淺談精細化學品的生物合成進展

王開明

（山東理工職業(yè)學院，山東 濟寧 272067）

精細化工是化學工業(yè)的關鍵和核心產業(yè)，也是衡量一個國家化學工業(yè)水平最重要的標準之一。精細化率指的是精細化學品在整體化學產業(yè)中所占比重，其已經成為評估一個國家整體化學產業(yè)發(fā)展水平的關鍵指標。近年來，傳統(tǒng)的石油化工和基礎化工的發(fā)展空間被進一步壓縮，在這種情況下，越來越多的國家開始大力發(fā)展精細化工，此外，隨著社會經濟的發(fā)展，對于化學產品的要求越來越高，這也使精細化工得到了進一步發(fā)展。數(shù)據(jù)顯示，部分發(fā)達國家的精細化率已經達到60%[1]。不僅如此，近年來，精細化率還會得到進一步提高，說明精細化學品的需求越來越多。

我國的化學產業(yè)發(fā)展起步較晚，但是經過30 多年的發(fā)展，已經形成了系統(tǒng)完備產品豐富的化學產業(yè)體系，不僅如此，近年來我國精細化學產業(yè)也得到了發(fā)展，并為世界各地提供大量的精細化學品。數(shù)據(jù)顯示，我國已經成為世界上最大的精細化學品供應地。需要注意的是，雖然我國的精細化學品產業(yè)發(fā)展迅速，但是與發(fā)達國家相比依然存在較大差距，這主要表現(xiàn)在精細化學品生產技術水平以及對環(huán)境的污染等，因此有必要進一步提高我國精細化學產業(yè)的發(fā)展水平，為促進我國化學產業(yè)的健康發(fā)展提供支持[2]。精細化學品的生物合成是一種新型技術，其生產效率更高，而且在生產過程中減少了對自然環(huán)境的破壞，同時還可以提高整體生產效率。

1 生物催化技術及精細化學品生物合成

1.1 生物催化技術的發(fā)展

生物催化技術主要依托微生物以及酶進行，研究顯示，基本上所有的有機反應都可以找到對應的生物催化反應。生物催化反應具有諸多優(yōu)勢，具體包括催化效率高、對反應條件要求不高、催化過程中不容易產生副反應以及具有良好的選擇性等，此外，生物催化技術反應過程中使用的催化劑無毒而且可以降解，因此其生產過程安全性很高，而且不會對周圍生態(tài)環(huán)境產生污染，具有綠色安全的良好效果。基于生物催化的這些優(yōu)點，生物催化技術得到了廣泛應用，并逐漸取代了傳統(tǒng)的有機催化和金屬有機催化技術[3]。使用生物催化技術，能夠減少生產過程中傳統(tǒng)化學品的使用，從而降低生產過程中對原材料的消耗，同時提高生產效率，改善生產工藝，有效簡化生產過程，同時減少生產過程中的廢棄物排放，減少對環(huán)境的污染，達到綠色安全高效的效果。

雖然利用全細胞或者酶作為生物催化劑進行精細化學品的生產歷史悠久，但是由于長期受限于各種因素，導致以酶作為催化劑進行化學品的生產始終難以大范圍開展。這是因為在實際生產過程中，很多作為催化劑的酶難以大量獲取，此外，很多酶的性質不適用化學生產，例如穩(wěn)定性較差、底物譜很窄等。近年來，通過應用重組DNA 技術，有效制備得到大量酶，并用于化學生產[4]。全細胞催化劑在使用過程中也具有較多的局限性，例如培養(yǎng)成本高、代謝途徑復雜等，影響其實際生產效果。

1.2 精細化學品的生物合成技術

我國高度重視生物催化以及生物轉化技術在精細化學品生產過程中的應用，近年來，國家先后出臺了相關政策措施，為推動生物催化技術以及生物轉化技術的發(fā)展起到了積極的作用。在這些政策的幫助下，我國發(fā)現(xiàn)了大量新生物催化劑，同時發(fā)現(xiàn)了新的催化劑改造方法，并建立系統(tǒng)完善的催化劑理論，在很多關鍵環(huán)節(jié)取得了新的突破。研究顯示，我國在脂肪酶、腈轉化酶、氧化還原酶的基礎和應用研究方面已經達到國際先進水平，在這些方面取得了大量研究成果，并發(fā)展出具有豐厚專業(yè)知識和實踐經驗的工作隊伍，這為推進我國精細化學品的發(fā)展提供支持[4]。

2 生物合成的精細化學品

2.1 醫(yī)藥用精細化學品

醫(yī)藥用精細化學品是精細化學品的重要組成部分，也是市場上最受關注的精細化學品之一。醫(yī)藥用精細化學品是典型的技術密集型產業(yè)，同時對相關方面的專業(yè)知識要求較高，也是臨床上得到廣泛應用的精細化學品市場。近年來，用于醫(yī)藥的精細化學品產業(yè)得到迅猛發(fā)展，其中利用生物催化技術進行生產制造取得了較高成就，為廣大市場提供了大量新型產品。

很多藥用的生理活性分子都存在相應的對映異構體，此外，相關數(shù)據(jù)顯示，臨床上35%的藥用分子是手性的，此外，研究還發(fā)現(xiàn)，這個比例還處于上升過程中。具有良好對映體專一性的酶在生產藥物過程中具有諸多優(yōu)勢，因此，生物催化劑在藥用分子的制作方面得到廣泛應用，并逐漸成為最主要的生產手段[5]。

2.2 食品和飼料添加劑

食品和飼料添加劑也是精細化學品的主要產品，也是生產生活過程中需要大量使用的精細化學品。一般來講，食品添加劑的種類較多，當前利用生物催化劑制造的食品添加劑主要是各種甜味劑、色素、營養(yǎng)劑、酶和防腐劑等，此外，還有一種產品是近年來得到迅速發(fā)展并廣泛應用的，那就是功能性寡糖。采用生物催化劑生產制造的飼料添加劑主要是各種營養(yǎng)補給劑、酶、抗生素、酸化劑等。由于市場廣大，飼料添加劑的生產規(guī)模也比較大，這也帶動精細化學品產業(yè)得到進一步發(fā)展。

2.3 日用精細化學品

日用化學品種類很多，主要是個人日常生活用品以及家居用品，也是精細化學品的主要產品類型。一般來講，可以將常用的精細化學品分為洗滌用品、化妝用品、衛(wèi)生用品和護理用品等，此外，日常生活中經常需要使用的墨水、膠水等也屬于精細化學品產品。在具體生產過程中，能夠用于日化產品生產的精細化學品也很多，具體包括各種油脂、酸、堿、鹽、香料、香精等，此外還包含各種類型的助劑。一生物催化得到的香料香精為例，很多香料香精都是使用生物催化的方法進行生產，其產品種類豐富，具體包括各種萜類、花香和果香內酯類、呋喃酮類、芳香醛類、芳香醇及其酯類等香料香精等。

以薄荷醇為例，這是一種多用途香料，可以作為日常用品如牙膏香水、飲料等產品的賦香劑，此外，薄荷醇還可以用在醫(yī)藥方面，可以作為刺激藥物，能夠對皮膚和黏膜產生治療作用，達到清涼止癢的效果。此外，薄荷醇還可以內服，有助于治療疼痛、炎癥。薄荷醇可以從天然薄荷中提取，也可以應用合成方法進行制造。

2.4 助劑

助劑也叫做工業(yè)味精，助劑是工業(yè)生產制造過程中非常關鍵的精細化學品。隨著工業(yè)的發(fā)展，助劑產業(yè)也得到迅猛發(fā)展，并逐漸成為一門新興產業(yè)。研究顯示，助劑廣泛應用于各種產品各個行業(yè)的生產過程中，具體包括材料、紡織、醫(yī)藥、食品、農藥、建筑、汽車和金屬加工等。

塑料工業(yè)的生產需要多種助劑，以常用的無毒增塑劑為例，研究顯示，我國每年需要無毒增塑劑120 萬噸，其市場價值達到200 億元。不僅如此，以無毒增塑劑為主的附屬市場也非常巨大，能夠帶動大量產業(yè)發(fā)展。例如在食品行業(yè)，生物無毒增塑劑可以用于食品包裝，這是一個巨大的市場；在醫(yī)藥行業(yè)，生物無毒增塑劑也可以用于大量器械以及藥物包裝，如各種注射器、輸液袋和膠囊等，其產業(yè)價值達到2 000 億元。在玩具行業(yè)中，生物無毒增塑劑逐漸取代了具有一定毒性的石化鄰苯類增塑劑，因此帶動了生物無毒增塑劑產業(yè)的發(fā)展?；谏餆o毒增塑劑自身的安全性和無毒性，其市場價值更加突出，其發(fā)展前景廣闊，對于推動社會經濟發(fā)展具有重要作用。

棕櫚酸異辛酯具有良好的熱穩(wěn)定性，同時還可以達到耐寒耐堿效果，還具有內潤滑作用，這種增塑劑在生產過程中得到廣泛應用。此外，棕櫚酸異辛酯還是一種非常重要的非離子表面活性劑，這種產品在化妝、紡織等化工行業(yè)也具有廣闊的應用前景。我國的研究人員開發(fā)出固定化假絲酵母脂肪酶催化合成棕櫚酸異辛酯的技術，能夠達到降低能耗的效果，同時還可以減少生產過程中的污染物排放，同時具有較高的轉化率，具有良好實踐生產效果。

3 趨勢與展望

近年來，化學產業(yè)得到進一步發(fā)展，精細化學品產業(yè)的發(fā)展更為迅猛，尤其是生物合成技術的發(fā)展和應用，為精細化學品的發(fā)展帶來強大支撐。很多西方發(fā)達國家在精細化學品產業(yè)的發(fā)展方面取得領先地位。我國的生物合成技術在精細化學品產業(yè)的應用也得到有效發(fā)展，表現(xiàn)出良好的發(fā)展態(tài)勢。很多精細化學品的生產水平已經達到國際先進水平，同時為國際提供了大量精細化學品產品。

從總體上來看，我國已經是一個精細化學品生產大國，但是在相關技術方面依然存在較大局限性，無法達到精細化學品生產強國的標準。近年來，生物合成技術得到迅猛發(fā)展和應用，尤其是在精細化學品產業(yè)方面的應用，有效促進了精細化學品產業(yè)的發(fā)展，給精細化學品產業(yè)的發(fā)展帶來了新的動力。

4 結語

隨著對生物催化劑改造手段的日益豐富，很多關鍵生產技術得到改進，能夠提高生產效率，降低能耗，同時可以減少生產過程中污染物的排放，避免對自然環(huán)境產生嚴重污染，進而達到更好的整體生產效果。在這些技術的支持下，一些傳統(tǒng)上我國產量大、產值高，但是環(huán)境污染比較嚴重的精細化學品生產領域，如醫(yī)藥中間體、染料和色素、膠黏劑和密封劑等，能夠在新技術的幫助下實現(xiàn)高效安全綠色生產，尤其是能夠大規(guī)模采用綠色環(huán)保的生物制造技術進行產業(yè)升級，這種技術的應用，不僅可以從整體上提高生產效率，還可以減少生產過程中對資源的消耗，降低對環(huán)境的污染，提高整體生產效率，從而實現(xiàn)我國精細化學品產業(yè)緊追國際先進水平，甚至實現(xiàn)彎道超車。