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全球生物化工技术发展迅猛

来源:http://www.gycolors.com 发布时间:2013-11-6 9:56:19
近年来,全球生物化工技术发展迅猛,我国对生物化工产业的发展也十分重视,这在中国化工学会年会上也得到了体现。200余篇科研论文、3个分论坛、300余名参会者,这组数据让生物化工分会场成为年会当之无愧的人气之星。乳酸、丁醇、环氧氯丙烷等热门产品的研发成果纷纷亮相;纳米酶催化剂、微生物脱硫也展现出良好的应用前景。
    乳酸研究各具特色在生物化工论坛上,涉及乳酸的科研报告数量最多。乳酸是三大有机酸之一,被广泛应用于食品、酿造、医药、皮革、卷烟、化工和印染等行业,但目前较高的生产成本阻碍了其应用规模的扩大。利用廉价基质生产乳酸、提高乳酸品质、降低生产成本成为乳酸工业化生产的重要研究方向。
    北京市生物过程加工重点实验室用提油米糠作为发酵原料,从钙盐发酵液出发,对下游分离纯化工艺进行研究,优化并确定了以微滤、超滤、脱色、离子交换等为主体的工艺路线,整体收率86.5%,产品纯度83%—85%,产品物化指标均达到国标食品级L-乳酸标准。该工艺在降低乳酸生产成本的同时,还以含有丰富蛋白和半纤维素的米糠水解残渣为原料,开发出了蛋白饲料,实现了米糠的综合利用。
    L-乳酸生产主要采用发酵法,细胞固定化技术有助于保持菌体的催化活性并可反复使用,有利于提高乳酸的时空产率,缩短发酵时间。北京化工大学生命科学与技术学院采用甜高梁秸秆作为固定化载体材料,对相关参数进行优化,制备出性能优良的固定化菌体,用于L-乳酸的固定化发酵生产。研究结果表明:相比于游离细胞批次发酵生产乳酸,甜高梁秸秆载体固定化批次发酵的时间缩短40%~50%,产酸速率提高约1倍。
    聚乳酸疏水性强、机械强度低、性脆,研究者对其进行了改性研究以提高性能,扩大应用。然而,聚乳酸改性聚合工艺中使用了有机金属催化剂,这为其在医药及食品行业的应用带来了安全隐患。综合考虑性能与安全问题,南京工业大学科研人员采用磺酸型阳离子交换树脂/乳酸锌复合催化体系催化乳酸与L-丝氨酸共聚,制备出高生物活性的乳酸一丝氨酸共聚物(PLSA)并有望用于医学领域。
    构建丁醇一乙偶姻联产模式乙偶姻是一种应用广泛的食用香料;在涂料、制药和IT行业也有重要应用;丁醇广泛用于各种塑料和橡胶制品中,也是合成丁醛、丁酸、丁胺和乳酸丁酯的原料,南京工业大学生物与制药学院的科研人员在这二者间架起了联产的桥梁。
    据介绍,在发酵法生产丁醇的过程中,传统上对丁醇发酵液进行分离提纯时只提取丙酮、丁醇和乙醇三种组分,使生物法丁醇的成本居高不下。该院科研人员通过选用一种超高交联树脂作为吸附介质,从丁醇发酵液中分离出了乙偶姻。实验证明该树脂重复性好,适于乙偶姻的工业化分离,使丁醇一乙偶姻联产成为可能。业内人士认为,这项研究在一定程度上缓解了发酵法丁醇的成本压力,同时提高了副产物乙偶姻的利用价值,值得尝试。
    甘油法环氧氯丙烷引关注手性环氧氯丙烷是一种重要的手性合成子和医药中间体,在手性药物及精细化工合成领域具有十分重要的应用前景。近年来,随着生物柴油产业的兴起,副产物甘油大量产生,造成了国内甘油过剩和价格下跌。因此,甘油法环氧氯丙烷生产工艺开始受到关注。
    浙江工业大学生物工程研究所通过研究甘油的化学加卤、二氯丙醇的生物脱卤和外消旋环氧氯丙烷的酶法不对称拆分,利用卤醇脱卤酶和环氧化物水解酶生产手性环氧氯丙烷,为以甘油为原料生产手性环氧氯丙烷的工业化奠定了理论基础。该工艺既能减少我国对石油的依赖,又能促进生物质能源产业的顺利发展,具有巨大的经济和社会价值。
    纳米酶提速医药化学品合成将自然界的酶运用于化学工业以提高产品纯度、缩短生产工艺、简些复杂结构化学品而言是理想的途径。然而,化工设备操作环境往往与酶的生理环境迥异,制约了酶催化在化学工业中的应用。纳米技术的出现为构建酶催化剂提供了新契机。
    清华大学化学工程系从纳米材料与酶分子、反应介质、底物这三方面的相互作用入手,揭示了纳米材料对酶催化的调控作用;探索了不同类型的含酶纳米结构的形成,丰富了纳米酶催化剂的制备技术;探讨了酶催化在有机相催化合成精细化学品、药物分子和中间体等实际过程中的应用。科研人员将脂肪酶纳米凝胶、脂肪酶一无机晶体杂化纳米花催化剂、有机相可溶解可复用的智能脂肪酶纳米催化剂应用于多种药物分子后发现,与现有化学合成法相比,酶催化简化了合成步骤、提高了产品纯度和反应收率,在医药化学品的绿色合成方面有良好的应用前景。
    微生物气体脱硫有前景与物理脱硫和化学脱硫相比,生物硫氧化具有条件温和、无二次污染、脱硫率高、适用范围广等优点。中科院过程工程研究所开展了硫氧化菌筛选及生物硫氧化过程研究,探索了生物硫氧化在高含硫酸盐废水处理和烟气生物脱硫脱氮中的应用。
    他们针对生物硫氧化产单质硫反应的要求,设计了新型上流式内双循环生物反应器,利用筛选到的硫氧化菌优化了脱硫过程,利用实验室筛选的嗜盐嗜碱性硫氧化菌建立了硫酸盐还原一硫化氢吹脱一生物硫氧化及硫回收工艺。当进水硫酸盐浓度为4000mg/L时,硫酸盐脱除率大于90%,硫化物脱除率达到99.2%以上,硫单质生成率达90.4%。他们还利用厌氧滤床和气升式流化床建立了烟气生物脱硫脱氮系统。研究表明,生物硫氧化工艺在沼气脱硫、天然气脱硫、烟气脱硫和高含硫酸盐废水处理等领域具有重要应用价值。