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第8章生物化工生物化工特点与发展概况生物化工应用领域生物化工生产工艺技术经典生物化工生产化工产品举例生物化工发展趋势1/818.1生物化工特点与发展概况

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，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新型学科，它以生物起源物质为原料，经过生物活性物质为催化剂使其转化，或用其它生物技术进行制备、纯化，从而得到我们预期产品。定义：2/81生物化工特点（1）以生物为对象，常以有生命活细胞或酶为催化剂，创造必要生化反应条件，不依靠地球上有限资源，着眼于再生资源利用。（2）因为细菌不耐高温，需在常温常压下连续化生产，工艺简单，并可节约能源，降低环境污染。（3）定向地按人们需要创造新物种、新产品和有经济价值生命类物质，开辟了生产高纯度、优质、安全可靠生物制品新路径。（4）生物化工为生物技术提供了高效率反应器、新型分离介质、工艺控制技术和后处理技术，扩大了生物技术应用范围。3/81世界生物化工行业现实状况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；随即，是为氨基酸发酵、舀体激素生物转化、维生素生物法生产、单细胞蛋白生产及淀粉糖生产等工业化服务。伴随生物化工上游技术——生物工程技术进步以及化学工程、信息技术(IT)和生物信息学等学科技术发展，生物化工将迎来又一个崭新发展时期。9O年代中期，美国生物化工企业有：多家，西欧有580多家，日本有300多家。世界大企业正把注意力向生命科学部分转移生物化工发展4/81我国生物化工行业现实状况及存在问题生物化工产品也包括医药、保健、农药、食品与饲料、有机酸等各个方面。不过与发达国家相比，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，低级次产品重复生产，不能适应需求。在我国高档医药生化产品如激素、生长因子、干扰素、药用多肽等，有产量很小，有没有生产，所以每年都需进口。5/81三是在生产技术上，工艺、设备不配套，上下游技术不配套，产物收得率低。我国即使一些产品如柠檬酸、乳酸等发酵水平较高，但大多数产品收率都低于国外，酶制剂活力也显著低于国外，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，造成严重资源浪费和环境污染。五是基础研究微弱，技术创新能力不强，企业技术开发、技术吸收能力差，生产发展多数依靠传统夕蜒型、粗放型扩大投资增加模式，效益低、市场竞争力低。6/818.2生物化工应用领域

把生物工程技术应用到药品制造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，采取生物学工艺和分离、纯化技术，并以生物学分析技术控制中间产物和成品质量制成生物活化制剂，包含菌苗、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。

当代生物制药7/81

基本制造方法发酵法（Zymotechnics）化学合成（Chemicalsynthesize）组织培养法（Tissueculture）当代生物技术(ModernBiotechnics)当代生物制药8/81生化制药六个阶段

原料选择和预处理原料粉碎提取纯化浓缩制剂当代生物制药9/81

基因工程是在体外对生物遗传物质基因进行剪切、拼接、重新组合，与适宜载体连接，组成完整基因表示系统，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，编码产生人类所需物质或创造新物种，也可对疾病进行基因治疗。基因工程当代生物制药10/811973年重组DNA技术建立为标志，是科学技术史上里程碑。应用于农业、医药、轻工、化工、环境等领域，成为人类处理粮食、能源、环境、制药主要伎俩。1976年世界上第一家基因工程技术开发药品企业（Genentech企业）建立，开始了当代生物技术产业发展新纪元。1982年世界上第一个基因工程药品重组人胰岛素取得FDA同意，由EliLilly企业正式生产，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，占主要地位是基因工程药品研究和商品化。研究开发治疗药品是癌症、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取得药品。11/81年代技术贡献者53DNA双螺旋模型Watson和Crick58DNA半保留复制和中心法则Crick61遗传密码碱基三联体Crick和Nirenberg67破译遗传密码Khorana和Nirenberg71首家生物技术制药企业成立Cetus企业72体外重组DNAJackson和Berg73重组质粒在大肠杆菌中表示Boyer和Cohen75细胞融合，单克隆抗体技术Kohler和Milstein76首家基因工程技术制药企业成立Genentech企业78大肠杆菌中表示出胰岛素Genentech企业12/8180转基因小鼠Gordon等82基因工程人胰岛素在美国上市EliLilly企业82转基因超级小鼠Palmiter等83基因扩增PCR技术Mullis85植物转基因技术Horsch等86基因工程重组乙肝疫苗上市Merck企业87转基因鼠乳腺表示药品tPAGordon等13/8190人类基因组计划开始美国97克隆动物绵羊多利，转凝血因子IX基因绵羊波利Wilmut等99中国加入人类基因组计划

绘制出人类基因组“工作框架图”中、美、英、日、法、德等6国完成人类基因组“中国卷”

中国绘制出人类基因组“序列图”中、美、英、日、法、德等6国14/81

基因工程主要包含三大类：基因工程药品、生物疫苗和生物诊疗试剂。这些药品在诊疗、预防、控制及毁灭传染病，保护人类健康，延长寿命中发挥着越来越主要作用。

15/81国外生物制药全世界生物技术企业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。年产值超出10亿美元生物技术企业有20余家。美国是当代生物技术发源地，又是应用当代生物技术研制新型药品第一个国家，多数基因工程药品都首创于美国。年研究经费70亿美元以上。1980年美国生物技术产品销额还是零增加，1991:59亿USD，1996:101亿USD，基因工程药品为80亿USD，1997:130亿USD，:270亿USD。16/81生物药品同意情况17/81国内生物制药20世纪80年代是我国生物制药起步阶段，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品、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早期，仅有单克隆抗体诊疗试剂盒、微生物农药等少数、少许产品，医药产品产值约为0.2亿元，占生物技术产品销售额8％。20世纪90年代，企事业单位齐头并进，大发展。国外主要基因工程药品及疫苗，都能生产.18/81我国生产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种基因工程药品，已进入市场。重组凝乳酶等40各种基因工程新药正在进行研究。单克隆抗体研制已由试验进入临床，B型血友病基因治疗初步取得临床疗效，组织溶纤原激活剂、白介素-3、重组人工胰岛素、尿激酶等十几个多肽药品在临床试验中。19/81

我国正在研制创新性基因工程药品

肿瘤坏死因子(TNF)神经营养因子激素酶其它基因重组蛋白质、多肽重组毒素及蛇毒成份单克隆抗体及受体重组基因融合蛋白20/81生物制药发展几大重点领域：诊疗与检测试剂、新型基因工程疫苗、基因工程活性肽和蛋白质、治疗功效基因药品、转基因动植物反应器。生物制药发展方向21/81生物技术在农作物中已经有广泛应用。最初经过遗传工程取得而进入市场作物是：玉米、大豆和棉花。它们经转基因后含有抗除草剂和棉铃虫能力。利用Bt细菌取得经遗传改良作物商业潜力是相当大。比如：美国有200万m2Bt棉花，澳大利亚有40万m2，二者各相当于2.5亿美元价值。假如将Bt玉米引种在美国1000万m2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生物化工应用领域22/81农业生物技术应用国际服务组织(ISAAA)23/81

生物技术在畜牧业上应用所取得益处与在农作物上相同。首先，生物技术有利于提升畜禽生命力以及毁灭竞争者。如利用鼠类基因（该基因能促进角蛋白形成）取得了经遗传改良绵羊，这种绵羊比普通棉羊产毛量能提升6%左右。另首先，生物技术在提升农作物产量、质量同时，有利于提升畜牧业生产力发展水平。比如，经过控制饲料作物体内碳水化合物含量可提升畜牧业生产力；利用基因调控技术能够提升包含豆科作物在内一些作物蛋白质含量，降低饲料作物中难消化木质素含量等。农业生物技术与生物农药

24/81农业生物技术与生物农药

我国两系法杂交水稻育种研究已深入到基因层研究，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缺点，为水稻育种开辟了新路径。25/81

我国进行了动物胚胎工程研究，掌握了实用化胚胎分割和移植技术，取得了一批胚胎移植良种牛，并已建立了良种奶牛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”，经大面积喂养试验，显示了快速生长特征。农业生物技术与生物农药

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我国在抗病抗虫方面转基因植物研究取得了实质性进展。当前已经取得了抗病毒转基因烟草、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，取得了抗虫棉和抗虫水稻。抗烟草花叶病毒、黄瓜花叶病毒转基因烟草，在大田试验表现了较强抗病性。

农业生物技术与生物农药

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生物农药是利用微生物本身或代谢物防治虫、草等制剂。包含农用抗生素、细菌农药、真菌农药和病毒农药，含有选择性高、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，降低化学合成农药使用，已成为全球农药产业发展新趋势。农业生物技术与生物农药

28/8129/81生物技术可能引发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，也造成生物多样性遭受严重破坏，甚至造成一些物种灭绝。转基因植物、动物、微生物脱离当地农业生态系统所造成危害，可能引发以下危害：转基因作物使自生作物成为严重杂草问题；转基因作物经过杂交后产生杂种；转基因作物影响食物安全。30/81精细化工中生物技术

生物有机酸应用

采取发酵法生产有机酸已在食品、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为50%，医药行业为20%，化学工业为20%，化装品为2%，其它8%。柠檬酸是我国最大出口发酵产品。L-苹果酸主要用于食品业、保健品、化装品及饮料酸味剂和防腐剂。31/81酶制剂应用

酶是细胞原生质合成一个高活性生物催化剂，由许多氨基酸组成，其催化性能含有高效和专一性。酶普遍存在于动物、植物、微生物中，经过采取适当理化方法，将酶从生物组织或细胞以及发酵液中提取出来，加工成含有一定纯度标准生化制品，成为酶制剂。酶制剂主要有α-（β-）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。精细化工中生物技术

32/81生物催化在精细化工中应用实例由DL-氨基己内酰胺生产L-赖氨酸过程以下：33/81采取青霉素酰化酶基因工程菌合成6-氨基青霉烷酸即6-APA34/81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蜡质，取得高质量、低凝固点航空汽油、高级柴油、变压器油和各种机油。（2）石油脱硫：许多地域原油中含硫量高，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，所以石油脱硫十分主要。35/81（3）石油脱氮：利用土壤中培养出微生物，经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氧化有专一性，并能把油中含氮杂环化合物氧化。生物石油化工

36/818.3.1原料选择与预处理原料选择基本准则：

在大量信息资料和实践经验基础上，选择目标原料选择有效成份含量高新鲜材料；起源丰富易得；制造工艺简单易行；成本比较低；原料采集不破坏生态环境,选择对环境友好原材料资源，预防生物入侵。8.3生物化工品生产工艺技术

37/81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作用。有机溶剂除去部分水分38/81原料粉碎：动物脏器组织：惯用绞肉机机械法粉碎；植物肉质组织：惯用磨碎法；微生物：惯用自溶、冷热交替、加砂研磨、超声、加压等处理方法。

39/811.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、重复冻融法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40/818.3.2工业用微生物培养

（1）细菌①醋杆菌属醋化醋杆菌、弱氧化醋杆菌等不生孢子需氧菌。②乳杆菌属德氏乳杆菌；链球菌属；片球菌属、串珠菌属等。③芽孢杆菌属枯草杆菌是本属最主要菌种。④梭菌属丙酮丁醇梭菌，可生产丙酮和丁醇，是工业发酵主要菌种。⑤大肠杆菌和产气气杆菌为革兰氏阴性、无孢子杆菌，在动物肠中形成细菌群。惯用工业微生物

41/81（2）放线菌链霉菌属包含金霉素、氯霉素、卡那霉素、红霉素等，这些链霉菌能够生产葡萄糖异构酶，是很好葡萄糖异构酶产生菌。（3）霉菌工业上最惯用霉菌以曲霉菌和青霉菌为主，根霉属和红曲霉属也较惯用。（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。惯用工业微生物

42/81（1）培养基组成培养基普通由碳源、氮源、无机盐和微量生长因子等组成。碳源普通是蔗糖、葡萄糖等。工业上惯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惯用。微生物培养方法：43/81（2）培养方法按培养基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。微生物培养方法：44/81母菌最适宜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，普通使用尿素，使培养液维持恒定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乏一个或数种极微量有机物质，但微生物生长时，本身往往又缺乏合成这种有机物能力，所以必须由外界提供。45/81

生物催化剂是指由常规选育或经当代生物工程方法取得菌株、细胞系或从中提取酶。它作用相当于化学反应中催化剂，是生化反应中不可缺乏。从自然界得到菌种要进行筛选、分离、遗传育种，有还要经过菌种变异才能使用。8.3.3生物催化剂

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生物反应器是整个生物反应过程关键设备，为特定细胞或酶提供适宜增殖环境，也可在反应器中进行特定生化反应。它结构、操作方式和操作条件与产品质量、转化率和能耗有着亲密关系。依据反应器操作方式，可分为间歇操作、连续操作和半间歇操作。依据生物催化剂在反应器中分布方式进行分类，可分为生物团块（包含细胞、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

47/81生物反应器分类48/81

从生物反应器中排出反应产物是一个混合物，里面除含有目标产品外，还含有未转化基质、不能转化物质、大量水、微生物体及各种微量杂质。为了取得合格生化产品，而且不浪费其它有用物质，必须对需要生化产品进行分离或提纯。这一过程称之为“下游加工”，这么能够使其它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生物化工品分离与提纯

分离与提纯49/811．固体物质去除分离生化反应液细胞或其它固体物质，是提取生化产品主要一步。分离过程是基于它们粒度、密度、溶解度和扩散度等不一样实现，分离粒度范围为0.3~10μm。为了提升分离效率要进行预处理，以促进细胞絮凝。惯用去除固体分离方法是过滤、离心分离、沉降及倾析等。50/812．初步分离

当从反应器出来反应液除去了不需要固体颗粒后，普通要深入把溶液浓缩，以提升目标产品在溶液中浓度。为了实现这一过程，能够使用蒸发、萃取、沉淀和膜分离等单元操作。如膜分离技术是一个新型分离技术，近年来发展很快。它是用一个半透明薄膜，使溶液中一些组分经过，其它组分被阻止或截留，从而到达分离目标。它包含反渗透法和超滤法。膜分离法不一样于萃取和沉淀法那样，需要加入溶剂或盐类等其它物质，也不一样于蒸发操作，需要加入热量，膜分离法只是依据物质粒度大小这一几何特征差异，来分离物质，所以产品损失极少，产率和质量较高。51/813．产品提纯产品提纯目标主要是去除溶液中各种微量杂质，深入提升产物纯度。惯用方法有沉淀法、层析法和吸附法。不过生物产品提纯，更多用是层析法。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，依据不一样被分离物特征，选择不一样层析分离方法。52/814．产品最终分离

最终一步必须使产品到达要求质量指标，以适合销售市场要求。主要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最终工序，其目标是除去物料中水分，便于产品保藏和运输。因为很多生物产品，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，所以干燥操作在生物产品最终分离方面十分主要。53/818.4经典生物化工品生产工艺举例

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%水剂产品,直接用于聚合。结构式：有机化工品—丙烯酰胺（AM）54/81用途

丙烯酰胺是精细化工骨干系列品种之一，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应用更为突出。当前国内丙烯酰胺年产量65%用于石油工业，其它行业占35%。我国已成功开发了万吨级规模微生物法生产丙烯酰胺技术，不论在规模上还是水平上均到达了国际领先水平。有机化工品—丙烯酰胺（AM）55/81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，传统生产工艺历经硫酸水正当和铜催化水正当两个阶段。而微生物酶催化法是第三代最新技术，含有高选择高活性、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，节约投资和能源，生产成本低，被认为是当代最经济丙烯酰胺生产工艺。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）56/81反应方程式以下：

有机化工品—丙烯酰胺（AM）57/81工艺流程：有机化工品—丙烯酰胺（AM）58/81经济效益

当前，我国聚丙烯酰胺主要用于三次采油，因为世界各国生产聚丙烯酰胺大量用于环境保护水处理，伴随我国环境意识增强，和对水处理重视，我国聚丙烯酰胺在水处理应用市场将会扩大，作为水处理剂聚丙烯酰胺主要原料丙烯酰胺市场还有较大发展空间。该项目将对社会产生很大影响，与化学方法比较节能在50%以上，有利于环境保护，节约资源，创外汇，并带动其它技术发展，同时也提升了我国生物技术在国际上地位。有机化工品—丙烯酰胺（AM）59/81

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）。柠檬酸有没有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经典生物化工品生产工艺举例

食品添加剂—柠檬酸60/81结构简式：食品添加剂—柠檬酸61/81用途

柠檬酸可作为酸度调整剂、酸化剂、螯合剂、抗氧化增效剂、分散剂、香料等。

（1）柠檬酸酸味圆润、滋美，入口即可到达最强味感，与其它酸如酒石酸、苹果酸等适用，可使产品风味丰满。

（2）柠檬酸经过释放氢离子，可降低食品PH值，还有抑制微生物作用，可增强杀菌效果。

（3）柠檬酸因为含有3个羟基，含有很强螯合金属离子作用，可作增强含油食品抗氧化作用，及预防果蔬变色等。

（4）柠檬酸与蔗糖适用，加热时可促使蔗糖转化，既可预防食品中蔗糖晶析、发砂又不易使食品吸潮。

柠檬酸用途很广，不但用在食品行业，还被广泛应用于医药、化工、纺织、建筑材料、化装品行业和其它工业部门。62/81生产工艺过程

柠檬酸生产方法有三种：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63/81生产工艺过程食品添加剂—柠檬酸64/81

我国柠檬酸发酵研究工作从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。当前我国菌种、发酵技术均处于国际领先地位，尤其是直接深层发酵法是我国独特生产工艺。不过我们在工程和设备及提取收率方面与国外还有一定差距，此方面技术还有待于完善。食品添加剂—柠檬酸65/81性质：苏云金杆菌，别名是β-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。它可分泌各种毒素，其中伴孢晶体专一地在鳞翅目等昆虫幼虫碱性肠道中分解为毒性蛋白，快速有效地杀灭昆虫。因为用其制成农药高效、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，当前苏云金杆菌是联合国粮农组织和世界卫生组织推荐农药杀虫剂，也是世界上生产和使用量最大生物杀虫剂。生物农药—苏云金杆菌（BT）

66/81用途

苏云金杆菌是一个胃毒杀虫剂，它杀虫面很广，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）

67/81产工艺过程

苏云金杆菌制造当前大部分采取了液体深层发酵生产工艺，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，得到发酵液最终经过过滤、干燥等处理，即制得菌粉。固态发酵工艺过程最大程度保留了苏云金杆菌在代谢过程中产生可溶性因子，使整个杀虫成为一个多因子综合作用于害虫体内外过程，这也是固态发酵产品杀虫效果显著好于液态产品主要原因。在生产过程中，无三废产生，原料为农副产品下脚料，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，含有显著优势。生物农药—苏云金杆菌（BT）

68/81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，但其溶液只能保留数日，20℃储存7天，5℃储存14天均不降低酶活力。最适宜在PH值为8.5，温度在37℃下储存。纯酶分子量从130000到140000不等。肿瘤药—天门冬酰胺酶

69/81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天门冬酰胺而使其生长受到限制。正常细胞能合整天门冬酰胺，故受影响较少。所以，天门冬酰胺酶是一个对肿瘤细胞有选择性抑制药品。对急性淋巴细胞白血病缓解率在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，缺点是单独使用不但缓解期短，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。在动物试验中，本品对实体瘤和白血病都有效，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

70/81生产工艺过程

天门冬酰胺酶是用微生物发酵法生产酶制剂，其工艺过程以下：

在每一步生产过程中尤其要注意控制好温度、时间和溶液酸碱值，以确保菌种培养和发酵等过程适宜条件。71/81高技术生物医学与医药

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，为当前尚不能治愈大部分遗传病、恶性肿瘤、主要病毒性传染病，如肝炎、爱滋病等，找到了新医疗路径。在医药领域，基因工程药品和疫苗研究与开发结果累累，药品基因组技术应用将深入展开，使药品含有明确、特异功效和较小副作用。另外采取克隆技术开发以干细胞为基础再生药品将有庞大市场，可治疗软骨损伤、骨折愈合不良、心脏病、癌症和衰老引发退化症等疾病。8.5生物化工发展趋势72/81农业生物技术

农业病虫害、作物品质改良以及土壤肥沃性都与农业生物技术亲密相关。用生化技术经过大规模过程集成，使农业、林业及其它可再生资源得以充分利用。天然产物全价综合利用已成为生化工程热点问题，以玉米综合利用加工业为突破口，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世纪全方面开展，作为生物技术新浪潮，将给农业生产带来新飞跃。

73/81洁净新能源

地球上化石燃料日趋降低，且污染严重，二次能源研制开发已成为能源开发热点。氢能是未来最正确二次能源，利用生物体特有可再生性，经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路径。74/81可再生资源生物加工技术与环境

今后我国环境技术发展重点是：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工业化工艺