择高活性 高效率 丙烯腈反应完全 无副产物和无机盐及残留铜离子等杂质 工艺过程在常温常压下进行 三废少等优点 因而丙烯酰胺产品不需要精制 节省投资和能源 生产成本低 被认为是当代最经济的丙烯酰胺生产工艺 微生物催化反应生产丙烯酰胺技术路线比较简单 从基本原料丙烯腈出发 经微生物菌体 酶 催化一步反应即成丙烯酰胺 有机化工品 丙烯酰胺 AM 反应方程式如下 有机化工品 丙烯酰胺 AM 工艺流程 有机化工品 丙烯酰胺 AM 经济效益目前 我国聚丙烯酰胺主要用于三次采油 由于世界各国生产的聚丙烯酰胺大量用于环保的水处理 随着我国环境意识的增强 和对水处理的重视 我国聚丙烯酰胺在水处理的应用市场将会扩大 作为水处理剂聚丙烯酰胺的主要原料丙烯酰胺的市场还有较大的发展空间 该项目将对社会产生很大的影响 与化学方法比较节能在50 以上 有利于环保 节约资源 创外汇 并带动其他技术发展 同时也提高了我国生物技术在国际上的地位 有机化工品 丙烯酰胺 AM 性质 柠檬酸 citricacid 别名枸橼酸 化学名称为2 羟基丙三羧酸 分子式是C6H8O7 无水物 柠檬酸有无水物和一水合物两种 无臭 有强酸味 易溶于水 乙醇和乙醚 无水柠檬酸为白色晶体颗粒或粉末 相对密度1 67 熔点是153 在潮湿空气中吸潮 能形成一水合物 一水合物是无色半透明结晶 相对密度1 542 熔点是100 133 8 4典型生物化工品的生产工艺举例 食品添加剂 柠檬酸 结构简式 食品添加剂 柠檬酸 用途柠檬酸可作为酸度调节剂 酸化剂 螯合剂 抗氧化增效剂 分散剂 香料等 1 柠檬酸的酸味圆润 滋美 入口即可达到最强味感 与其他酸如酒石酸 苹果酸等合用 可使产品风味丰满 2 柠檬酸通过释放氢离子 可降低食品的PH值 还有抑制微生物的作用 可增强杀菌效果 3 柠檬酸因为含有3个羟基 具有很强的螯合金属离子的作用 可作增强含油食品的抗氧化作用 及防止果蔬变色等 4 柠檬酸与蔗糖合用 加热时可促使蔗糖转化 既可防止食品中的蔗糖晶析 发砂又不易使食品吸潮 柠檬酸用途很广 不仅用在食品行业 还被广泛应用于医药 化工 纺织 建筑材料 化妆品行业和其他工业部门 生产工艺过程柠檬酸的生产方法有三种 水果提取 化学方法合成 即用草酰乙酸与乙烯酮缩合制得 发酵法制取 发酵法生产柠檬酸是用黑曲霉菌做发酵剂 主要原料是碳水化合物 如从蔗糖或甜菜中提取的糖蜜 甘薯淀粉 玉米淀粉 马铃薯加工废渣和废液 木薯粉等 食品添加剂 柠檬酸 生产工艺过程 食品添加剂 柠檬酸 我国柠檬酸发酵的研究工作从20世纪50年代已开始 发展到现在 大多数以薯干为原料 应用浅盘发酵法和深层法两种生产技术 其中以深层发酵为主 因为这种方法更有利于大规模生产 目前我国的菌种 发酵技术均处于国际领先地位 特别是直接深层发酵法是我国独特的生产工艺 但是我们在工程和设备及提取收率方面与国外还有一定的差距 此方面的技术还有待于完善 食品添加剂 柠檬酸 性质 苏云金杆菌 别名是 外毒素 敌宝 快来顺 康多惠 BT杀虫剂 分子式是C22H32N5O16P 分子量为653 苏云金杆菌为黄褐色固体 能与大多数杀虫剂 杀菌剂混用 它可分泌多种毒素 其中伴孢晶体专一地在鳞翅目等昆虫幼虫的碱性肠道中分解为毒性蛋白 迅速有效地杀灭昆虫 由于用其制成的农药高效 无公害 对害虫不产生抗药性 且对人 哺乳动物 家禽 家畜 鸟 鱼类等安全 无毒 目前苏云金杆菌是联合国粮农组织和世界卫生组织推荐的农药杀虫剂 也是世界上生产和使用量最大的生物杀虫剂 生物农药 苏云金杆菌 BT 用途苏云金杆菌是一种胃毒杀虫剂 它的杀虫面很广 能防治稻苞虫 稻纵卷叶叶螟 玉米螟 棉铃虫 松毛虫 菜青虫 小菜蛾 茶卷叶螟 烟青虫 茶毛虫等害虫 也可用于蔬菜 水稻 玉米 棉花 果树 茶树及林区等众多作物 还用在城市花木 家庭养殖等方面 生物农药 苏云金杆菌 BT 产工艺过程苏云金杆菌的制造目前大部分采用了液体深层发酵的生产工艺 即固态发酵 首先是纯菌种试管培养 然后菌种扩大培养 进而进行发酵反应器培养 得到的发酵液最后经过过滤 干燥等处理 即制得菌粉 固态发酵工艺过程最大限度的保留了苏云金杆菌在代谢过程中产生的可溶性因子 使整个杀虫成为一个多因子综合作用于害虫体内外的过程 这也是固态发酵产品杀虫效果显著好于液态产品的主要原因 在生产过程中 无三废产生 原料为农副产品的下脚料 被综合利用 本生产工艺属高新技术项目 也是环境保护项目 与化学农药相比 具有明显优势 生物农药 苏云金杆菌 BT 性质天门冬酰胺酶 asparaginase 别名L 天门冬酰胺酶 为白色结晶粉末 微有湿性 易溶于水 不溶于甲醇 乙醇 丙酮 氯仿 乙醛 苯等有机溶剂 对热稳定性好 在温度50 下 15min后 活性降低30 60 下 1小时内失活 冻干品在2 5 可稳定数月 但其溶液只能保存数日 20 储存7天 5 储存14天均不减少酶的活力 最适宜在PH值为8 5 温度在37 下储存 纯酶的分子量从130000到140000不等 肿瘤药 天门冬酰胺酶 用途天门冬酰胺酶是酰胺基水解酶 为抗肿瘤酶制剂 肿瘤细胞不能合成生长必需的天门冬酰胺而使其生长受到限制 正常细胞能合成天门冬酰胺 故受影响较少 因此 天门冬酰胺酶是一种对肿瘤细胞有选择性的抑制药物 对急性淋巴细胞白血病的缓解率在50 以上 对急性粒细胞性白血病和急性单核细胞白血病有一定疗效 缺点是单独使用不仅缓解期短 切易产生耐药性 该药对肌体免疫也有抑制作用 它还可用于治疗皮肌炎 在动物实验中 本品对实体瘤和白血病均有效 且与常见巯嘌呤 甲蝶呤 长春新碱 阿糖胞苷等无交叉耐药现象 肿瘤药 天门冬酰胺酶 生产工艺过程天门冬酰胺酶是用微生物发酵法生产的酶制剂 其工艺过程如下 在每一步的生产过程中特别要注意控制好温度 时间和溶液的酸碱值 以保证菌种培养和发酵等过程的适宜条件 高技术的生物医学与医药在医学预防和治疗领域 基因治疗掀起了一场临床医学革命 取得了重大进展 为目前尚不能治愈的大部分遗传病 恶性肿瘤 重要病毒性传染病 如肝炎 爱滋病等 找到了新的医疗途径 在医药领域 基因工程药物和疫苗研究与开发成果累累 药物基因组技术的应用将进一步展开 使药物具有明确 特异的功效和较小的副作用 另外采用克隆技术开发以干细胞为基础的再生药物将有庞大的市场 可治疗软骨损伤 骨折愈合不良 心脏病 癌症和衰老引起的退化症等疾病 8 5生物化工发展趋势 农业生物技术农业的病虫害 作物品质改良以及土壤肥沃性都与农业生物技术密切相关 用生化技术通过大规模过程集成 使农业 林业及其他可再生资源得以充分利用 天然产物的全价综合利用已成为生化工程的热点问题 以玉米综合利用的加工业为突破口 生产无水酒精 木糖醇 甘油 乳酸 苹果酸和单细胞蛋白等衍生物 将在21世纪全面开展 作为生物技术新的浪潮 将给农业生产带来新的飞跃 洁净新能源地球上的化石燃料日趋减少 且污染严重 二次能源的研制开发已成为能源开发的热点 氢能是未来最佳的二次能源 利用生物体特有的可再生性 通过光合作用进行能量转换 为简便有效地制取氢提供了崭新的途径 可再生资源的生物加工技术与环境今后我国环境技术发展的重点是 利用酶制剂和固定化菌体处理废水 利用基因工程和细胞融合技术对微生物变异处理 利用工程微生物处理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 8 5生物化工发展趋势 目前全球已拥有年销售额超过10亿美元的生物技术产品数十种 到2001年底 全球生物化工工业产品销售额超过1500亿美元 目前国外生物化工发展趋势有以下特点 生物化工成为国外著名