生物体化学品与生化酶

生物体化学品与生化酶第1页，共39页，2023年，2月20日，星期一知识回顾1985年将精细化学品分为35类，1990年扩大为36类。分别是：医药、农药、合成染料、有机颜料、涂料、粘合剂、香料、化妆品、表面活性剂、肥皂、洗涤剂、印刷油墨、有机橡胶助剂、照相感光材料、催化剂、试剂、高分子絮凝剂、石油添加剂、食品添加剂、兽药、饲料添加剂、、纸及纸浆用化学品、塑料添加剂、金属表面处理剂、芳香消臭剂、汽车用化学品、杀菌防霉剂、脂肪酸、稀土化学品、精密陶瓷、功能性高分子、生化制品、酶、增塑剂、稳定剂、混凝土外加剂、健康食品、有机电子材料等。精细化工的发展，为生物技术、信息技术、新材料、新能源技术、环保等高新技术的发展提供了保证。第2页，共39页，2023年，2月20日，星期一精细化工的发展趋势

当前要优先发展的关键技术(1)新催化技术(2)新分离技术(3)增效复配技术(4)气雾剂(CFC)无污染替代技术(5)生物技术(酶，制浆）第3页，共39页，2023年，2月20日，星期一生物化工产品主要是以动物、植物、微生物为原料，采用生物化学工程、物理、化学的方法加工而成的产品。它广泛应用在医药、食品、饲料、基本有机化工原料、有机酸、生物农药等领域。第4页，共39页，2023年，2月20日，星期一发展现状

据统计全球500强中有17家化工企业，其中前几位是美国杜邦公司、德国巴斯夫公司、赫斯特公司和拜尔公司，美国的道公司以及瑞士的汽巴—嘉基公司等。它们都有百余年的历史，在20世纪70年代以前都大力发展石油化工，后来逐渐转向精细化工。

杜邦是世界上最大的化学公司从1980年前后才从石油化工大幅度地转向精细化工，比德国和日本起步晚，但发展速度却很快。80年代以来，扩大了专用化学品的生产，主要为农药、医药、特种聚合物、复合材料等精细化工产品的生产。该公司的长远目标为发展生命科学制品，为保健品、抗癌、抗衰老等药物和仿生医疗品。杜邦13个业务部门。

其中杜邦应用生物技术部门，即原生物材料部门，由生物燃料、生物材料、生物专项技术和生物医药业务组成。2007年杜邦就向其应用生物技术部门投资重金用于建立新的生物燃料设备和试验工场，足以见其对生物技术的重视以及生物技术在今后的发展前景。杜邦第5页，共39页，2023年，2月20日，星期一生物体化学品与生化酶学习目标：

1、掌握生物技术含义2、学习生物技术在精细化工生产中的应用3、了解几个典型的生物产品的生产4、生物技术的发展前景第6页，共39页，2023年，2月20日，星期一生物体化学品与生化酶一、生物技术二、生物技术在精细化工中的应用

（生化酶）三、生物产品1、谷氨酸2、肌苷酸3、柠檬酸四、生物技术发展前景第7页，共39页，2023年，2月20日，星期一世界生物化工行业的发展趋势第8页，共39页，2023年，2月20日，星期一一、生物技术生物技术亦称生物工程，是应用生物学、化学和工程学的基本原理，利用生物体(包括微生物、动物细胞和植物细胞）或其组成部分(细胞器和酶)生产有用物质或为人类进行某种服务的一门科学技术。我国的生物化工是从数千年前的酿酒、造酱、制醋缓慢发展而来，传统的生物化工有食品工业如酿造、医药工业如维生素（维生素B、维生素C）、抗菌素（青霉素、链霉素），和生物农药如井岗霉素（防治稻瘟枯病）、庆丰霉素（防治稻瘟病）第9页，共39页，2023年，2月20日，星期一现代生物化工与精细化工的结合(1)维生素(2)生物农药（3）生物表面活性剂第10页，共39页，2023年，2月20日，星期一第11页，共39页，2023年，2月20日，星期一从20世纪80年代以来，随着微生物学、生物化学、遗传学、细胞学和分子生物学以及现代实验技术、电子技术、计算机技术的发展和应用，极大地发展了生物技术，在传统的生物技术基础上，形成了基因重组技术、细胞融合技术、细胞大量培养技术和生物反应技术等具有强大生命力的现代生物工程，并逐步应用于医药、食品、化工、冶金、能源、医学、农林牧副渔以及环境保护与监测等领域，为人类和社会提供商品与服务。近年来，生物化工在生物技术中的地位正在上升，生物技术正在从传统医药、农业向生物化工方面转移。采用生物技术生产精细化工产品是精细化工发展的重要方向之一。第12页，共39页，2023年，2月20日，星期一生物化工产品按产品性质可分为：①大宗化工产品，如乙醇、丙酮、正丁醇、甘油、柠檬酸、乳酸、葡萄糖酸等；②精细化工产品，如各种氨基酸、酶制剂、核酸产品等；③医药产品，如各种、多种甾体和、常规菌苗、疫苗等；④其他产品，如生物农药、食用及药用酵母、饲料蛋白(单细胞蛋白)、沼气等；⑤现代生物技术产品,即通过和等方法生产的产品，如干扰素、单克隆抗体、新型疫苗等第13页，共39页，2023年，2月20日，星期一21世纪最具发展潜力的两大产业是信息技术和生物技术,信息技术发展迅猛，并已渗远到社会生活的各个角落。有关信息技术的报道——多媒体、互联网、信息全球化等，不断频频亮相于媒体，而且与我们的日常生活息息相关。而与IT的轰轰烈烈相比，生物技术看起来却平平淡谈，虽然基因、克隆、人类签因组计划、生物多样性等字眼经常见诸报端，但离我们的生活似乎还很遥远。所以，也有专家这样评论；20世纪不是生物技术的世纪，而是生物工程蓄势待发的世纪，21世纪才是生物工程的世纪。克隆羊多利的诞生，人类基因组90％测序工作的完成，欧美、日本等发达国家对生物技术产业投资的逐年加大，世界各大公司生命科学产业的合并浪潮一浪高过一浪，所有这一切，都使我们相信，21世纪的的确确是生物技术的时代。第14页，共39页，2023年，2月20日，星期一现代生物技术是高新技术领域中最重要的三大技术之一，是出基因工程、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。现代生物技术的进步将促进医药、农牧、渔业、食品、化学等工业的发展。传统的生物化工着眼于生物资源的加工，用发酵的手段生产许多有用的产品。如味精、酒精、氨基酸等。现在生物化工技术已经广泛应用于医药、食品、基本有机化工原料、生物农药等方面。随着现代生物技术的发展，以遗传工程为基础、以微生物工程为核心，从分子和细胞水平上，定量地对生物体极其功能进行改造和利用，使维生素、激素、疫苗、生物农药、生物表面活性剂、丙烯酰胺和有机酸等精细化学品达到了新的水平。第15页，共39页，2023年，2月20日，星期一

生物技术相结合的产物、生物化工是生物技术的重要分支，它不仪可以提供大量廉价的化工原料和产品，而且还能革新某些化工产品的传统工艺、出现少污染、省能源的新工艺，甚至一些还不为人所知的、性能优异的化台物．也将被生物催化合成；与传统化学工业相比．生物化工有以下突出特点：

①主要以可再生资源做原料。

②反应条件温和．多为常温、常压、能耗低、择性好、效率高的生产过程。

③生产成本低．产品质量高，

④环境污染较少

⑤投资较小。

⑥能生产目前不能生产的或用化学法生产较困难的性能优异的产品。

由于这些持点．生物化工已成为化工领域重点发展的行业。第16页，共39页，2023年，2月20日，星期一生物化工产品生物化工产品是一大类为数众多的由各种生物反应过程所获得的产品。它们的共同特点是以生物来源为主的物料为原料，通过的作用，在生物反应器中形成，并通过的有关手段将其提取纯化。这些产品有的也可以用化学合成法生产，究竟采用化学合成法或生物合成法应从经济技术的综合考虑决定；有些产品则仅能通过生物合成法生产或以生物合成更为经济合理，如、淀粉酶、维生素B、干扰素等分子结构复杂的物质；有些产品的生产则兼用化学合成和生物合成法，如半合成青霉素、可的松、维生素C等。第17页，共39页，2023年，2月20日，星期一世界生物化工发展现状

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、甾体激素的生物转化、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。自20世纪80年代起，随着现代生物技术的兴起，生物化工又利用重组微生物、动植物细胞大规模培养等手段生产药用多肽、蛋白、疫苗、干扰素等。生物化工的应用已涉及到人民生活的方方面面，包括农业生产、化工原料生产、医药卫生、食品、环境保护、资源和能源的开发等各领域。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、信息技术和生物信息学等学科技术的发展．生物化工将迎来又—个崭新的发展时期。第18页，共39页，2023年，2月20日，星期一山东龙力科技股份有限公司第19页，共39页，2023年，2月20日，星期一山东福田药业有限公司第20页，共39页，2023年，2月20日，星期一山东保龄宝生物第21页，共39页，2023年，2月20日，星期一有些精细化工产品是无法用化学合成法生产的，如美国军方研究用生物技术生产一种用于制造降落伞的蚕丝蛋白质，其韧性和强度均为其他材料无法比拟二战，当时

美国对蚕丝

需求量

大

蚕丝

主要供应商

日本和中

国

，当时中国

受列强

侵略、百业萧条

因此日本成为

主要

蚕丝供应商

，当时美日关系紧张，

虽然

当时

粘胶纤维很

象蚕丝

，但是仅光泽与蚕丝相像，

其弹性、纤细等都

不如蚕丝

因此美国致力于蚕丝代替物的

开发研究

。32岁的才华横溢的Carothers1928年被任命杜邦公司的总负责人，他们不注重眼前利益，而是进行一项长时期的研究。他们首先在二醇和二的酸缩聚反应中进行由于原料原因放弃，1934年合成出了尼龙66但是工业化实验并不太成功，极度痛苦的Carothers承受了巨大的精神负担和心理压力，又由于姐姐的去世这种双重打击下，得了忧郁症，1937年自杀了，未能享受成功的快乐，然而杜邦公司在先后十年时间投入了近300多人的研究队伍，2700多万美元的经费。1937年底杜邦公司成功开发出了工业化尼龙，1940年上市后被一抢而空，尤其在二战其间，被美国军方收购用于制造降落伞。若他在坚持半年，他就会看到他的成果给世人带来的巨大利益，也必将是诺贝尔奖金的获得者

小故事第22页，共39页，2023年，2月20日，星期一第23页，共39页，2023年，2月20日，星期一蚕丝蛋白

又称丝素蛋白，是从蚕丝中提取的天然高分子纤维蛋白，含量约占蚕丝的70%～80%，含有18种氨基酸，其中甘氨酸(gly)、丙氨酸(ala)和丝氨酸(ser)约占总组成的80%以上。丝素本身具有良好的机械性能和理化性质，如良好的柔韧性和抗拉伸强度、透气透湿性、缓释性等，而且经过不同处理可以得到不同的形态，如纤维、溶液、粉、膜以及凝胶等。丝素蛋白是一种从蚕丝中提取的蛋白质，具有很好的生物相容性，能制备成膜、凝胶、微胶囊等多种形态的材料，由于它独特的理化性能，目前丝素蛋白材料在生物医学材料领域被广泛的研究，如固定化酶材料、细胞培养基质、药物缓释剂、人工器官等等。为了提高丝素蛋白的性能，使其更好地应用于生物材料领域，近年来，国内外学者通过不同方法对丝素蛋白进行了化学修饰，取得了一些新的研究成果。丝素蛋白材料改性在提高丝素蛋白材料的力学性能、热稳定性等理化性质；改变丝素蛋白材料对药物的释放速度；赋予丝素蛋白材料抗血凝性、对细胞生长的调控性等方面都有显著的研究。第24页，共39页，2023年，2月20日，星期一日本的TDA公司最新研究的应用微生物生产新型磁性材料都显示了生物技术在精细化工生产中的重要性。预计与生物技术有关的产品的最大市场将是由医药品和调味品(包括酸味剂、甜味剂、鲜味剂等)及染料、香料、色素和农药等组成的精细化工产品领域，这类产品产量低、价格高，其中以人生长激素、人胰岛素、干扰素等为代表的产品已捷足先登，实现了工业化生产。第25页，共39页，2023年，2月20日，星期一二、生物技术在精细化工中的应用一些精细化工产品如采用化学方法合成，存在反应步骤冗长、副反应多、反应速度慢及产物的分离精制困难等工艺上的不足。采用生物催化剂——酶，特别是经过基因工程获得的“工程菌”所提供的生物酶，可使一些精细化工产品的合成、分离和精制得以顺利实现。这是利用曲对底物(反应物)和对反应类型的高度选择性的结果。十三烷基二元酸的生产、团体激素的逐化和脱氢、6—氨基青霉烷酸和丙烯酰胺的生产，以及近年投放市场的胰岛索、干扰素和乙肝疫苗等并不能够直接采用化学方法合成。生化酶第26页，共39页，2023年，2月20日，星期一造纸行业生物酶脱墨剂采用现代生物科技，优选针对性强的多种高效生物酶复配而成，与酶激活专用助剂配合使用，适用于混合办公废纸、报纸杂志等的脱墨，并能明显改善造纸过程中的胶粘物沉积现象。各种专用生物酶分工协作，作用于纤维表面的细小纤维、油墨、胶粘物中的联结剂及油墨、胶粘颗粒，使纤维与油墨、胶粘物之间结合力变弱；直接分解油墨、胶粘物，使其颗粒更细小，并加强其亲水性；在机械力及专用助剂作用下使油墨、胶粘物与纤维充分分离，并保持良好的分散性，有效地防止油墨及胶粘物的附聚及对纤维的二次污染；从而在后续工段中将其除去。脱墨机理第27页，共39页，2023年，2月20日，星期一1、直接降低脱墨成本，综合成本优势明显；2、生物酶脱墨条件温和，化学品用量少,纤维损失小,保持良好的纤维特性；3、大幅度降低污水COD和BOD，有利于环保，减轻污水处理压力；4、有效处理胶粘物问题，提高纸机效率；5、明显提高纸浆得率及提高纸张强度；6、清洁生产，节省能源，降低物耗；7、使用简单,适应现有大多数脱墨工艺。生物脱墨剂特点：第28页，共39页，2023年，2月20日，星期一典型的生物产品的生产一、谷氨酸第29页，共39页，2023年，2月20日，星期一谷氨酸生产工艺利用淀粉水解糖为原料通过微生物发酵生产谷氨酸的工艺，是当前国内外最成熟、最典型的一种氨基酸生产工艺第30页，共39页，2023年，2月20日，星期一二、肌苷酸第31页，共39页，2023年，2月20日，星期一三、柠檬酸第32页，共39页，2023年，2月20日，星期一第33页，共39页，2023年，2月20日，星期一柠檬酸在食品工业中广泛用于饮料、果汁、果酱和糕点等食品中；在医药工业中用于制造糖浆或药品的调味剂、油膏的缓冲剂和补血剂等;在化学工业中用作缓冲剂、配合剂和化工原料等。第34页，共39页，2023年，2月20日，星期一生物化工行业的发展趋势一、工业结构行业与行业间的划分将日趋模糊，企业间的合作将加大。目前许多从事医药、农业、环境、能源等方面生产的企业，正在从事生物化工生产。特别是某些从事传统化工行业的生产厂家．也纷纷涉足生物化工领域。如杜邦公司，长期以来主要从事有机化工和聚合材料的生产．现在正加大生物化工的开发力度，已开发成功了生物法生产1，3—丙二醇工艺，并正在开发用改性大肠杆菌生产己二酸工艺。DsM公司以前主要从事抗菌素方面的生产，现也加大了生物化工的投资力度。由于生物化工涉及面广，许多生化公司都有自己的专长，它们之间为了商业利益的合作也非常活跃。此外，随着从事传统行业的生产厂家的加入，由于技术与生产方面的原因，它们与从事止物化工开发与生产的企业合作也很频繁。所有这一切，都使生物化工行业的合作越来越广泛。第35页，共39页，2023年，2月20日，星期一二、产品结构生物化工产品正向专业化、高科技含量、高附加值方向发展。传统的低价值产品受到冷落，而高价位产品如生化药物、保健品、生化催化剂等则备受青睐。许多公司为了追求较高利润，都将低附加值的产品剥离。例如日本武田药品工业公司不再生产味精，转而生产其他高附加值的调味品，如肌苷酸二钠和鸟苷酸二钠。另外，生物化工将涉足它以前很少涉足的领域，如高分于材料和表面活性剂等。

生化药物由于附加值高而成为今后生物化工领域发展的重点。

在氨基酸方面．虽然用于药物合成氨基酸的量相对较小，但其发展潜力很大。碳水化合物方面，用于临床的碳水化合物受到人们越来越多的关注。但是，用于临床的碳水化古物结构复杂，如一对单糖，其不同的化学键就多达22种。因此，用化学法合成复杂的碳水化合物比较困难，难以实现工业化，而用酶法合成则是一条切实可行的途径。

第36页，共39页，2023年，2月20日，星期一生化表面活性剂由于具有无毒、生物降解性好等优点，今后可能将成为表面活性剂的升级换代产品，但目前还处于探索阶段。生物化工在高分子材料、特殊化学品、生物晶片、环境保护等方面也将有极大的发展潜力。