工业生物技术:工业可持续发展最有希望的技术——欧阳平凯院士访谈

——请您简单介绍一下目前工业生物技术发展现状与发展趋势。欧阳院士：工业生物技术是指在工业规模生产过程中运用微生物或酶为催化剂进行物质加工制造的技术．广泛应用于化工、制药、食品、饲料、轻纺、矿产、材料和能源等工业领域。工业生物技术是生物技术发展史上继医药生物技术、农业生物技术之后的第三次浪潮．对于解决人类社会目前面临的资源、能源与环境等诸多重要问题具有重要意义。

生物化工研究现状与发展趋势

综述了化学生物学作为一个化学与生命科学交叉的新兴学科 ,正在世界各国迅速兴起 ,并逐渐成长为未来几十年或更长一段时间内的重要前沿方向。生物化工是 2 0世纪中叶兴起的一项重要的化学工业技术 ,它是建立在高效化学化工技术与生命科学的相互交叉与融合的基础之上 ,充分体现了学科交叉的优势 ,必将引起现代化学化工技术产生革命性的变革。并在全面概述当今化学化工行业的发展现状的基础上 。

辅酶Q_(10)的生产及其应用

本文介绍并综述了目前辅酶Q_(10)生产的各种方法及其应用前景。由于辅酶Q_(10)在医药工业上有极大的使用价值，因而这一产品的研究及开发引起越来越多人的关注。

气升式反应器中三相体系进行半连续操作的气含率和传质特性研究

就出现在细胞培养等气液固三相体系在气升式反应器(ALR)中气含率和传质系数同反应器结构参数、固含量及操作条件之间的关系作了理论推导,在不同结构形式的 ALR 中对空气/0.15NaCl 溶液(内含不同数量的固体颗粒)体系作了实验测定,估计了模型中的待定参数,求出气含率(■)和氧的传质系数(K_Lα):■由此可推算二氧化碳的传质系数,并讨论了反应器高度和气体分布器的影响。

生物制造研究进展

近年来,生物制造(Biological Manufacturing)已成为社会可持续发展的重要途径。合成生物学等生物技术的飞速发展大大提高了生物质原料的利用效率,改善了人工合成生物催化剂性能,为生物制造在医药、材料及燃料化学品领域的应用奠定了良好的基础。本文从医药、材料、燃料化学品方面介绍生物技术的进步给生物制造带来的变革,并对合成生物学在生物制造领域的应用进行展望。

低劣生物质制备生物甲烷的研究进展与展望

我国低劣生物质种类丰富、总量巨大,其中每年产生的城市垃圾、秸秆、禽畜粪便等低劣生物质达到3×109t之多,大量的原料基础为我国生物甲烷开发和利用提供了良好的条件。本文介绍低劣生物质制备生物甲烷在我国的发展现状,发展存在的问题和对策,重点介绍以生物甲烷为核心的一种可以使生物甲烷更加清洁高效、利用全面的环保型能源产业新模式。最后通过能源产业链延伸对生物甲烷利用的广阔前景进行了展望。

固定化细胞处理乙醛和醋酸废水的研究

本文探讨了在流化床内用海藻酸钠包埋的假丝酵母菌对高浓度醋酸、乙醛工业污水的处理效果。研究表明:所用固定化假丝酵母对所处理污水中有机物具较强的分解能力,COD的去除率最高可达95.5%容积负荷为8.43kgCOD/m^3·d。该方法具有工艺简单、高效快速的特点。

木质纤维素原料浓酸水解的动力学研究

以本质纤维素为原料,用硫酸及其盐酸与硫酸之混合酸为水解催化剂,对水解过程进行了模型分析、实验研究及参数估计,确定了其水解反应动力学因子。实验结果表明,在优化的水解条件下(70％(wt)H_2SO_4,50℃,1h),硫酸水解纤维素的得糖率可达87.8％。酸回收可采用电渗析或活性炭吸附分离法。

电渗析及等电聚焦技术在氨基酸分离与纯化中的应用

电渗析技术目前已从海水淡化、纯水制备扩展到化工、食品、医药、废水处理等各个领域。本文着重介绍了电渗析及等电聚焦技术在氨基酸,特别是游离氨基酸的分离制备中的应用。

金属离子对1,6-二磷酸果糖合成代谢流量的影响

本文首次建立了1,6-二磷酸果糖(FDP)合成代谢途径流量模型，并应用该模型求解FDP合成过程中代谢流量分配。研究了NH4+、K+、Mg2+对1,6-二磷酸果糖合成代谢途径流量的分配的影响，结果发现NH4+、K+、Mg2+对代谢途径流量分配均有一定的影响；尤其是在这三者共存的情况下，代谢流量分配发生了重大改变，1,6-二磷酸果糖的累积流量达到41.9，为化学调节1,6-二磷酸果糖的超量生产提供了理论基础。

资源生态化利用中的生物加工过程

自然的生态系统目前正受到现代生产方式的严重挑战,其结果造成能源短缺,资源匮乏,环境污染等问题,对人类生存构成危机。人类需要一种遵循地球生态系统规律的,自然与社会环境协调发展的生态化超现代化生产方式。其核心技术是资源生态化利用。对资源生态化系统中宏观的、介观的和微观的化学和生化过程问题进行初步探讨:宏观尺度上的生态平衡、物质与能量的循环转化,介观尺度上物种进化、繁殖与死亡,生物食物链的形成,微观尺度上生物体内代谢过程中的物质转化与传递等。资源利用生态化的基础是生物加工过程,因此实现资源生态化利用不仅要效法自然的生态系统,还要注重现代工程技术、现代生物技术在生态化系统应用中理论和技术的创新。合理利用生物加工过程可以解决人类面临的资源、能源、环境与健康等重大问题,并实现可持续发展。

产业高端化及其评价指标体系

所谓产业高端化,是指产业从相对"低端"向相对以高科技、高附加值、高智力密集性为特征的"高端"不断攀升的可持续发展过程。产业高端化应该从产业发展状况以及产业发展所需要的外部环境对产业的支撑水平来进行测度。其中,产业发展状况可从产业的规模、结构、质量、竞争等角度分析,而产业支撑水平主要从资源循环利用程度、资源可持续性、环境可持续性以及服务支撑体系来考察。由此形成一套具有系统性、针对性、客观性和可操作化的指标体系,来识别和遴选高端主导产业。

大规模植物细胞培养生物反应器

在已知的3万多种天然物质中有80％来源于高等植物。美国每年从植物中提取的药品总价值和全世界从植物中提取的香料品总价值分别为90和15亿美元。同天然栽培法相比,利用植物细胞培养(PTC)技术生产医药、食品、化妆品等工业用重要化合物具有明显的优点。

加强生物催化与生物转化技术在我国药物源头创新中的应用

随着生物科学的不断发展,生物转化与生物催化技术已逐渐应用于天然产物研究中。生物转化与生物催化技术在活性化合物合成及结构改造、修饰方面有其独特的优势。天然产物是一巨大的先导化合物库,是创新药物研发的宝藏。以天然药物成分库为出发点,运用生物转化等现代生物学技术,开展天然药物的全成分转化研究,辅之以药理筛选,对于形成具有自主知识产权的新药具有重要的意义和广阔的应用前景,也是中药现代化的重要途径。虽然我国在生物转化及天然药物发酵方面的研究工作开展不久,但已取得了一些成绩,有了一定积累。本专栏特邀果德安和余伯阳教授结合各自的研究成果,探讨天然药物活性成分生物转化的研究思路与方法,以飨读者。

气泡塔生物反应器中传热特性的研究

用热探针测定了气泡塔中不同工况的给热系数;推导了一个既可用于牛顿流体;又可用于非牛顿流体的计算气泡塔中给热系数的一般理论模型,其计算值与本文的实验数据、理论分析取得了一致的结果。本工作对分析生物反应器的传热特性有重要意义。

木质纤维素物质水解新技术及应用

包括农作物秸秆在内的木质纤维素物质是地球上最为丰富而且年年可以再生的有机物资源。本文介绍了1种先将农作物秸秆进行连续水蒸汽蒸爆,然后将农作物秸秆加工为酒精、丙酮、丁醇、糖醛和奶牛饲料的工业化新方法(SBC过程)。介绍了SBC过程的核心技木以及该技术在中国、美国、法国、加拿大、芬兰的应用及研究进展。本文还介绍了1种将农作物秸秆水解剩余物——木质素加工为苯酚、苯、燃料油的新方法。指出随着酶工程与分离技术的进展,经济可行的酶水解方法正在实验室中蕴酿,并逐步成熟。

矩形截面气升式环流反应器中非牛顿流体的气含率与传质系数的研究

研究了一种矩形截面气升式环流反应器,用幂律τ=η_ογ~n(n<1)来表示流体流变学特性的变化.在这类反应器中,假塑性非牛顿流体的气含率ε_g与传质系数K_La的变化规律可用半经验关联式表示ε_g=0.2535(η_ο5000^(n-1))^(-0.161)(1+A_d/A_r)^(-0.434)u_(gr)^(0.856-0.161n)K_La=0.0192(η_ο5000^(n-1))^(-0.902)(1+A_d/A_r)^(-1.228)u_(gr)^(1.955-0.902n)并讨论了该类反应器结构及运行状况,流体性质变化时,反应器传质动力学特性、流动特性和操作弹性变化的规律.

大规模植物细胞培养生物反应器

讨论了植物细胞大规模培养的基本特性。根据分析比较了在植物细胞悬浮培养中通常使用的几种生物反应器,包括摇瓶,搅拌式反应器,气升式反应器,转瓶反应器以及带挡板的转瓶反应器,指出综合性能以气升式为最佳。此外还介绍了固定化植物细胞反应器以及生物膜反应器,讨论了大规模植物细胞培养反应器的选择原则。

BOD生物探针仪的研究

采用海藻酸钙包埋异常汉逊酵母,将自行设计的简易流动注射式系统,结合溶氧电极,构成BOD 生物探针仪,对污水进行快速测定。电极响应与污水 BOD 之间有较明显的线性关系,对污水的响应可在30min 内完成,测量高达数千 mg/L BOD_5。固定化细胞的保存寿命在4周以上,测定误差在15%以内。