生物化工的主要应用领域
②生物转化的实现。 • 手性药物的需求促进了酶和细胞在药物合成中的应用， 而美国麻省理工学院科来比诺夫等人的工作又掀起了关于 有机相中酸催化的热潮。用酶和细胞代替化学催化剂进行 有机合成具有选择性专一、步骤简单、过程温和等特点， 一些用常规化学方法不能进行的反应可以由酶和细胞来完 成。但是酶和细胞的弱点是不稳定、造价高，反应速度也 十分有限，致使生物转化大都停留在研究阶段。要克服这 一弱点，必须通过生物和化学的方法稳定酶和细胞。我国 一些单位对于极端微生物的重视，其背景之一也是生物转 化的应用。这个课题难度很大，但意义有极其巨大。这一 药物如能研制成功将会使手性药物的生产更加快捷、高效， 能满足更多人的需求，对于人类抗击疾病和维护自身健康 具有相大的推动作用。
生物化工前沿高新技术发展重点
③新蒸馏技术：分离与反应偶合－反应蒸馏，分离 与 分离偶合－吸附蒸馏，加盐蒸馏、分子蒸馏、膜蒸 馏等。 ④新萃取技术：双相萃取、膜萃取、电泳萃取、酶 膜 反应萃取等。 ⑤新结晶技术：熔融结晶、加压结晶等。 ⑥其他：变压吸附、深冷分离与低温蒸馏、毛细管 电泳。
生物化工前沿高新技术发展重点
生物化工的主要应用领域
• 生物化工研发主要涉及生物高技术医药产品、资源和 能源产品、环境保护三个领域： • ①化学与生物法结合研制新型人红细胞代用品。研究人 血液代用品的关键是如何取代血液中红细胞输送氧的功能。 新型红细胞代用品具有携带、释氧功能，保存、运输方便， 免除配血型之烦和交叉感染之忧等优点，同时可成为治疗 心脑血管缺氧性疾病和治疗肿瘤的增氧剂的新药。人红细 胞代用品在我国开发成功，将产生不可估量的经济效益和 深远的社会效益。首先，人红细胞代用品能代替血液则其 经济价值将非常高，如出口海外将会获得巨大的经济回报， 其次，人红细胞代用品可治疗恶性血液病，一旦研制成功 将很大限度的解决患者无匹配骨髓来源的问题。从此此类 疾病将能被更快更好的治愈，最大程度的保护了人类健康， 造福了社会。
生物化工前沿高新技术发展重点
• ②新催化技术：配位催化、相转移催化、超强酸超强碱催化、杂多酸 催化、胶束催化、氟 离子催化、钛化合物催化、纳米粒子催化、光 催化、晶格氧选择氧化及非晶态合金加氢催化等。 • ③锅合成法：传统的有机合成是一步一步地进行反应，步骤多、产率 低、选择性差，且操作繁杂。一锅合成法可将多步反应或多次操作置 于一锅内合成，不再分离许多中间产物，因而具有高效、高选择性、 条件温和等特点，是一种清洁的合成技术。 • ④生物化工合成法：包括发酵工程、酶工程、基因工程及细胞工程等。 • ⑤绿色化学合成法：绿色化学合成将使化工清洁生产成为主导生产方 式，为实现“绿色世纪”
• 化学合成技术为使化学合成选择性好、产率高、 原子利用率高、反应速度快、反应条件温和，目 前已发展了一系列新的合成方法与技术。
• ①新合成方法：声化学合成、微波电介质热效应合成电化 学合成。等离子体化学合成、力 化学固相合成、冲击波 化学合成、手性合成、利用太阳能进行化学合成、超临界 状态下化学 合成、室温和低温下化学合成及光化学合成 等。
世界生物化工前沿研究领域
• ④金属间化合物研究是近十年来国际材料界研究的热点之 一。金属间化合物是指丌同种类的原子长程有序排列构成 的有较确定化学当量比的合金相。这类合金相原子间结合 力强，具有高温结构材料所期望的优异性能。其中具有代 表性的Ni-Al、Ti-Al系合金，更兼具有比重轻、熔点高等 特点。 • ⑤生物柴油是一种优质清洁柴油。美国的全国生物柴油协 会（National Biodiesel Board，简称NBB）对生物柴油的评 价如下：无毒（比10%食用盐还小）；能生物降解（不食 糖相当）；基本无硫和芳烃；不石油柴油具有良好的调合 性，可以仸意比例混兑。
生物化工前沿
目录
• • • • • 生物化工简介 世界生物化工前沿研究领域 生物化工的主要应用领域 生物化工前沿高新技术发展重点 生物化工水平提高途径
什么是生物化工？
生物化工最突出的特点是什么？
未来面临怎样的发展机遇？
生物化工
生物化工，是化学工程与生物技术相结 合的产物。生物化工是生物技术的重要分支。
与传统化学工业相比，生物化工有其突出特点：主要以 可再生资源作原料；反应条件温和，多为常温、常压，生产 过程能耗低、选择性好、效率高；环境污染较少；投资较 小；能生产目前不能生产或用化学法生产较困难的性能优异 的产品。由于这些特点，生物化工已成为化工领域重点发展 的行业。
生物化工
• 生物化工（Biological Chemical Engineering）是一门以实验研究为基础、理论 和工程应用并重，综合遗传工程、细胞工程、酶 工程与工程技术理论，通过工程研究、过程设计、 操作的优化与控制，实现生物过程的目标产物。 因此它在生物技术中有着重要地位。本学科也是 生物技术的一个重要组成部分，将为解决人类所 面临的资源、能源、食品、健康和环境等重大问 题起到积极的作用。
生物化工水平提高途径
• 3.广泛吸收资金，加大生物化工的科技开发投入生物化工是高科技开 发投入、高产出的产业，这种高科技投入，并不是完全来自政府，相 当一部分来自民间，特别是通过风险投资和股票上市，筹措资金加快 生物技术的产业化。 • 在资金筹措过程中，政府的作用是非常重要的，所以日本提倡的模式 是产、学、研、宫、资相结合，是值得我们思考的，这里宫是指政府， 资是指融资和银行；生物化工是基于生物转化生产化学品的高技术， 是生物技术的重要组成部分，具有条件温和、选择性高和污染小的特 点，是现代绿色化学加工业的重要组成部分。可以预见生物化工是21 世纪化学工业最富生命力的技术。生物化工对于促进化学工业技术进 步和产业结构调整、促进绿色化学工业的发展起着至关重要的作用。
生物化工的主要应用领域
• ③天然产物的资源不制备。天然药物资源的自然生产是 有限的，而利用生物化工所生产的天然资源则能满足人的 需求，加之生产过程可控，可适时地提高资源的品质，使 药物优化，所以这项技术将有很大前景。首先在中草药资 源上，利用规模化培养技术有可能减少、甚至免去对天然 植物的依赖，对于我们这样一个植被破坏面积大、沙漠化 严重、大面积干旱缺水的国家是可持续发展的一项战略措 施。其次在天然产物的制备上，要充分发挥生物化工分离 技术的优势，用层析、膜分离等高效分离纯化技术取代现 有中草药制备中的某些落后工艺，对整个过程进行优化， 提高产物收率、纯度，实现组分的综合利用，同时降低溶 剂消耗量，降低成本，发展环境优化过程。
生物化工前沿高新技术发展重点
• 高新分离技术采用新分离技术可以使产品纯度提高，其质 量提高体现在使用价值增加和经济效益提高；分离越底， 向环境排放物越少，副产物处理更方便；高分离技术使产品 收率提高，也提高了经济效益；有些分离技术（如膜分离） 是在无相变情况下实现的，具有节能、减污特性。 新分离技术有： ①膜分离技术：液膜分离、渗透气化膜分离、反渗透膜分离、 电渗、超滤、微滤、纳滤、聚滤气体膜分离等。 ②超临界流体技术：SCF萃取、SCF重结晶、SCF干燥、SCF色 谱。
生物化工水平提高途径
• ①强调创新和传统产么改造相结合自主研究和先 进技术相结合，跟踪和创新并举。优先支持、鼓 励研究开发具有自主知识产权的新产品、新材料、 新工艺、新设备，逐步形成一批生物化工的优势 产品，为生物化工技术产业增长方式的转变和可 持续发展服务，用生物技术改造传统的化工技术， 建立新型生物化工产业，为下一步发展奠定基础。
生物化工水平提高途径
• 2、提高学科交叉，提高我国的生物化工装备能力 我国目前生物化工设备主要依靠进口，当然我国 机械加工和机电一体化水平与国外有一定差距， 但另外一个原因是学科交叉少，不同学科沟通少。 因此培养一批具有生物、化工和机电等综合能力 的新型生物技术研究、开发人才十分必要。又如 生物医用高分子材料，仅靠生物化工专业的人是 不够的，若能组织多学科的攻关，实现生物医用 高分子材料的产业化是完全可能的。
新型环保不能源技术燃料电池是21世纪首选的洁净、高效发电技术，将 迚入家庭、办公楼、交通和大型电站等领域；在纳米材料基础上发展起 来的光催化技术和在超临界流体技术基础上发展的超临界水氧化将是未 来环保技术的发展方向。此外，还有贮能技术、热泵技术、热管技术、 催化燃烧技术、再生资源利用技术、洁净煤技术、热化学循环由水分解 为H2和O2、固体废物回收技术等。 绿色化学技术用物理和化学的技术和方法去设计、研制对人类健康、社 会安全、生态环境无害的化学品和工艺，其目的是丌再使用有毒、有害 物质，丌再产生废物，从源头阻止化学污染，从而确保化工清洁生产。
生物化工的主要应用领域
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④生态生物制备工程。我国环境问题严重，具有良好
化学工程背景和生物技术知识的生物化工研究人员，在减 少废物排放、废物循环利用方面将发挥重要作用。其中要 特别指出的是循环的废物实际上是一种可再生资源，对其 综合利用甚至可以生产高附加值产品。但这方面的工作仅 仅是开始，难度很大但意义重大。
生物化工
生物化工发展至今已经历了半个多世纪，最早主要是生 产抗生素，随后为氨基酸发酵、舀体激素的生物转化、维生 素的生物法生产、单细胞蛋白生产及淀粉糖生产等工业化服 务。自20世纪80年代起，随着现代生物技术的兴起，生物化 工又利用重组微生物、动植物细胞大规模培养等手段生产药 用多肽、蛋白、疫苗、干扰素等。生物化工的应用领域已涉 及到人类生活的方方面面，包括农业生产、化轻原料生产、 医药卫生、食品、环境保护、资源和能源的开发等各领域。 随着生物化工上游技术——生物工程技术的进步以及、化学 工程、信息技术和生物信息等学科技术的发展，生物化工将 迎来又一个崭新的发展时期。
生物化工
传统不可降解地膜耗 费大量石油资源，而且破 坏深层土壤结构。可生物 降解地膜以可再生资源作 原料，环境污染小，经济 和社会效益大。
图为使用了生物降解地膜的作物。
世界生物化工前沿研究领域
①燃料电池，是一种能够持续的通过发生在阳极和阴极 的氧化还原反应将化学能转化为电能的能量转换装置。 • ②纳米技术，纳米技术的内涵非常广泛，它包括纳米材 料的制造技术，纳米材料向各个领域应用的技术(含高科 技领域)，在纳米空间构筑一个器件实现对原子、分子的 翻切、操作以及在纳米微区内对物质传输和能量传输新规 律的认识等等。 • ③各种功能分子和材料。 •