Transcript 典型生物化工品的生产工艺举例

生 物 化 工
生物化工定义
生物技术是在生物学、分子生物学、细
胞生物学和生物化学等基础上发展起来的，
是由基因工程、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。生物化工
是生物学技术和化学工程技术相互融合的新
型学科，它以生物来源的物质为原料，通过
生物活性物质为催化剂使其转化，或用其他
生物技术进行制备、纯化，从而得到我们预
期的产品。
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生物技术 包括：发酵工程 酶工程
细胞工程 基因工程 等等
生物化工——利用生物技术生产化学品
或提供社会服务，是一门由化学、工程、
生物等学科密切结合的新学科。
生物化工包括：生化反应工程 生化分
离工程 生化控制工程 生化系统工程
等等
生物技术(上游)
生物化工(下游)
生物化工特点
（1）以生物为对象，常以有生命的活细胞或酶为催化剂，
创造必要的生化反应条件，不依靠地球上的有限资源，
着眼于再生资源的利用。
（2）由于细菌不耐高温，需在常温常压下连续化生产，
工艺简单，并可节约能源，减少环境污染。
（3）定向地按人们的需要创造新物种、新产品和有经济
价值的生命类物质，开辟了生产高纯度、优质、安全
可靠的生物制品的新途径。
（4）生物化工为生物技术提供了高效率的反应器、新型
分离介质、工艺控制技术和后处理技术，扩大了生物
技术的应用范围。
生化产品举例
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（古代）酒、醋、酱 等等
（20世纪初）抗生素、氨基酸、多糖、有机
酸 等等
（现代）药用多肽等药品、蛋白、疫苗、干
扰素、 等等
（酶法合成）类固醇、甾醇、类萜、生物碱
等等
农药、除草剂、作物生长刺激素
人体保健品、生化新药）生物药品、诊断
试剂、疫苗、氨基酸、药用多肽
手性药物
用于临床的碳水化合物
工业生物
化学工业的特点是以不可再生的化石资源（石油、煤炭、
天然气等）为原料，以化学催化剂为手段，实现物质转化。
在l9～20世纪以不可再生的化石资源为经济基础的近代工业
文明取得了辉煌的成就，而进入21世纪，面对化石资源不断
枯竭、环境污染日益加剧的严重局面，人类面临着前所未有
的生存与发展的危机。
因此，目前化学工业的一些生产模式必然要进行彻底的
变革，转向以生物可再生资源为原料，生物可再生能源为能
源，环境友好、过程高效的新一代物质加工模式，其核心技
术是工业生物技术。
工业生物技术是指在工业规模的生产过程中使
用或部分使用的生物技术，是生物技术和工业工程
技术的融合。
目前，工业生物技术主要应用领域是各种轻工
业发酵产品的制造，同时，近年来通过工业生物催
化过程已经并正在生产出大量的新产品，如生物材
料和生物能源等。
预计在未来的20到50年中，工业生物技术将大
大改变工业制造业的面貌。
应用生物催化技术可以在未来的20年中减少传
统化学工业原材料、水和能源消耗的30%，并减少
30%的污染物排放。这将使得整个工业生产的面貌得
到彻底改观。
我国发展状况

中国生物化工起步于20世纪70年代，已经发展
了30余年，生物化工产业得到了大力发展。在
有机酸中，柠檬酸的产量居世界前列，工艺和
技术都属世界先进水平，乳酸、苹果酸新工艺
也已开发成功；在氨基酸中，赖氨酸和谷氨酸
生产工艺和产量在世界上都有一定的优势；微
生物法生产丙烯酰胺已实现了工业化生产，已
形成几万吨级的工业化生产规模；农用抗生素
已有赤霉素、井冈霉素、金核霉素以及农畜两
用的7051杀虫素等；甘油发酵水平不断提高，
后提取工艺也有很大进展；黄原胶生产在发酵
设备、分离及产业化方面也已取得了突破性的
进展；酶制剂、果葡糖浆、单细胞蛋白、纤维
素酶、胡萝卜素等产品的生产开发也日益成熟。
我国生物化工的问题

中国生物化工产业发展也存在着诸多问题，如生产上
发酵周期长、分离提纯技术落后、产品收率低、产品
成本和单耗高，生产厂经济效益不佳等，更重要的是
对生物技术产业缺乏足够的认识，尤其是对生物化学
工程重视不够。突出问题是：产业化程度低，许多科
研成果尚未转化为生产力；生物化工产品开发周期长、
速度慢；生物化工技术及装备水平还有待于进一步提
高；缺少一支强大的生物化工技术企业队伍；对生物
化工产品的开发投资不够，且投资渠道单一，缺乏应
有的经济支撑。
以生物催化与生物转化为核心的工业生物技术
是生物技术革命的第三个浪潮，是“21世纪化学工
业的基本工具”。
1982年重组人胰岛素上市，标志着医药生物技
术（red biotechnology）的巨大成就；
1996年转基因大豆、玉米、油菜相继上市，标
志着农业生物技术（green biotechnology）的巨大
成就；
2000年聚乳酸上市，标志着工业生物技术
（white biotechnology）的巨大成就。
需要特别指出的是，微生物物种巨大的多样性
及其基因改造的巨大潜力，将其与精妙现代工程技
术结合，为人类提供了新的巨大机遇，工业生物技
术的发展前景十分诱人。
一、工业生物发展现状
工业生物技术的新崛起有两个巨大的推动力，即
社会强烈需求和生物技术的进步。
人类社会发展迫切需要解决的问题是资源、能源
、人口、环境问题。随着生物技术突破性进展，使得
人类可以设计和构建新一代的工业生物技术，可高效
快速地将各类可再生生物质资源转化为新的资源和能
源。
工业生物技术在生物能源、生物材料以及生物质
资源化方面发挥着重要作用。
1、国外工业生物技术产业现状
目前,世界各国如美国、日本、英国等发达国家都
建立了独立的政府机构，并制定了近期及长远的发展规
划，在政策上、资金上给予了大量的支持。西方各国许
多较大的化工企业，如美国杜邦、道化学、孟山都公司
，英国ICI，德国拜尔、赫斯特公司等都在投入巨资和
庞大的科技力量进行工业生物技术的研究。
通过大力开发已取得了许多重大的科技成果，如微
生物法生产丙烯酰胺、脂肪酸、己二酸等已达一定的工
业规模；在能源方面，纤维素发酵连续制乙醇已开发成
功；在农药方面，许多新型的生物农药不断问世；利用
高效分离精制技术、高选择性精制技术、超临界气体萃
取技术和高效双水相分离技术开发高纯度生物化学品制
造技术不断完善；反应器的研究向多样化、大型化、高
度自动化发展。
2、我国工业生物技术产业的现状及开发状况
虽然我国现代生物技术的研究开发起步较晚，但
我国在传统的发酵工业方面是有一定基础的。随着现
代生物技术的不断发展，近年来，我国工业生物技术
产品生产得到了大力发展。
有机酸中，柠檬酸的产量居世界前列，乳酸、苹
果酸的新工艺也已开发成功；
氨基酸中赖氨酸和谷氨酸的生产工艺和产量在世
界上都有一定的优势；
微生物法生产丙烯酰胺已建设万吨级的工业化生
产装置；
农用抗生素的生产有赤霉素、井岗霉素、浏阳霉
素、金核霉素等；
发酵法甘油生产发酵水平不断提高；
黄原胶生产在发酵设备、分离及成本等已取得了
突破性的进展。
但是，在已生产的工业生物技术产品中，不少产品
生产存在着发酵周期长、分离提纯技术落后、产品收
率低、产品成本和单耗高等问题。近年来，国家通过
攻关，在生物反应器、分离技术的设备、生物传感器、
计算机在线控制等方面取得了一系列成果，使工业生
物技术产业一些主要产品的发酵水平有较大幅度的提
高，明显缩小了与国际先进水平的差距。
国内一些大学先后成立了工业生物技术研究机构。
国内大批科研院所也先后开展了工业生物技术的开发
工作。国家计委支持筹建了中科院过程工程所生化实
验室、华东理工大学生物反应器室、山东大学发酵工
程室这三个生物技术下游国家重点实验室。国家科委
组建成了南京工业大学生物反应器、华东理工大学生
物反应工程和中科院过程工程所生物化工装备这三个
国家研究开发中心。
3、 我国工业生物技术发展前景
目前，我国已成为世界第一资源加工消费大国
和第二能源耗用大国。
预计在未来20年内，生物能源、生物材料和生
物质资源化技术将得到实际应用。预计工业生物技
术在我国国民经济GDP中的贡献达到2.2万亿元／年
（2020年）。目前正在开发的多聚乳酸、多聚氨基
酸、多羟基烷酸、燃料乙醇以及各种功能寡糖等可
视为这个碳水化合物经济时代来临的前奏。到2020
年，预计将有50%的有机化学品和材料产自生物质原
料。
基于微生物和酶的工业生物技术具有生物安全
性相对较好、研发投入较少、周期较短的优势，且
中国已形成良好的产业基础，是参与生物技术国际
竞争的一个良好的机遇和难得的切入点，应成为我
国生物技术应用研究的一个战略重点。
二、工业生物技术突出表现
1、生物化学品正向专业化、高科技含量、高附加
值方向发展。许多公司为了追求较高利润，都将低附加
值的产品剥离，传统低价位产品受到冷落，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。
2、企业间的合作将加大，行业与行业间的划分将
日趋模糊。目前，许多从事医药、农业、环境、能源等
方面生产的企业，正在从事工业生物技术生产。
3、新技术在生物化学品生产中得到了极大应用。
利用超临界CO2取代有机溶剂进行酶反应，具有极大的
发展潜力。又比如，微胶囊技术已被广泛用于动物细胞
的大规模培养、细胞和酶的固定化以及蛋白质等物质的
分离方面。
4、上游技术广泛应用于下游生产。利用基因
工程，使多种淀粉酶、蛋白酶、纤维素酶、氨基酸
合成途径的关键酶得到改造、克隆，使酶的催化活
性、稳定性得到提高。
5、发酵工业蓬勃发展。现代生物技术的进展
推动了发酵工业的发展，发酵工业的收率和纯度都
比过去有了极大的提高。
6、酶工程技术有了长足的进步。酶工程技术
包括酶源开发、酶制剂生产、酶分离提纯和固定化
技术、酶反应器与酶的应用。预计到2010年将增长
到30亿美元，每年以6．5％的速率增长。
7、分离与纯化技术也有很大进步。寻求经济
适用的分离纯化技术，已成为工业生物技术领域的
热点。影响生化产品价格的因素，首当其冲的是分
离与纯化过程，其费用通常占生产成本的50％～70
％，有的甚至高达90％。
三、工业生物技术的关键问题
1、微生物资源库和微生物功能基因组学技术
微生物菌种或酶是工业生物技术的基础。从自然
界中筛选所需要的菌种是目前工业生物技术的主要特
点，大部分成功的高产工业化菌株是从自然界筛选得
到的野生型菌株。
2、生物催化剂快速定向改造新技术
近年来发展起来的定向进化技术，大大加速了人
类改造酶原有功能和开发新功能的步伐。蛋白质定向
进化技术可以使蛋白质（酶）在自然界需要几百万年
才能完成的进化过程缩短到几年甚至几个月。
3、重要工业微生物的代谢工程
通过基因重组技术改变微生物的代谢途径，生产
出传统发酵工业无法获得的新产品。例如美国利用基
因工程手段，将五碳糖产乙醇和六碳糖产乙醇的代谢
途径整合到一个微生物中，能同时发酵利用五碳糖和
六碳糖产乙醇。
四、主要的工业生物技术产品
1、醇类
（1）总溶剂：总溶剂生产是我国历史最悠久的发
酵生产，近些年由于我国原油价格便宜，相反粮食价格
成倍上涨，导致合成法生产丙酮、丁醇的成本低于发酵
法，加之近几年国内几家引进的合成生产丙酮、丁醇装
置相继投产，发酵总溶剂产品市场遭到了剧烈冲击。
（2）酒精：我国需从筛选优良菌种，降低能耗，
玉米原料综合利用，减轻污染来入手，加速传统酒精工
艺的改进，向低温蒸煮和无蒸煮快速发酵方面发展。
（3）甘油：发酵法生产丙三醇是继皂化法、化学
合成法之后的第三种丙三醇生产方法，具有安全性好，
原料易得等优点。今后重点应生产食品级和医药级丙三
醇。
2、有机酸
（1）柠檬酸：柠檬酸是世界上用发酵法生产的产
量最大的有机酸，近年来我国柠檬酸生产量和出口量
迅速增长，成为世界柠檬酸生产和出口第一大国。我
国柠檬酸行业应着眼于通过技术创新和规模经营，降
低生产成本，增强竞争能力，扩大柠檬酸新的应用领
域。
（2）乳酸：我国乳酸生产已有数十年历史，主要
有DL-乳酸和L-乳酸两种。近年来人们利用L-乳酸聚
合生产可生物降解塑料、绿色包装材料及农用薄膜等
，来解决日益严重的环境污染问题，引起了世界范围
的广泛关注。
（3）衣康酸：衣康酸是一种重要的化工原料，主
要用于腈纶化纤、树脂、橡胶、涂料、造纸、医药、
农药、轻工、食品、丝绸等领域。可与多种物质进行
加成、聚合反应，广泛应用于有机化工行业。
（4）苹果酸：苹果酸主要用作食品酸味剂，
同时L-苹果酸的在某些特殊行业如医药大输液、手
性药物的合成中具有极其重要的作用。
（5）曲酸：在化妆品中添加少量曲酸，可以
强烈抑制皮肤黑色素形成；在食品加工过程中，曲
酸可作为食品添加剂，起防腐、保鲜和抗氧化等作
用。
（6）葡萄糖酸：葡萄糖酸是众多有机酸中唯
一的双歧杆菌增殖因子。作为补钙剂的葡萄糖酸钙
和作为豆腐凝固剂的葡萄糖酸-δ-内酯已在许多国
家生产并应用。
（7）酒石酸：世界酒石酸仍然由葡萄酒的副
产物即酒石转化生产。我国L-酒石酸主要是采用微
生物酶转化环氧琥珀酸生产。
3、氨基酸
（1）赖氨酸：赖氨酸的95%产品用于饲料添加剂，
3%用于食品强化，2%用于医药工业。发展赖氨酸的
限制因素是成本高，目前原料成本占50%以上，必须
从改良菌种、工艺、原料利用率着手，引进关键技
术。
（2）谷氨酸：谷氨酸(味精)是世界市场销售最大
的一种氨基酸，国内味精已形成独立工业体系，规
模和技术水平仅次于抗生素工业。预计今后十年世
界味精仍会增长。我国味精增长率很快，但考虑到
随着国内核苷酸工业的发展，特鲜味精产量增加，
从而对味精需求量会减少。
（3）L-天门冬氨酸：L-天门冬氨酸主要用于食品
及医药工业，可用为营养增补剂和各种清凉饮料的
添加剂，医药上用作氨解毒剂、肝功能促进剂、疲
劳恢复剂。
4、农业生物技术与生物农药
发展生物农药，减少化学合成农药的
使用，已成为全球农药产业发展的新趋势。
生物农药主要是指微生物、植物、动物
等产生的具有农用生物活性的次生代谢产物
。具有高效、安全、低毒、低残留、使用简
便、选择性高、用量少、污染小、病虫害不
易产生抗性等优点。
近年来，我国开发的生物农药主要有苏
云金杆菌、春雷霉素、井冈霉素、公主岭霉
素等。
我国的两系法杂交水稻育种研究已深
入到基因层的研究，跃居世界领先水平。
在水稻无融合生殖育种新技术研究上取
得了重大突破，成功地培育出无融合杂
交水稻。经过数千亩大田的试验示范，
表现出丰产、米质量佳、抗性强、适应
性广等优点，克服了杂交水稻需要年年
制种和杂种只能用一次的缺点，为水稻
育种开辟了新途径。
我国进行了动物胚胎的工程研究，掌
握了实用化的胚胎分割和移植技术，获
得了一批胚胎移植良种牛，并已建立了
良种奶牛的胚胎移植和繁殖中心。在动
物细胞工程研究上，也已成功地选育出
“四倍体复合银鲫鱼”和“人工复合三
倍体鲤鱼”，经大面积饲养试验，显示
了快速生长的特性。
我国在抗病抗虫方面的转基因植物
的研究取得了实质性进展。目前已经获
得了抗病毒的转基因烟草、番茄、马铃
薯、小麦、玉米等植物，并成功地竟苏
云金芽抱杆菌杀虫基因导入棉花和水稻
种，获得了抗虫棉和抗虫水稻。抗烟草
花叶病毒、黄瓜花叶病毒的转基因烟草，
在大田试验表现了较强的抗病性。
5、基础化工产品
（1）生化法丙烯酰胺
生化法丙烯酰胺生产用丙烯腈作原料，采用生物
酶作催化剂进行水合反应，其优点是在常温下反应，
无副反应带来的杂质和铜离子，单体不需要提纯即可
直接聚合，聚合物分子量可以大大超过化学法产品。
我国已筛选出优质菌株，实际生产规模已达几万
吨。该技术成功开发，将成为我国精细化工产品迎头
赶上世界先进水平的先例。
（2）发酵法长链二元酸
长链二元酸是一类有着重要和广泛工业用途的精
细化工产品，微生物发酵正构烷烃生产长链二元酸是
生物技术在石油领域中应用的最成功典范之一，将会
逐渐形成产业链和产品树。
6 生物催化剂
生物催化剂是指由常规选育或经现代生
物工程方法获得的菌株、细胞系或从中
提取的酶。它的作用相当于化学反应中
的催化剂，是生化反应中不可缺少的。
从自然界得到的菌种要进行筛选、分离、
遗传育种，有的还要经过菌种变异才能
使用。
近年来，生物催化剂在精细化学品市场中显现强
大的增长率。预计2008年用于精细化学工业和制
药工业的生物催化剂在1亿美元到1.3亿美元，预
计年增长率达8-9％。
已工业化的酶法合成有类固醇及甾醇合成、
生物碱合成、有机酸类合成、糖的转化、药用多
肽及蛋白质的合成、氨基酸类合成、核苷酸类合
成等。
7、可生物降解高分子材料
（1）可降解塑料：国内全生物降解塑料、光降解
塑料、淀粉填充崩裂性塑料等品种都在开发。全生物
降解塑料应是发展方向，而降低成本是关键。
（2）微生物合成高分子材料：聚羟基丁酸酯（
PHB）、聚羟基脂肪酸酯(PHA)和聚羟基丁酸－羟基戊
酸（PHBV）是性能优良的生物可降解高分子，由于具
有生物可降解性、生物相容性、压电性等许多优良性
能，可能在众多领域，如生物降解性包装材料、组织
工程材料等方面得到广泛应用。
（3）聚乳酸：是目前国外工业化成功的生物可降
解的高分子，年产量可达14万t左右。
（4）聚天门冬氨酸：是一种优良的生物可降解
的高分子，可用于水处理剂、吸水树脂及农用化学品
。目前国外如美国的东大公司、德国的拜尔公司都已
建立了千吨级聚天门冬氨酸的装置。
8、酶制剂
目前，已分离纯化的酶有3000多种，其中有800
多种开发成商品。目前国内为产业化配套而开发的酶
制剂主要有：①日用化工用酶制剂；②造纸工业和皮
革及轻工用酶制剂；③食品、饲料工业用酶制剂；④
非水相酶促反应在医药、精细化工和食品等工业中的
应用。
9、功能性食品
利用生物技术生产功能性食品是近年来生物技术
发展的热点，如用生物技术代替化学合成生产保鲜剂、
香精香料、防腐剂、乳化剂、增稠剂、天然色素等产
品，开发具有免疫调节、延缓衰老、抗疲劳、耐缺氧、
抗辐射、调节血脂、调整肠胃功能等功能性食品添加
剂。
10 生物石油化工
石油微生物炼制
（1）石油脱蜡：利用解脂假丝酵母、拟圆酵母、
粉孢霉菌、诺卡氏菌等进行发酵法脱蜡可出去
石油及其馏分产物的蜡质，获得高质量、低凝
固点的航空汽油、高级柴油、变压器油和多种
机油。
（2）石油脱硫：许多地区的原油中含硫量高，
这些硫化物腐蚀设备，影响产品质量，而且石
油产品燃烧时，还生成SOX 污染环境，因此石
油脱硫十分重要。
（3）石油脱氮：利用土壤中培养出的微生
物，通过环羟基化和断裂机理，使吡啶
降解成NH3、CO2和H2O。这些微生物能
对含氮杂环化合物分子的氧化有专一性，
并能把油中的含氮杂环化合物氧化。
11、现代生物制药
把生物工程技术应用到药物制造的过程称
之为生物制药。生物药品是以微生物、
寄生虫、动物毒素、生物组织为原材料，
采用生物学工艺和分离、纯化技术，并
以生物学的分析技术控制中间产物和成
品质量制成的生物活化制剂，包括菌苗、
疫苗、毒素、类毒素、血清、血液制品、
免疫制剂、细胞因子、抗原、单克隆抗
体及基因工程产品等。
我国生产的生物药品主要是基因乙
肝疫苗、干扰素、白细胞介素-2、增白
细胞、重组链激酶、重组表皮生长因子
等15种基因工程药物，已进入市场。重
组凝乳酶等40多种基因工程新药正在进
行研究。单克隆抗体的研制已由实验进
入临床，B型血友病基因治疗初步获得临
床疗效，组织溶纤原激活剂、白介素-3、
重组人工胰岛素、尿激酶等十几种多肽
药品在临床实验中。
五、目前一些工业生物技术热点项目
工业生物技术产业是一个新兴的领域，目前受到
广泛的关注。想上这方面项目的单位很多，直接面临
的问题是如何选择一个最适合的项目。最关键的是把
握技术的成熟性和市场的可行性，甚至市场是主导。
这一切都是在变化的，没有绝对的可行与不可行，要
根据各自的情况来选择。
1、洁净新能源--生物柴油
生物柴油是清洁的可再生能源，它以大豆和油菜籽
等油料作物、油棕和黄连木等油料林木果实、工程微
藻等油料水生植物以及动物油脂、废餐饮油等为原料
制成的液体燃料，是优质的石油柴油代用品。
生物酶法合成生物柴油，即用动物油脂和低碳醇通
过脂肪酶进行转酯化反应，制备相应的脂肪酸甲酯及
乙酯。酶法合成生物柴油具有条件温和、醇用量小、
无污染排放的优点。
在近期阶段，主要使用现有的各种废油和含油生物
资源为原料。在中期阶段，应使用大规模种植的农林
作物为原料。在远期阶段，应以大规模种植的高产油
原料作物为原料。
我国生物柴油的研究与开发虽起步较晚，但发展速
度很快，一部分科研成果已达到国际先进水平。可以
预计，在2-3年内，我国在该领域的研究将会有突破性
进展并达到实用水平。
2、乙醇燃料生产
（1）淀粉质原料乙醇燃料生产
现代高效的乙醇发酵反应器系统，使得乙醇生产
成本大幅度降低，特别在利用廉价原料时，已具备与
石油燃料在价格上的竞争能力。目前，我国政府已经
支持利用陈化粮生产燃料乙醇工业建设项目，其中吉
林省年生产能力80万吨，总投资达32亿元。河南省年
生产能力30万吨，估计总投资在12亿元左右。
（2）甜高梁及其茎秆制取乙醇燃料
由于甜高粱的综合利用优于单纯的农业开发，近
年来尤其受到各国普遍重视。种植甜高梁每亩耕地不
仅能像粮用高粱一样可收获粮食，还能收获富含糖份
的茎秆，经发酵可生产乙醇，故有“高能植物”之称
。
（3）纤维素废弃物生产燃料乙醇
以木质废弃物为出发点，开展纤维素废弃物生产
燃料乙醇技术的最佳工艺及示范工程研究，为将来大
规模利用生物质能资源开发燃料乙醇提供技术支撑。
3、生物制氢技术
生物制氢技术作为一种符合可持续发展战略的
课题，已在世界上引起了广泛的重视。如德国、以色
列、日本、葡萄牙、俄罗斯、瑞典、英国、美国都投
入了大量的人力物力对该项技术进行研究开发。
生物制氢过程可以分为5类：（1）利用藻类或者
青蓝菌的生物光解水法；（2）有机化合物的光合细
菌（PSB）光分解法；（3）有机化合物的发酵制氢；
（4）光合细菌和发酵细菌的耦合法制氢；（5）酶催
化法制氢。其中微型绿藻是索取氢能的最廉价途径。
另外充分利用有机垃圾或有机废水为原料也可生
产氢能源。
4、发酵法生产L-乳酸及聚乳酸技术
乳酸是一个有巨大潜力的产品，其未来的
发展机会在于其作为原料大规模地应用于如下
方面：可生物降解塑料、氧化化学品、绿色化
学品和溶剂以及植物生长调节剂等，预计作为
这些应用的乳酸需求量将超过200万吨/年。
聚乳酸展望：由于乳酸在转化成乳酸聚
合物方面存在着许多技术上的困难，从而限制
了乳酸的聚合应用。建议今后应从应用代谢工
程技术定向选育高产菌；合理控制乳酸产品的
构型；降低乳酸生产原料的成本；研究乳酸聚
合方法等方面加速开发。
5、微生物合成聚羟基脂肪酸酯高分子材料
PHA--生物可降解塑料 ：PHA首先是作为一种由
微生物合成的性能类似于聚丙烯的可降解“塑料”而
引起人们关注的，所以它的应用范围包括与塑料有关
的领域，即可抛弃型的塑料用具，如包装膜，手袋，
容器等。
PHA在组织工程中的应用：原则上，PHA的各种物
理化学和生物性能能够满足多种人种组织器官的需求，
如：心血管系统、胃肠系统、肾脏、泌尿生殖系统、
牙齿与口腔、皮肤等等。
PHA—良好的手性化合物：PHA作为微生物合成的
胞内生物聚合物，其组成的单体都是具有手性的。在
制药、化妆品等行业得以应用。
6、抗癌新秀——番茄红素的发酵生产
番茄红素是一个日益受到重视的植物化学品，作为
一种无毒、具有很强的抗氧化、防癌、抗癌、清除体
内有毒物质和活化免疫细胞的天然有营养色素，广泛
用于医药、食品、饮料、保健和高级化妆品等行业。
利用微生物是生产天然番茄红素的最重要的途径。
江苏省微生物研究所开发了发酵法生产天然番茄红素
项目，该技术为国内首创，处于国际领先水平，具备
了工业化生产的条件。
生产投资：总投资1500万元。其中设备投资1000万
元。主要原料：玉米淀粉、黄豆饼粉、玉米浆、无机
盐、微量元素。
年产番茄红素800kg，总投资1500万元，年产值可
达4000万元，总成本2006万元，税金680万元，年实现
纯利润1314万元。
六、我国工业生物技术产业发展存在的问题
1、对生物技术产业化缺乏足够的认识。
2、产业化程度低，许多科研成果尚未转化为生
产者力。
3、工业生物技术产品开发周期长、速度慢。
4、工业生物技术技术水平及装备水平还有待于
进一步提高。
5、缺少一支强大的工业生物技术企业队伍。
6、研究力量分布不均衡，企业参与研究开发的
力度不够。
7、产品为龙头的研发意识不够。
8、研发目的要以优化为主，规模第二，追求高
精尖、高回报意识不够。
9、对工业生物技术产品的开发投资不够，且投
资渠道单一，缺乏应有的经济支撑。
10、税收优惠和金融措施方面有待改善。
七、我国工业生物技术产业发展应采取的对策
1、重视下游开发和上下游的结合，优先发展支撑
技术体系。
2、发展工业生物技术产品要以市场为导向，努力
开拓适合市场需求的生化产品。
3、重视技术资金投入及企业在工业生物技术产业
发展中的作用。
4、加强对工业生物技术宏观管理和行业指导。
5、加强工业生物技术企业队伍建设，加速人才培
养，建立高效工业生物技术开发体系。
6、制定促进工业生物技术产业顺利发展的政策和
发展战略。
7、开展与国外的科技合作与交流。
8、建立合理的资金投入和融资方式。
9、扩大经济规模，提高竞争力。
10、加强知识产权保护。
典型生物化工品的生产工艺举例
有机化工品—丙烯酰胺（AM）
丙烯酰胺无色、无味，分子式是
C3H5ON ，固体是粉剂的结晶产品，含量
大于97%，熔点为84.5℃。水剂产品含丙烯
酰胺分别是25%、30%、40%、50%等。
25%或40%的水剂产品,直接用于聚合。
结构式：
典型生物化工品的生产工艺举例
反应方程式如下：
典型生物化工品的生产工艺举例
工艺流程：
典型生物化工品的生产工艺举例
食品添加剂—柠檬酸
柠檬酸(citric acid)，别名枸橼酸，化学名称为2羟基丙三羧酸，分子式是 C6H8O7（无水物）。柠
檬酸有无水物和一水合物两种，无臭，有强酸味，
易溶于水、乙醇和乙醚。无水柠檬酸为白色晶体颗
粒或粉末，相对密度1.67，熔点是153℃，在潮湿
空气中吸潮，能形成一水合物，一水合物是无色半
透明结晶，相对密度1.542，熔点是100~133℃。
典型生物化工品的生产工艺举例
结构简式：
典型生物化工品的生产工艺举例
生产工艺过程
柠檬酸的生产方法有三种，一是由水果提取；
二是用化学方法合成，即用草酰乙酸与乙烯酮
缩合制得；三是用发酵法制取。
发酵法生产柠檬酸是用黑曲霉菌做发酵剂，
主要原料是碳水化合物，如从蔗糖或甜菜中提
取的糖蜜、甘薯淀粉、玉米淀粉、马铃薯加工
废渣和废液、木薯粉等。
典型生物化工品的生产工艺举例
生产工艺过程