生物技术概论a课件

生物技术概论a五、生物技术对基础物质生产的改造五、生物技术对基础物质生产的改造（二）（二）生物技术改造传统化工产业生物技术改造传统化工产业 必须发展环境友好的绿色化工产业，而随着现代生物技术的发展，利用生物技术改造传统化工产业成为可能，为人类生产和生活提供可持续的化学原料物质基础生物技术概论a生物质化工的重大产品体系生物质化工的重大产品体系C4C3C2C1生物质糖甲烷、甲醇等乙醇、乙酸、乙烯、乙二醇等乳酸、丙烯酸、丙二醇等丁二酸、富马酸、丁二醇等衣康酸、木糖醇等能源、高分子材料产品和化学品柠檬酸、山梨醇等C5C6苯、苯酚等氢气生物技术概论a平台化合物平台化合物生物基础大宗化学品生物基础大宗化学品生物技术概论a1 1、丙二醇、丙二醇 ,-丙二醇（,3-PDO）是生产聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTT）的主要原料。PTT是一种新型纤维材料,可用于地毯、工程塑料、膜及纺织业的服装材料等,是目前化纤新品种开发的热点，100万吨/年 目前主要采用化学合成，最初原料是不可再生的石油,使得PDO的成本随油价的上升而上升 生物技术概论a 提高微生物发酵工艺相对于化学合成工艺的竞争力,必须应用分子生物学、代谢工程等提高PDO的发酵生产水平,开发高效率、低成本的提取工艺,采用比淀粉更廉价的碳源作为代谢底物,进一步降低成本。杜邦和杰能科联合开发了以葡萄糖为底料生产1，3丙二醇的方法，用基因工程菌，在年产为80吨规模的中试中，得到的160gL含1，3丙二醇发酵液。清华大学和黑龙江合作，已完成用葡萄糖发酵制1，3丙二醇中试 生物技术概论a2 2、乳酸、乳酸 乳酸又名乳酸又名2-2-羟基丙酸是一种重要的多用途有机酸羟基丙酸是一种重要的多用途有机酸.乳酸用于食品工业，制药、助染料剂、金属清洁剂、化妆品乳酸用于食品工业，制药、助染料剂、金属清洁剂、化妆品 乳酸目前最重要的用途是用来合成聚乳酸乳酸目前最重要的用途是用来合成聚乳酸 主要生产方法有化学合成法与微生物发酵法 化学合成法所用的原料是乙醛和氢氰酸，有巨毒，高成本 微生物发酵法生产乳酸，生产成本低、光学纯度高、安全可靠性好微生物发酵法生产乳酸，生产成本低、光学纯度高、安全可靠性好已经成为生产乳酸的主要方法。已经成为生产乳酸的主要方法。亚洲最大乳酸发酵亚洲最大乳酸发酵生产企业，安徽生产企业，安徽生物技术概论a 为了提高乳酸产率近年来围绕乳酸生产的各个单元过程展开了许为了提高乳酸产率近年来围绕乳酸生产的各个单元过程展开了许多研究：多研究：如连续发酵、细胞固定化发酵、细胞循环发酵等手段，其中细胞循环发酵也称原位分离其中细胞循环发酵也称原位分离(ISPR)(ISPR)技术技术，是利用一定装置（膜是利用一定装置（膜+离子交换）让成熟的发酵液流向后处理单离子交换）让成熟的发酵液流向后处理单元的同时，使菌体返回生物反应器内继续使用，并适时排除衰老元的同时，使菌体返回生物反应器内继续使用，并适时排除衰老的细胞的细胞，克服了传统发酵工艺中的产物抑制、生产成本高和碳酸钙对环境污染等缺点，是今后有机酸发酵工业的发展方向 C6H12O6 +2NAD +2Pi2CH3CHCOOHOH乳酸+2ATP生物技术概论a3 3、丙酸丙酸 丙酸是一种主要的精细化工产品和有机合成原料，它具有低碳羧酸的典型化学性质，可以制备丙酸盐、酯、酰氯、酰胺和酸酐等。传统生产丙酸的方法传统生产丙酸的方法是：乙烯直接羰基合成法，丙烯腈法和丙烯酸法等。但是这些方法受石油资源的制约受石油资源的制约 目前微生物发酵生产丙酸已经应用在安全性要求高的食品领域目前微生物发酵生产丙酸已经应用在安全性要求高的食品领域。在丙酸发酵过程中由于产物浓度的增加而对发酵过程产生了反馈抑制作用。固定化技术和过程耦合技术固定化技术和过程耦合技术在消除产物或副产物的抑制、提高产物产率和生产效率，是一种值得广泛研究和推广应用的生产技术。类似于乳酸 生物技术概论a4 4、丁二酸、丁二酸 丁二酸，由于含有两个活泼的亚甲基，因此具有重要丁二酸，由于含有两个活泼的亚甲基，因此具有重要的反应特性，是一种重要的基本有机化工原料及中间体，的反应特性，是一种重要的基本有机化工原料及中间体，主要用于食品、化工、医药等领域。丁二酸可以转化为主要用于食品、化工、医药等领域。丁二酸可以转化为1,4-1,4-丁二醇、四氢呋喃、丁二醇、四氢呋喃、-丁内酯等重要的四碳基本化丁内酯等重要的四碳基本化工原料工原料 利用瘤胃菌等厌氧微生物菌种，以农业产物玉米、木薯等为基本原料进行厌氧发酵生产丁二酸。由于发酵法生产丁二酸是以可再生糖源(如葡萄糖)和二氧化碳作为主要原料,因此该法不仅摆脱了对石化原料的依赖,而且开辟了温室气体二氧化碳利用的新途径。关键在于开发过程耦合技术，南京工业大学取得了一定的进展。生物技术概论a5 5、衣康酸、衣康酸 衣康酸又名亚甲基丁二酸，它是一种用途很广的有机酸,重要的有机合成的原料。微生物发酵是制取衣康酸的主要方法微生物发酵是制取衣康酸的主要方法。衣康酸的生产菌种主要属于土曲霉，采用廉价的淀粉、蔗糖、糖蜜、木屑、稻草等农副产品为原料，经生物发酵制得衣康酸。按发酵工艺分有深按发酵工艺分有深层发酵和固定化连层发酵和固定化连续发酵。今后采用续发酵。今后采用固定化细胞连续转固定化细胞连续转化发酵技术化发酵技术生物技术概论a（三）生物材料（三）生物材料 生物材料泛指一切与生物体相关的应用性材料或由生生物材料泛指一切与生物体相关的应用性材料或由生物体合成的材料。物体合成的材料。狭义的生物材料指的是生物医用材料。狭义的生物材料指的是生物医用材料。按其应用：按其应用：生物医用材料、与生物合成有关的应用材料。生物医用材料、与生物合成有关的应用材料。按生物材料未源：天然生物材料和人工生物材料按生物材料未源：天然生物材料和人工生物材料；材料学的发展使有些材料兼具天然和人工合成的特性。我国在我国在“七五七五”、“八五八五”、“九五九五”和和“十五十五”都都把生物可降解材料列入重大攻关项目把生物可降解材料列入重大攻关项目 随着石油价格的不断上涨，生物材料在制造成本上将随着石油价格的不断上涨，生物材料在制造成本上将与以石油为原料制造的塑料相比更有竞争性。与以石油为原料制造的塑料相比更有竞争性。生物技术概论a1、聚羟基脂肪酸酯（、聚羟基脂肪酸酯（PHA）PHA是很多微生物合成的一种细胞内聚酯，是一种天然的高分子生物材料。PHA兼具有良好的生物相容性能，生物可降解性和塑料的热加工性能，与其他可再生资源型塑料如聚乳酸相比，具有更好的抗热湿气性能，其用途也更广泛,可作为生物医用材料和生物可降解包装材料，己经成为近年来生物材料领域最为活跃的研究热点。改良菌种、优化发酵和提取工艺等在内的一系列研究和努力正在被用来降低PHA的生产成本。如利用重组大肠杆菌生产PHA，用代谢工程的方法得到更多的PHA合成者。生物技术概论a2、聚乳酸（、聚乳酸（PLA）PLA是由生物发酵生产的乳酸经化学合成而得的聚合物，但仍保持着良好的生物相容性和生物可降解性，具有与聚酯相似的防渗透性，同时具有与聚苯乙烯相似的光泽度、清晰度和加工性。乳酸聚合生成聚乳酸收率达到乳酸聚合生成聚乳酸收率达到0.7，1.8吨淀粉吨淀粉1吨聚乳酸吨聚乳酸生物技术概论a聚乳酸可以被加工成各种包装用材料，塑料型材、薄膜，以及聚乳酸可以被加工成各种包装用材料，塑料型材、薄膜，以及化工产品：纺织业用的无纺布、聚酯纤维等。化工产品：纺织业用的无纺布、聚酯纤维等。PLA在生物医用在生物医用材料中的应用是广泛的，可用于医用缝合线（无须拆线入），材料中的应用是广泛的，可用于医用缝合线（无须拆线入），药物控释载体，骨科固定材料（避免了二次手术），组织工程药物控释载体，骨科固定材料（避免了二次手术），组织工程支架等。支架等。美国美国CargillDow公司首先建立公司首先建立了一套生产能力为了一套生产能力为14万吨的聚万吨的聚乳酸乳酸PLA的工厂，日本的的工厂，日本的Toyota、三井化学集团和、三井化学集团和Toshiba等等大型跨国公司己经开始把大型跨国公司己经开始把PLA应用于新产品的开发。应用于新产品的开发。