浅谈生物化工技术的新进展

2019-01-27潘晓捷

中小企业管理与科技 2019年12期

潘晓捷

（淮安市淮安医院，江苏淮安223003）

1 引言

生物化工（Biological Chemical Engineering）技术主要是指以实验研究为载体的工程、理论并重技术形式，囊括细胞工程、综合遗传工程、工程技术理论、细胞工程、过程设计、工程研究、操作优化与控制等内容，旨在得到目标产物，落实生物化工产业发展目标。然而，相较于西方发达国家，我国生物化工技术研究与发展相对滞后，这也为本次研究创造了条件。基于此，为推动我国生物化工产业的稳健发展，探究生物化工技术新进展显得尤为重要。

2 生物化工新型催化技术

生物化工产品制造需在高压、高温等特定催化环境中剧烈进行，生物体复杂反应则在常温下受酶催化展开相关反应活动，反应在常规、温和状态下进行。酶的来源有植物、动物、微生物等，其中微生物是酶的主要来源，主要源于微生物种类多、培养容易、酶源丰富，在人工控制下可以大规模应用在生物化工产业中。然而酶存在回收困难、纯化烦琐、稳定性差等应用困难，为解决相关困难在特定环境下将酶与孔隙载体材料，如纤维素、琼脂、海藻盐、聚丙烯酰胺凝脂等材料，通过化学键结合、物理吸附、生物结合等途径结合在一起，加之固定转化技术，实现酶连续催化反应目标，为生物合成产品工业化制造提供催化条件。为规避纯化、提取、固定化过程对酶催化活性带来的不良影响，可采用微生物固定化技术、细胞固定化等技术，在细胞或微生物与酶不分离的前提下，将微生物或细胞整体固定起来，使生物体可通过微生物一步完成反应任务，削减反应流程，体现生物化工新型催化技术的应用价值。

3 生物化工新型生产技术

利用生物化工新型生产技术颠覆传统化学转化模式，拓宽生物化工发展思路，得到全新生产工艺及产品。例如，甘油发酵生产法，在化学原料生产成本不断追加的情况下，可以取代原有提取法、化解法，使甘油生产更加经济高效，相较于传统生产技术，发酵生产法原料来源渠道较为广泛，对设备的要求不高，为此在行业内有广阔的发展前景。经研究发现，可以用于甘油生产的原料有耐高渗压酵母、酿酒酵母等，在技术应用进程中受菌株影响得到不同合成结果。淀粉是发酵法主要原料，技术应用环境有一定优势。我国甘油发酵技术应用水平较高，能生产食品级及药用甘油，然而化学法甘油与发酵法甘油竞争仍然激烈，二者经济性与石油价格呈正相关，在自动化技术、信息技术稳健发展的新常态下，发酵工业将与各类微生物融合，加大甘油发酵代谢研究力度，尤其在基因工程应用、开发高产菌的前提下，将助力生物法甘油生产技术的广泛应用。

作为重要的化工原料，1,3-丙二醇不仅是优质抗冻剂、溶剂、保护剂，还可进行各类化学合成反应，生成聚醚、聚酯、聚氨酯等物质，当前1,3-丙二醇均利用化学法生产，这不仅消耗过多有限资源，还对自然环境带来一定污染，为此，应用生物转化法可以在生产1,3-丙二醇基础上，体现“绿色化学”技术优势，将葡萄糖或甘油及相关可再生资源作为原材料进行生产，不仅可以减少对环境的污染，还能实现高效生产目标，推动生物化工产业的可持续发展[1]。在菌种改造过程中应用基因工程技术，可以拓展生物化工技术应用领域，通过转基因研究微生物，运用廉价底物应用一步发酵法，还可进行两步发酵或微生物混合发酵。

4 生物化工新型材料技术

生物化工技术在探索全新生化工艺的同时，还能制造传统化学制备不能得到的化工材料，通常情况下，生物化工技术加持下的材料生产成本较低，合成率高，显现出传统化工技术无法比拟的技术优势，例如纯旋光异构单体材料，运用4,4'-二羟基联苯以及纯对映体顺-4,5-二羟羧酸内脂等材料进行制造，拓展生物化工新型材料应用广度。在手性药物领域，激素、抗生素、氨基酸、维生素数量较大，运用传统拆分方式无法合成全新手性化合物，为此，在生物化工新型材料技术加持下，可以拓展手性化合物研究领域，实现L-乳酸、L-天冬氨酸、L-苯丙氨酸、L-苹果酸、D-对羟基甘氨酸、D-苯甘氨酸等拆分目标[2]。纤维素降解有生物降解、氧化降解、热降解、酸水解降解、机械降解等途径，酶法水解是较为可行的纤维素降解手段之一，在生物化工技术稳健发展的新常态下，纤维素酶生产与基因工程的融合将日益紧密，在40多种真菌、细胞中通过克隆得到纤维素酶基因，同时可在基因工程加持下构建纤维素酶工程菌，提高纤维素酶活力，为微生物发酵技术、固定化酶等技术发展奠定基础，尤其纤维素水蒸气裂解技术在新能源及化工产业中的应用，将推动我国生物化工产业的稳健发展。