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  • 我國生物化工產業發展前景良好

        近年來,全球生物化工技術發展迅猛,我國對生物化工產業的發展也十分重視,這在中國化工學會年會上也得到了體現。200余篇科研論文、3個分論壇、300余名參會者,這組數據讓生物化工分會場成為年會當之無愧的人氣之星。乳酸、丁醇、環氧氯丙烷等熱門產品的研發成果紛紛亮相;納米酶催化劑、微生物脫硫也展現出良好的應用前景。
        乳酸研究各具特色在生物化工論壇上,涉及乳酸的科研報告數量最多。乳酸是三大有機酸之一,被廣泛應用于食品、釀造、醫藥、皮革、卷煙、化工和印染等行業,但目前較高的生產成本阻礙了其應用規模的擴大。利用廉價基質生產乳酸、提高乳酸品質、降低生產成本成為乳酸工業化生產的重要研究方向。
        北京市生物過程加工重點實驗室用提油米糠作為發酵原料,從鈣鹽發酵液出發,對下游分離純化工藝進行研究,優化并確定了以微濾、超濾、脫色、離子交換等為主體的工藝路線,整體收率86.5%,產品純度83%—85%,產品物化指標均達到國標食品級L-乳酸標準。該工藝在降低乳酸生產成本的同時,還以含有豐富蛋白和半纖維素的米糠水解殘渣為原料,開發出了蛋白飼料,實現了米糠的綜合利用。
        L-乳酸生產主要采用發酵法,細胞固定化技術有助于保持菌體的催化活性并可反復使用,有利于提高乳酸的時空產率,縮短發酵時間。北京化工大學生命科學與技術學院采用甜高梁秸稈作為固定化載體材料,對相關參數進行優化,制備出性能優良的固定化菌體,用于L-乳酸的固定化發酵生產。研究結果表明:相比于游離細胞批次發酵生產乳酸,甜高梁秸稈載體固定化批次發酵的時間縮短40%~50%,產酸速率提高約1倍。
        聚乳酸疏水性強、機械強度低、性脆,研究者對其進行了改性研究以提高性能,擴大應用。然而,聚乳酸改性聚合工藝中使用了有機金屬催化劑,這為其在醫藥及食品行業的應用帶來了安全隱患。綜合考慮性能與安全問題,南京工業大學科研人員采用磺酸型陽離子交換樹脂/乳酸鋅復合催化體系催化乳酸與L-絲氨酸共聚,制備出高生物活性的乳酸一絲氨酸共聚物(PLSA)并有望用于醫學領域。
    構建丁醇一乙偶姻聯產模式乙偶姻是一種應用廣泛的食用香料;在涂料、制藥和IT行業也有重要應用;丁醇廣泛用于各種塑料和橡膠制品中,也是合成丁醛、丁酸、丁胺和乳酸丁酯的原料,南京工業大學生物與制藥學院的科研人員在這二者間架起了聯產的橋梁。
        據介紹,在發酵法生產丁醇的過程中,傳統上對丁醇發酵液進行分離提純時只提取丙酮、丁醇和乙醇三種組分,使生物法丁醇的成本居高不下。該院科研人員通過選用一種超高交聯樹脂作為吸附介質,從丁醇發酵液中分離出了乙偶姻。實驗證明該樹脂重復性好,適于乙偶姻的工業化分離,使丁醇一乙偶姻聯產成為可能。業內人士認為,這項研究在一定程度上緩解了發酵法丁醇的成本壓力,同時提高了副產物乙偶姻的利用價值,值得嘗試。
        甘油法環氧氯丙烷引關注手性環氧氯丙烷是一種重要的手性合成子和醫藥中間體,在手性藥物及精細化工合成領域具有十分重要的應用前景。近年來,隨著生物柴油產業的興起,副產物甘油大量產生,造成了國內甘油過剩和價格下跌。因此,甘油法環氧氯丙烷生產工藝開始受到關注。
    浙江工業大學生物工程研究所通過研究甘油的化學加鹵、二氯丙醇的生物脫鹵和外消旋環氧氯丙烷的酶法不對稱拆分,利用鹵醇脫鹵酶和環氧化物水解酶生產手性環氧氯丙烷,為以甘油為原料生產手性環氧氯丙烷的工業化奠定了理論基礎。該工藝既能減少我國對石油的依賴,又能促進生物質能源產業的順利發展,具有巨大的經濟和社會價值。
        納米酶提速醫藥化學品合成將自然界的酶運用于化學工業以提高產品純度、縮短生產工藝、簡些復雜結構化學品而言是理想的途徑。然而,化工設備操作環境往往與酶的生理環境迥異,制約了酶催化在化學工業中的應用。納米技術的出現為構建酶催化劑提供了新契機。  
        清華大學化學工程系從納米材料與酶分子、反應介質、底物這三方面的相互作用入手,揭示了納米材料對酶催化的調控作用;探索了不同類型的含酶納米結構的形成,豐富了納米酶催化劑的制備技術;探討了酶催化在有機相催化合成精細化學品、藥物分子和中間體等實際過程中的應用。科研人員將脂肪酶納米凝膠、脂肪酶一無機晶體雜化納米花催化劑、有機相可溶解可復用的智能脂肪酶納米催化劑應用于多種藥物分子后發現,與現有化學合成法相比,酶催化簡化了合成步驟、提高了產品純度和反應收率,在醫藥化學品的綠色合成方面有良好的應用前景。
        微生物氣體脫硫有前景與物理脫硫和化學脫硫相比,生物硫氧化具有條件溫和、無二次污染、脫硫率高、適用范圍廣等優點。中科院過程工程研究所開展了硫氧化菌篩選及生物硫氧化過程研究,探索了生物硫氧化在高含硫酸鹽廢水處理和煙氣生物脫硫脫氮中的應用。
        他們針對生物硫氧化產單質硫反應的要求,設計了新型上流式內雙循環生物反應器,利用篩選到的硫氧化菌優化了脫硫過程,利用實驗室篩選的嗜鹽嗜堿性硫氧化菌建立了硫酸鹽還原一硫化氫吹脫一生物硫氧化及硫回收工藝。當進水硫酸鹽濃度為4000mg/L時,硫酸鹽脫除率大于90%,硫化物脫除率達到99.2%以上,硫單質生成率達90.4%。他們還利用厭氧濾床和氣升式流化床建立了煙氣生物脫硫脫氮系統。研究表明,生物硫氧化工藝在沼氣脫硫、天然氣脫硫、煙氣脫硫和高含硫酸鹽廢水處理等領域具有重要應用價值。 



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