淺談生物化工技術(shù)的新進(jìn)展

潘曉捷

（淮安市淮安醫(yī)院，江蘇 淮安223003）

1 引言

生物化工（Biological Chemical Engineering）技術(shù)主要是指以實(shí)驗(yàn)研究為載體的工程、理論并重技術(shù)形式，囊括細(xì)胞工程、綜合遺傳工程、工程技術(shù)理論、細(xì)胞工程、過(guò)程設(shè)計(jì)、工程研究、操作優(yōu)化與控制等內(nèi)容，旨在得到目標(biāo)產(chǎn)物，落實(shí)生物化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標(biāo)。然而，相較于西方發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)生物化工技術(shù)研究與發(fā)展相對(duì)滯后，這也為本次研究創(chuàng)造了條件?；诖?，為推動(dòng)我國(guó)生物化工產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)健發(fā)展，探究生物化工技術(shù)新進(jìn)展顯得尤為重要。

2 生物化工新型催化技術(shù)

生物化工產(chǎn)品制造需在高壓、高溫等特定催化環(huán)境中劇烈進(jìn)行，生物體復(fù)雜反應(yīng)則在常溫下受酶催化展開相關(guān)反應(yīng)活動(dòng)，反應(yīng)在常規(guī)、溫和狀態(tài)下進(jìn)行。酶的來(lái)源有植物、動(dòng)物、微生物等，其中微生物是酶的主要來(lái)源，主要源于微生物種類多、培養(yǎng)容易、酶源豐富，在人工控制下可以大規(guī)模應(yīng)用在生物化工產(chǎn)業(yè)中。然而酶存在回收困難、純化煩瑣、穩(wěn)定性差等應(yīng)用困難，為解決相關(guān)困難在特定環(huán)境下將酶與孔隙載體材料，如纖維素、瓊脂、海藻鹽、聚丙烯酰胺凝脂等材料，通過(guò)化學(xué)鍵結(jié)合、物理吸附、生物結(jié)合等途徑結(jié)合在一起，加之固定轉(zhuǎn)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)酶連續(xù)催化反應(yīng)目標(biāo)，為生物合成產(chǎn)品工業(yè)化制造提供催化條件。為規(guī)避純化、提取、固定化過(guò)程對(duì)酶催化活性帶來(lái)的不良影響，可采用微生物固定化技術(shù)、細(xì)胞固定化等技術(shù)，在細(xì)胞或微生物與酶不分離的前提下，將微生物或細(xì)胞整體固定起來(lái)，使生物體可通過(guò)微生物一步完成反應(yīng)任務(wù)，削減反應(yīng)流程，體現(xiàn)生物化工新型催化技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值。

3 生物化工新型生產(chǎn)技術(shù)

利用生物化工新型生產(chǎn)技術(shù)顛覆傳統(tǒng)化學(xué)轉(zhuǎn)化模式，拓寬生物化工發(fā)展思路，得到全新生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品。例如，甘油發(fā)酵生產(chǎn)法，在化學(xué)原料生產(chǎn)成本不斷追加的情況下，可以取代原有提取法、化解法，使甘油生產(chǎn)更加經(jīng)濟(jì)高效，相較于傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)，發(fā)酵生產(chǎn)法原料來(lái)源渠道較為廣泛，對(duì)設(shè)備的要求不高，為此在行業(yè)內(nèi)有廣闊的發(fā)展前景。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，可以用于甘油生產(chǎn)的原料有耐高滲壓酵母、釀酒酵母等，在技術(shù)應(yīng)用進(jìn)程中受菌株影響得到不同合成結(jié)果。淀粉是發(fā)酵法主要原料，技術(shù)應(yīng)用環(huán)境有一定優(yōu)勢(shì)。我國(guó)甘油發(fā)酵技術(shù)應(yīng)用水平較高，能生產(chǎn)食品級(jí)及藥用甘油，然而化學(xué)法甘油與發(fā)酵法甘油競(jìng)爭(zhēng)仍然激烈，二者經(jīng)濟(jì)性與石油價(jià)格呈正相關(guān)，在自動(dòng)化技術(shù)、信息技術(shù)穩(wěn)健發(fā)展的新常態(tài)下，發(fā)酵工業(yè)將與各類微生物融合，加大甘油發(fā)酵代謝研究力度，尤其在基因工程應(yīng)用、開發(fā)高產(chǎn)菌的前提下，將助力生物法甘油生產(chǎn)技術(shù)的廣泛應(yīng)用。

作為重要的化工原料，1,3-丙二醇不僅是優(yōu)質(zhì)抗凍劑、溶劑、保護(hù)劑，還可進(jìn)行各類化學(xué)合成反應(yīng)，生成聚醚、聚酯、聚氨酯等物質(zhì)，當(dāng)前1,3-丙二醇均利用化學(xué)法生產(chǎn)，這不僅消耗過(guò)多有限資源，還對(duì)自然環(huán)境帶來(lái)一定污染，為此，應(yīng)用生物轉(zhuǎn)化法可以在生產(chǎn)1,3-丙二醇基礎(chǔ)上，體現(xiàn)“綠色化學(xué)”技術(shù)優(yōu)勢(shì)，將葡萄糖或甘油及相關(guān)可再生資源作為原材料進(jìn)行生產(chǎn)，不僅可以減少對(duì)環(huán)境的污染，還能實(shí)現(xiàn)高效生產(chǎn)目標(biāo)，推動(dòng)生物化工產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[1]。在菌種改造過(guò)程中應(yīng)用基因工程技術(shù)，可以拓展生物化工技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，通過(guò)轉(zhuǎn)基因研究微生物，運(yùn)用廉價(jià)底物應(yīng)用一步發(fā)酵法，還可進(jìn)行兩步發(fā)酵或微生物混合發(fā)酵。

4 生物化工新型材料技術(shù)

生物化工技術(shù)在探索全新生化工藝的同時(shí)，還能制造傳統(tǒng)化學(xué)制備不能得到的化工材料，通常情況下，生物化工技術(shù)加持下的材料生產(chǎn)成本較低，合成率高，顯現(xiàn)出傳統(tǒng)化工技術(shù)無(wú)法比擬的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，例如純旋光異構(gòu)單體材料，運(yùn)用4,4'-二羥基聯(lián)苯以及純對(duì)映體順-4,5-二羥羧酸內(nèi)脂等材料進(jìn)行制造，拓展生物化工新型材料應(yīng)用廣度。在手性藥物領(lǐng)域，激素、抗生素、氨基酸、維生素?cái)?shù)量較大，運(yùn)用傳統(tǒng)拆分方式無(wú)法合成全新手性化合物，為此，在生物化工新型材料技術(shù)加持下，可以拓展手性化合物研究領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)L-乳酸、L-天冬氨酸、L-苯丙氨酸、L-蘋果酸、D-對(duì)羥基甘氨酸、D-苯甘氨酸等拆分目標(biāo)[2]。纖維素降解有生物降解、氧化降解、熱降解、酸水解降解、機(jī)械降解等途徑，酶法水解是較為可行的纖維素降解手段之一，在生物化工技術(shù)穩(wěn)健發(fā)展的新常態(tài)下，纖維素酶生產(chǎn)與基因工程的融合將日益緊密，在40多種真菌、細(xì)胞中通過(guò)克隆得到纖維素酶基因，同時(shí)可在基因工程加持下構(gòu)建纖維素酶工程菌，提高纖維素酶活力，為微生物發(fā)酵技術(shù)、固定化酶等技術(shù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)，尤其纖維素水蒸氣裂解技術(shù)在新能源及化工產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用，將推動(dòng)我國(guó)生物化工產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)健發(fā)展。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，為推動(dòng)我國(guó)生物化工產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)健發(fā)展，其需加大新技術(shù)研究力度，從催化方法、生產(chǎn)技術(shù)、材料等角度出發(fā)，拓寬生物化工研究領(lǐng)域，多渠道顛覆傳統(tǒng)生物化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式，運(yùn)用新技術(shù)助力企業(yè)在獲取經(jīng)濟(jì)收益的同時(shí)，推動(dòng)我國(guó)生物化工產(chǎn)業(yè)朝著可持續(xù)方向發(fā)展，繼而發(fā)揮生物化工技術(shù)的應(yīng)用能效。