《生物技术与化学工业的可持续发展》-沉寅初课件

生物技术与化学工业的可持续发展可持续发展面临的问题资源能源水源环境土地人口保持可持续发展的对策1.循环经济（资源循环使用）2.节约资源（能源），发掘新资源3.利用国际资源4.提高资源（能源）利用效率5.绿色产品、绿色工艺6.采用生物技术7.保护环境及土地8.控制人口减少资源能源消耗减少废弃物排放改变原料路线改变物质生产工艺生物技术产业的特点利用再生性资源符合可持续发展生产过程温和污染少，多为可利用废料自身效率提高潜力大生物技术生产化学品的方式生物质原料产物相关底物产物多酶系统催化（发酵）单酶催化（生物催化）生物技术生产化工原料甲醇乙醇丙酮丁醇乳酸丙酸二元酸衣康酸乙酸琥珀酸甘油1,3-丙二醇生物催化反应1.氧化9.缩合15.核苷化2.还原10.氨基化16.卤化3.脱羧11.乙酰化17.转移4.脱氨12.脱甲基18.重排5.水解13.酰胺化19.异构化6.甲基化14.脱甲氧基8.脱水生物催化技术生产化学品淀粉葡萄糖富马酸富马酸环氧琥珀酸丙烯腈丙烯腈羟基乙腈甘油苯L-天冬门氨酸肉桂酸麦芽糖、葡萄糖果糖L-天冬门氨酸L-苹果酸L-酒石酸丙烯酰胺丙烯酸羟基乙酸二羟丙酮对苯二酚L-丙氨酸L-苯丙氨酸淀粉酶、糖化酶异构酶天门冬氨酸酶苹果酸酶水合酶水合酶腈酶腈酶脱氢酶加氧酶脱羧酶加氨酶酶催化在光学活性手性化合物合成中的应用1.水解5.氧化2.还原6.加氨3.羟基化7.水解4.异构化微生物酶异构化合成手性化合物NOClNH3BackmanrearrangementreactionH2SO4CyclohexeneNitrosdimerDL-AminocaprolactamD-型L－型L-Lysine异构酶水解氨基化合成氨基手性化合物加氨酶水解手性化水解酶生物技术在工业中应用的问题生物技术效率低、成本高产物浓度稀在水溶液中反应水消耗量大酶（生物体）安定性差易污染杂菌工艺过程复杂、控制点多计算机联机控制较难操作者技术素质要求高动植物细胞培养技术问题更多生物技术在化工领域应用

优先研发的课题实现几个关键化工原料产品的经济性产业化从可再生资源开发新产品更广泛地发现新生物源改造生物，提高生物加工效率开发生物催化的新领域开发未利用的生物资源生产有用物质解决生物技术规模生产的工程问题，控制及过程检测问题基因重组技术的开发和应用我们实验室做了哪些工作？发现的新生物源农药活性物质磷氮霉素白肽霉素制黄杆菌素拟鲥霉素变构霉素RS-22A、B、C磷氮霉素类化合物的结构AntifungalavtivityofphosphazomycinCTestorganismMIC(μg/mL)*AspergillusoryzaeIFO52391.6A.niger1.6Penicilliumchrysogenum0.4TrichophytonmentagrophytesIFO62020.4CochliobolusmiyabeanusIFO52771.6PyriculariaoryzaeIFO59440.8RhizoctoniasolaniIFO625825ColletotrichumlagenariumIFO7510.05BotryotiniafuckelianaIFO53650.0004GlomerellacingulataIFO97670.2AlteriariamaliIFO89840.025FusariumoxysporumIFO976112.5*Conventionalagardilutionmethodwasemployedusingpotato-sucrosemedium.MICswereobservedafter72hoursincubation.磷氮霉素增加血小板作用

（体内试验）剂量mg/kg投药天数血小板数×1040.1382.180.1488.560.15110.060.16115.060.3386.620.34101.780.35125.040.36152.22对照384481.14586.54688.68变构菌素的结构Tautomycetin拟鲥霉素的抗菌作用抑菌圈直径（30μg/disc）黄瓜灰霉病菌(Botrytiscinerea)40mm黄瓜炭疽病(Colletotrichumlagenarium)20mm水稻稻瘟病(Pyriculariaoryzae)0格链孢菌(Alternariamali)0水稻黄单孢菌(Xanthomonasoryzae)0大肠埃希氏菌(Eschiacoli)0金色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)0白色念珠菌(Candidaalbicans)0拟鲥霉素的抗菌作用试验化合物喷药浓度防治效果药害SR-105096无2594无12.587无6.2577无苯莱特*25092对照处理-0－*1－（丁基氨基甲酰）－2－苯并咪唑白肽霉素的结构白肽霉素的抗菌活性TestorganismMinimalinhibitoryconentration(mcg/ml)AlbopeptinAAlbopeptinBAlternariamaliIFO898412.512.5BotrytiscinereaIFO536512.512.5CollectotrichumlagenariumIFO751312.512.5PyriculariaoryzeaIFO59942525FusriumoxysporumIFO97615025RhizoctoniasolaniIFO625812.525AspergillusoryzeaIFO52395050GlomerellacingulataIFO97672525CochliobollusmiyabeanusIFO52772512.5TrichophytonmentagrophytesIFO620210010CandidaalbicansIFO15945050SaccharomycescerevisiaeIFO03045050StaphylococcusaureusIFO127322512.5BacillussubtilisIFO35132512.5EscherichiacoliIFO3301＞100＞100PseudomonasaeruginosaIFO13130＞100＞100制黄杆菌素的结构制黄杆菌素的抗菌活性TestorganismMinimalinhibitoryconcentration(mcg/ml)XanthomonasoryzaeIFO33122XanthomonasoryzaeIFO37814EscherichiacoliIFO3301＞1,000SalmonellatyphimuriumTV119＞1,000Staphylococcusaureus209PIFO12732＞1,000BacillussubtilisIFO513＞1,000RS-22活性成份的化学结构RS-22A:R1=H,R2=HRS-22B:R1=CH3,R2=HRS-22C:R1=CH3,R2=CH3实现产业化的研究成果可再生资源生产活性物质井冈霉素7051杀虫素浏阳霉素Lovastatin2098FK506金核霉素Tautomycin井冈霉素对主要病害的防治作用DiseaseConcentrationa.i.(ppm)Preventionefficacy(%)水稻小球菌核病Helminthosporiumsigmoideum40ppm95黄瓜立枯病Rhizoctoniasolani40ppm100菜豆菌核病Sclerotiniasclerotirum25ppm80水稻稻曲病Ustilaginoideadvirens80ppm100小麦纹枯病Rhizoctoniasolani80ppm85水稻纹枯病Pelliculariasasakii30ppm100井冈霉素和有机砷制剂的比较有机砷井冈霉素原料非再生性资源可再生性资源对动物毒性40－50mg/kgLD50＞5000mgkg对植物和其他生物毒性对水稻有毒害无毒对土壤污染残留在土壤中易分解，无残留生产过程中的三废废气、废渣、废水除释放CO2外无其他废料每亩用药量30－50克3－5克7051杀虫素原料淀粉黄豆粉等农副产品微生物发酵7051杀虫素和目前常用杀虫剂效果的比较药剂类型田间用药量（克/公顷）有机氯500－3000有机磷600氨基甲酸酯700除虫菊酯类10－2007051杀虫素1－107051杀虫素生产的工艺路线生产菌种制备种子罐发酵罐放罐压滤上柱吸附解吸浓缩结晶制剂浏阳霉素结构及其急性毒性药物动物给药部位LD50（mg/kg）纯品小鼠口服＞10000大鼠口服＞10000制剂小鼠口服＞5000经皮＞2000R1,R2,R3,R4=methyl;nonactinR1,R2,R3=methyl,R4=ethyl;monactinR1,R2=methyl,R3,R4=ethyl;dinactinR1=methyl;R2,R3,R4=ethyl;trinactinR1,R2,R3,R4=ethyl;tetranactin浏阳霉素对抗性螨害的防治效果药剂药前基数（螨头数/叶）用药后减退率（％）8天22天36天5％复方浏阳霉素16697.895.699.5三菊杀螨醇25增加160％浏阳霉素对天敌昆虫的影响天敌浓度（mg/cm2）死亡率金小蜂4.35×10-4017.4×10-40回斑目瓢虫50ppm孵化率98.9%100ppm孵化率86.8%2098抗生素2098＝FR900520

R＝CH2CH3

FK-506R＝CH2-CH=CH2腈酶、腈水合酶在工业上的应用丙烯酰胺工业化生产脂肪腈化合物的催化水合芳香腈化合物的催化水合杂环腈化合物的腈化水合手性催化中的应用分解腈类化合物的微生物BacillusEnterobacterBacteridiumEscherichiaMicrococcusFravobacteriumBrevibacteriumAeromonasCorynebacteriumMycoplanaNocardiaCellulomonasPseudomonasErwiniaRhodococcusCandidaArthrobacterusAspergillusRhizobiumCochliobolusAcinetobacterRhodopseudomonasAlcaligenesStreptomycesCaseobacterPenicillumGordonaFusariumAureobacterium含腈化合物的水解水解酶腈水合酶对杂环腈化合物的

催化水合腈酶、腈水合酶在手性催化

中的应用（一）腈酶、腈水合酶在手性催化

中的应用（二）芳香腈化合物的水合催化用于丙烯酰胺工业生产的微生物只含腈水合酶，不含酰胺酶和腈酶，反应只按下列进行2.对底物耐受性高3.对产物耐受性高4.稳定性好5.催化效率高丙烯酰胺的工业化技术丙烯酰胺Acrylamide制法硫酸水