07-谭天伟-北化张栩-生物过程优化.ppt

工业生物技术展望与思考 美国制定了《生物质技术路线图》 1、酶分子层次改造 一种新的利用膜固定化脂肪酶改变稳定性和选择性 固定化酶的操作稳定性 应用1、维生素A棕榈酸酯的应用 维生素A棕榈酸酯被 广泛用于化妆品和药物行业，特别是癌症， 阳光暴晒引起的老化，银屑病，或座疮等皮肤病的治疗。 酶法合成维生素A 棕榈酸酯 应用2：蜡酯的酶法合成 蜡酯是长链脂肪醇和长链脂肪酸酯化反应合成的，分为饱和的和不饱和的。 用途: 日化, 纺织，润滑油，医药食品和其他工业等 研究了有机溶剂体系和无溶剂体系中，以菜籽油和十六醇为底物酶法合成一种鲸蜡油类似物。 反应中有正己烷存在时，蜡酯达到最高产率85.87％；在无溶剂体系中，产率为80.68 %。 应用3：酶法合成聚酯 聚酯为生物可降解聚合物，具有较好的生物兼容性，无毒性，渗透性和环境友好性，引起了生物制药应用领域的密切关注。如矫形设备， 组织工程，粘连材料和对照药物。 体外酶催化合成聚酯是一种生态友好过程，相比传统化学聚合法有许多优点。 固定化Candida sp.99-125 脂肪酶在聚合反应中显示出较高的催化活性，成功地催化了琥珀酸，己酸，癸二酸与1,4-丁二醇的缩聚反应，产生相应的聚酯。 异丙醚中，固定化脂肪酶催化琥珀酸和1,4-丁二醇的缩聚反应， 45℃ ，144h, 相应的聚酯单体转化率为86.53% ，最大分子量为4700。 应用4: 二元酸酯的酶法合成 生物可降解润滑油原料 环境安全流程生产的纯天然润滑油因其不含毒性成分和生物可降解性而受到越来越多的重视。 生物润滑油由脂肪酶催化二元酸和C6-C18 醇的酯化反应生成。 应用5: 酶法合成生物柴油 固定化脂肪酶的寿命 500h 丙烯酸生物合成新途径的构建 酵母发酵联产谷胱甘肽与麦角固醇 三、中国工业生物技术的思考 1、中国工业生物质路线图 2、如何构建新型生物产品加工路线 1、中国的生物质路线图 中国国情：粮食5亿吨，农业秸秆7亿吨，林业生物质5亿吨左右 不与人争粮， 不与粮争地 非粮生物质的高效利用 利用非粮生物质资源，生产生物能源和化学品， 同时治理水环境污染。 环境问题：日趋严重 生物质为主的固体污染废弃物10亿吨/年，化学品1000万吨/年； 由于废弃生物质的污染（13亿人口，世界50%的猪，20%的家禽）。 工业废水：中国主要水系90%以上严重污染。 含糖废水25亿吨/年 我国废水的排放量 发酵工业废水资源化 味精废水处理 5L发酵罐结果： 生物量＞40g/L;油脂含量＞35%；COD降解50~60% 淀粉废水处理 300L发酵罐中试结果： 不灭菌发酵时间：~30h; 生物量：~40g/L；COD降解：~80%； 油脂含量： 35 ~40% 3、生物太阳能利用具有巨大潜力 目前栽培植物的光合作用效率只有0.2%，随着生物技术的进步，生物光合作用的效率可以大幅度提高; 油藻培养（目前水平）：油含量最高可达75％。 油藻培养（美国可再生能源实验室计算数据）： 每亩地可产油脂相当于120吨表煤， 6000万亩土地就可满足全美国的运输燃料需求 油藻目前实验室规模的光合作用效率可达到20%。 对于中国而言, 63亿吨CO2，至少可以生产5亿吨燃料油 生物技术完全可以解决我国未来社会科学发展的需求。 小球藻含油量达到40-60%。 在内蒙古为15万吨/年生物柴油生产线提供藻种。 International Biorefinery Conference，2009，USA International Biorefinery Conference，2009，USA 种子培养 高密度发酵 离心分离酵母 热水抽提GSH 抽提液浓缩超滤 柱层析分离谷胱甘肽 洗脱液浓缩结晶 过滤干燥得到谷胱甘肽产品 离心分离废菌体 废菌体皂化石油醚萃取 分离有机相浓缩结晶得到麦角固醇粗品 重结晶得到麦角固醇产品 谷胱甘肽与麦角固醇联产工艺路线 如何养活未来中国的15亿人口？ 如何获得每年需消耗3－4亿吨的原油？ 如何生产每年所需的20亿吨生物质？ 如何解决巨量生物质的污染环境问题？ 木薯，亩产3-5吨左右，淀粉含量约70% 葛根，亩产3吨左右，淀粉含量约60% 纤维质原料，全国每年有4.5亿吨废弃秸秆生物质 城镇生活污水，全国每年200亿吨左右 ？ 生物能源、化学品 高效生物转化技术 水污染 固体废弃物污染 空气污染 ? 随着工业生物技术进程的加速发展，含糖质工业废水的排放量也在不断增加，并造成严重的环境污染。 ? 味精废水：≥2500