生物技术化学品概述
生物化工
神奇的生物化工1、什么是生物化工生物化学工程(又叫生化工程或生物化工)是化学工程与生物技术相结合的产物,是利用生物技术(酶、微生物、细胞及细胞组织)结合化学工程原理进行化学品的加工生产过程,是生物技术的重要分支。
2、生物化工的特点:②要以可再生资源作原料;③反应条件温和,多为常温、常压、能耗低、选择性好、效率高的生产过程;④环境污染较少;⑤投资较小;⑥生产目前不能生产的或用化学法生产较困难的性能优异的产品。
3、发展现状目前全球已拥有年销售额大于10亿美元的生物技术产品数10个。
到本世纪末,全球生物化工工业产品销售额可达1伽X〕亿美元。
仅美国从事生物技术制品生产的公司约1300多家,其中较大的生物制药公司有225家,年工业投资达350亿美元。
90年代初,日本生物技术产业总产值占国民经济总值的5%以上,计划至2005年,生物技术创造的产值将是国民经济总产值的10%左右。
生物化工是生物技术产业化的关键,目前生物技术主要在医药、农业及保健食品领域,但是生物化工在化学品的制备中发展是最快的,每年以18%的速度发展,许多过去以化学法生产的化学品如丙烯酞胺等都开始采用生物法生产,可见生物化工在化学工业中的重要作用。
4、发展中存在的问题(1)上游技术中,研究细胞构建技术,提高加工技术效率和扩大其实用性的方法,其中包括基因工程构建技术菌种、筛选和变异等。
(2)大规模细胞培养的工程学。
(3)生物反应器及过程检测与控制技术,主要是大规模细胞培养及酶反应过程的工业装置及测控技术。
5、发展前景与趋势在生物化工的今后发展中学科交叉是发展趋势,生物化工与生命科学、能源及环境科学的交叉将使其更加欣欣向荣,尤其生物化工与生命科学的交叉,是当今生物化工领域的前沿学科,今后十年以生物制药为引领的生物化工工业是生物技术中实现产业化经济的领域。
利用生物技术发展绿色化学工业、开发新能源、实现环境保护,关系到人类的可持续发展,是最潜力的工业。
生物基化学品的研究与应用
生物基化学品的研究与应用生物基化学品是指以天然的有机原料为基础,经过化学或生物技术处理后所制得的一类化学品。
在过去的几年中,随着可持续发展的理念逐渐深入人心,生物基化学品的研究与应用也逐渐成为了研究的热点。
一. 生物基化学品的来源生物基化学品的来源十分广泛,可以从植物、动物、微生物中提取原料,也可以通过生物合成来制备。
植物中含有丰富的生物活性分子,如苯丙素、萜类化合物、植物酚等,这些化合物具有多种生物活性,在医药、化妆品、食品等领域有广泛应用。
动物中的胶原蛋白、壳聚糖、琥珀酸等化学品,也可以被提取和利用。
微生物包括细菌、真菌、海洋微生物等,这些微生物可以分泌出一系列的生物基化学品,如脂肪酸、酮体、酶、多糖等。
二. 生物基化学品的优点相较于传统的石化化学品,生物基化学品具有多个优点。
首先,生物基化学品源自于天然原料,相对环保、无毒、可再生,在环保和可持续发展等方面更符合现代社会的需求。
此外,生物基化学品在生产过程中所产生的废弃物和废气通常比石化化学品的要少,同时它们还能更加有效地循环利用。
其次,生物基化学品具备更好的生物相容性。
由于生物基化学品通常是由天然原材料提取和合成而来,因此它们在组织生物学和医学等领域具有广泛的应用潜力。
最后,生物基化学品还具有更好的性能,如高效、可调性、可逆性、保健性等,这些性能在制造化妆品、医药等行业中尤为重要。
三. 生物基化学品的应用目前,生物基化学品已经应用于多个领域,包括食品、化妆品、医药、能源和材料等。
以下是一些具体的应用案例:1. 化妆品生物基化学品可以被用于制造化妆品,如香水、口红、洗发水和肥皂等。
其中,以植物和动物为原料提取的生物基化学品,更贴近人体自然状态,因此更受消费者喜爱,市场占有率逐年增长。
2. 医药生物基化学品在医药领域中有广泛的应用。
例如,壳聚糖可以用于制造口腔清洁剂、透析颗粒和药物膜等;胶原蛋白被广泛应用于整形美容、伤口愈合等;海洋微生物中的多糖及其衍生物可用于制造抗肿瘤药物和免疫增强剂等。
生物技术概述ppt课件
微生物工程(发酵工 程) :利用生物的生 命活动产生的酶,对 无机或有机原料进行 酶加工(生物化学反 应过程)获得产品的 工业。其主体是利用 微生物进行反应的工 业,处于生物工程的 中心地位。
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这个5个方面的技术并不是各自独立的,它们彼此 之间是相互联系、相互渗透的。其中基因工程处 于核心位置,发酵工程是生物工程的主要终端。
标志:1953年,Watson & Crick 发现了DNA的双螺旋结构, 及其后来DNA重组技术的的发展。
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现代生物技术特征
1)生物技术的多学科性和综合性 2)微生物、动植物作为生物催化剂,有别于化学催
化剂 3)最终目的将生物反应开发成为工业生产的工艺过
程,即生物反应过程(Bioprocess)。
1.1 对科学和技术的理解 科学与技术及工程的关系
人类在实践中发现的客观规律称之为“科学”。当人们运用这些规律 去创造出成果时需要经过三个转化过程。第一个转化是应用规律去发 明一些称之为“技术”的方法和手段(如工具、设备);第二个转化 是运用技术去设计出要求的工作目标,被称为“工程”;第三个转化 是按照设计好的目标去实施之,创造出物质化成果。
态时出现的症状及病变; 四、在人工发病的动物体中又可分离到这种微生物。
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1897年,法国布赫纳(Buchner):任何生物都有引起发酵 的物质:酶
1928年,弗莱明(A. Fleming)发现青霉素,抗生素的工业 化
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现代生物工程技术的崛起与发展 1953年,Watson and Crick DNA 核酸双螺旋 结构,半保留复制
A、燃烧 B、微生物作用: 在常温下湿物质产生:乙醇、沼气 C、碳液 石氢中 油化含 化合有学物碳工:氢业某化的些合各植物种物可原(作材特石料别油代是代 用大用 品戟品 。属或植作物提)取汁 D、光合放氢: 特殊情况下:绿藻、蓝藻、细菌 E、 生有物电电活池性:燃生料物转燃化料为电电池活:性利燃用料酶。或如微甲生醇物、将甲没
生物化学品的化学制备和分离技术
生物化学品的化学制备和分离技术生物化学品在生命科学中具有重要的作用,涉及到许多领域,包括医药、农业、食品、生态和环境等。
这些复杂的物质通常由多种不同的化学成分组成,需要复杂的化学制备和分离技术。
本文将讨论一些生物化学品的制备和分离技术。
一、蛋白质的制备和分离技术蛋白质是生物化学中非常重要的一类生物大分子,对生命的功能和特性具有重要的影响。
制备和分离蛋白质是许多生命科学领域的核心研究之一。
目前常用的蛋白质制备和分离技术包括:1.离子交换色谱法:利用固定在固相上的离子官能团与蛋白质表面带电的基团之间的相互作用来进行分离。
该方法可以针对蛋白质表面的带电情况进行有选择性地分离。
2.透析分离法:将样品放在隔离膜中,通过液体逐渐将分子从高浓度运动到低浓度,从而达到对蛋白质的分离。
透析分离法主要适用于大分子蛋白质的制备和分离。
3.凝胶过滤法:利用不同孔径的凝胶过滤膜使分子在不同孔径下由大到小地分离。
它的特点是对蛋白质不会造成二级结构的影响,适用于大分子蛋白质的制备和分离。
4.亲和色谱法:利用某些生物小分子(例如酶、抗体、核酸等)与查询蛋白质之间的亲和性进行选择性分离。
该方法适用于具有特异性结合亲和质的蛋白质。
二、核酸的制备和分离技术核酸是一种由核苷酸单位组成的生化大分子,它们是蛋白质合成和细胞遗传信息储存的关键生物大分子。
制备和分离核酸的技术包括:1.薄层凝胶电泳法:将DNA或RNA样品在薄凝胶中运动,根据不同大小和轻重形分离。
该方法适用于长链核酸的制备和分离。
2.免疫亲和层析法:利用与待分配的蛋白质或多肽相结合的抗体或配体结合纯化另一个蛋白质或多肽。
该方法适用于具有特异性结合亲和质的核酸。
3.增量式核酸探针法:根据核酸的序列设计一段增量式核酸探针。
该方法适用于对于核酸序列的检测和测序。
三、多肽的制备和分离技术多肽是由几个氨基酸序列组成的分子,这些小分子对于调节生命过程和维持生物机体有着至关重要的作用。
多肽的制备和分离技术包括:1.单向凝胶电泳法:单向电泳法可以将小分子蛋白和多肽分子快速分离。
化学药品的相关知识点总结
化学药品的相关知识点总结化学药品的分类根据其作用方式和化学结构,化学药品通常可以分为以下几类:1. 生化药物:生化药物是通过调节生物体内的生化过程来达到治疗目的的药物。
例如,激素类药物、酶类药物等都属于生化药物。
2. 化学合成药物:化学合成药物是通过化学合成方法合成的药物,它们通常是合成有机分子化合物。
比如常见的头孢菌素类、抗生素类、抗癌药等都属于化学合成药物。
3. 天然药物:天然药物是来源于动植物的天然产物,它们通常是一些具有特定生物活性的化合物。
比如阿司匹林、金霉素等都属于天然药物。
4. 合成生物制剂:这是一类由生物技术合成的药物,通常使用基因工程技术将结构基因插入其他细胞中合成,这类药物包括重组蛋白类药物、基因治疗药物等。
化学药品的作用机制化学药品的作用机制是指药物在人体内的作用方式和生物学效应。
不同的药物有不同的作用机制,常见的作用机制包括:1. 拮抗作用:一些化学药品通过拮抗某些生物体内活性物质的作用来达到治疗目的。
例如,β-受体阻滞剂通过拮抗β-受体而起到降压作用。
2. 拮抗作用:一些药物通过拮抗受体或途径的作用来产生生物学效应。
例如,受体拮抗剂通过阻断神经递质的合成和释放而产生镇痛作用。
3. 激动作用:一些化学药品通过激动某些受体或途径来产生生物学效应。
例如,激动胰岛素受体的药物能够促进葡萄糖的吸收从而降低血糖。
4. 阻断作用:一些药物通过阻断某些代谢途径或生物合成途径来产生生物学效应。
例如,抗生素通过阻断微生物生物合成途径达到抑制微生物生长的作用。
化学药品的副作用和安全性化学药品的副作用是指在治疗疾病的过程中产生的不良反应。
药物的副作用通常是由于药物的作用机制、药物的代谢途径以及个体的差异等因素引起的。
常见的化学药品副作用包括:1. 肝肾毒性:一些化学药品在肝脏或肾脏中代谢失衡引起毒性反应,例如一些抗生素、抗癌药等。
2. 神经毒性:一些化学药品能够引起神经系统的毒性反应,例如一些抗癫痫药、镇痛药等。
生物技术生产大宗化学品
葡萄糖→6-磷酸葡萄糖酸→5-磷酸木酮糖――→ 3-磷酸甘油醛
2.乳酸发酵机理
菌种:细菌和根霉 乳酸细菌发酵分为同型乳酸发酵、异型乳酸发酵 乳酸细菌不能直接发酵淀粉质原料,必须经过糖
化过程,转变为糖质原料才能发酵。
乳酸细菌发酵
同型乳酸发酵 葡萄糖经EMP糖酵解途径降解为丙酮酸,丙酮酸在乳 酸脱氢酶的催化下还原为乳酸。
异型乳酸发酵
C6H12O6 +ADP+Pi→CH3CHOHCOOH+CH3CH2OH+CO2+ATP 乙酰磷酸→乙醇
术,酶是存在于生物细胞中的特殊蛋白质。
微生物发酵工程:菌种的选育、生产,代谢产物的发酵
及微生物的利用
生物化学工程:采用化学工程的技术和方法,设计制造
生物反应器及其分离提纯设备
生物技术生产化工产品的特点
原料为可再生资源
生产过程温和, 常温常压
反应专一性,选择性高
设备同一性
可进行高难度的化学反应
物油粘度 高温裂解法:在热或/和cat下植物油降解,引起化学键断
裂而产生小分子的过程 酯交换法:用一种醇(1~8 个C)置换甘油三酯中的甘油。
酯交换法
CH2-OOCR1 CH-OOCR2 + 3 ROH CH2-OOCR3
R1-COOR R2-COOR R3-COOR
CH2OH + CH-OH
生物柴油制备方法比较
比较项目
酯交换法
超临界法(MeOH) 酶催化法
固体碱法
反应时间 反应条件
催化剂 游离脂肪酸
0.5~8 h 常压、常温~65℃
酸或碱 皂化产品
120~240s >8.09Mpa,>240℃
生物技术生产大宗化学品-郭勤
生物技术生产大宗化学品一、概述⏹生物技术:依靠生物催化剂的作用将物料进行加工生产有用物质的一门多学科综合性的科学技术。
⏹生物催化剂:具有催化作用的生物质细胞或酶的总称,具有高效性、高选择性。
生物质原料⏹生物质:由光合作用产生的所有生物有机体的总称,包括植物、农作物、林产物、海产物…⏹生物质原料特点:✓生物质的使用对环境无CO2净增长;✓生物质可被分解成多种结构的材料;✓由生物质得到的原料含有一定量的氧,减少加氧过程;✓采用生物质作原料,减少对石油等不可再生资源的依赖;✓生物质的生长需大量土地与空间,有季节性。
生物技术分类与应用⏹基因工程:人工方法改组基因,培养新品种⏹细胞工程:细胞融合及由此衍生的单克隆抗体技术⏹酶工程:生物化学的酶学原理与化工技术相结合的技术,酶是存在于生物细胞中的特殊蛋白质。
⏹微生物发酵工程:菌种的选育、生产,代谢产物的发酵及微生物的利用⏹生物化学工程:采用化学工程的技术和方法,设计制造生物反应器及其分离提纯设备生物技术生产化工产品的特点⏹原料为可再生资源⏹生产过程温和,常温常压⏹反应专一性,选择性高⏹设备同一性⏹可进行高难度的化学反应⏹三废污染少化石原料变更趋势以生物质为原料的化学工业是可持续发展的必然趋势Why Biobased301990 2000 2020 2030 2010 2050 2075 2100510152025我国在世界CO 2排放中的比例 (%) Why Biobased● 化石经济付出了巨大的环境代价(白色污染和温室效应等)。
● 生物质具有资源量大,资源与能量可贮存等优点,是实现工业原料多元化、转变对化石资源依赖的重要原料。
生物基化学品正成为全球战略性新兴产业●生物基产品占石化产品总额从2000年的不到1%,增长到2008年的6%,并每年以高于30%的速度增长,生物基塑料更是以38%的速度增长。
● OECD预测:至2030年,将有35%化学品和其它工业产品来自生物制造。
《生物技术概论》课件
生物技术的发展历程
总结词
生物技术的发展历程
详细描述
生物技术的发展可以分为四个阶段。第一阶段是传统生 物技术阶段,主要是利用微生物的自然发酵来生产各种 产品。第二阶段是近代生物技术阶段,主要是利用微生 物的遗传学特性,通过人工选育和杂交来改良微生物。 第三阶段是现代生物技术阶段,主要是以基因工程为基 础,实现了对生物遗传特性的精确控制和操作。第四阶 段是系统生物技术阶段,主要是以系统生物学为基础, 实现对生物系统的整体和全局控制。
蛋白质工程的应用实例
总结词
列举一些蛋白质工程的应用实例,说明其在实践中的 重要性和应用前景。
详细描述
蛋白质工程在实践中的应用非常广泛,包括药物设计 和开发、酶工程、生物传感器、生物材料等领域。例 如,利用蛋白质工程技术可以设计和开发新型药物, 如抗体药物、细胞因子等;在酶工程领域,可以设计 和改造酶分子,提高其催化活性和稳定性;在生物传 感器和生物材料领域,可以设计和制备具有特定功能 的生物材料,用于生物检测和医学治疗等领域。
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基因表达技术
基因表达是将外源基因在受体细胞中实现功能的技术,包括转录和翻 译两个过程,涉及启动子选择、转录调控和翻译后修饰等。
基因工程的应用实例
转基因作物
基因治疗
通过将外源抗虫、抗病、抗除草剂等 基因导入植物细胞,培育出转基因作 物,提高作物的产量和抗逆性。
通过将正常基因导入病变细胞,纠正 或补偿缺陷基因,达到治疗遗传性疾 病和恶性肿瘤等目的。
生物制药
利用细胞工程技术生产药 物,如干扰素、生长因子 等。
组织工程
利用细胞工程技术构建组 织或器官,如皮肤、骨骼 等。
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酶工程
酶工程的定义与原理
生物化工基础知识
生物化工基础知识生物化工是将生物学与化学相结合的一门学科,它利用生物体的活性成分和生物过程来生产化学产品。
生物化工在工业界有着广泛的应用,涉及到生物技术、微生物学、生物反应工程等多个领域。
本文将介绍生物化工的基础知识,包括相关概念、应用和发展前景。
一、概念生物化工是一门综合性学科,它融合了生物学和化学的理论与方法。
生物化工的研究对象是微生物、细胞和酶等生物体,通过利用它们的代谢过程和生物催化作用来合成化学品。
生物化工主要包括发酵工程、生物分离与纯化、酶工程等方面的内容。
二、应用1. 生物药物生产:生物化工在生物药物的生产中发挥着重要作用。
通过利用细胞培养和发酵技术,可以大规模生产各种生物药物,如抗体、蛋白质药物等。
生物药物具有高度的特异性和生物活性,对于治疗疾病有着独特的优势。
2. 生物能源:生物化工可以利用生物质资源来生产生物燃料和生物气体等可再生能源。
通过发酵技术,将生物质转化为乙醇、生物柴油等能源产品,可以减少对化石燃料的依赖,节约能源资源。
3. 环境保护:生物化工在环境保护方面有着广泛的应用。
例如,污水处理中可以利用微生物来降解污染物,净化水质;生物降解技术可以处理有机废弃物,减少环境污染。
三、发展前景生物化工是一个快速发展的领域,具有巨大的潜力和广阔的前景。
1. 新药研发:随着生命科学的不断发展,生物化工在新药研发中将扮演重要角色。
生物化工可以用于合成药物的中间体和活性成分,为新药的研发提供技术支持。
2. 工业生产的绿色化:生物化工可以减少化学合成的副产物和废物,降低对环境的污染。
随着环保意识的增强和法规的推动,绿色工艺将成为未来工业生产的重要方向。
3. 生物能源的开发利用:生物能源是替代传统化石燃料的一种重要手段。
生物化工可以通过提高生物转化效率和降低成本,推动生物能源的大规模商业化应用。
总结生物化工作为生物学和化学的交叉学科,具有广泛的应用前景。
它在生物药物、生物能源和环境保护等领域发挥着重要作用,同时也面临着许多挑战。
生物化学试剂(2024)
引言概述:生物化学试剂是在生物学,化学和医学研究中广泛应用的关键工具。
它们能够用于在实验室中模拟和研究生命系统的各种活动和过程。
生物化学试剂的种类繁多,涵盖了从基本的有机和无机化合物到高级的生物大分子和酶。
在本文中,我们将深入探讨生物化学试剂的相关知识,结合其在科学研究和临床应用中的重要性,以及一些常见的生物化学试剂的用途和特点。
正文内容:1.生物化学试剂的分类1.1有机化合物1.1.1碳水化合物1.1.2脂肪和类脂1.1.3氨基酸和蛋白质1.2无机化合物1.2.1盐类1.2.2酸碱试剂1.2.3金属离子试剂1.3生物大分子1.3.1DNA和RNA1.3.2蛋白质和多肽1.3.3酶和酶底物2.生物化学试剂在科学研究中的应用2.1分子生物学研究2.1.1DNA/RNA扩增和测序2.1.2蛋白质表达和研究2.1.3细胞培养和激素研究2.2生物化学分析2.2.1色谱和质谱分析2.2.2光谱分析2.2.3色素检测和酶动力学2.3细胞和组织学研究2.3.1细胞染色和显微镜技术2.3.2细胞培养试剂2.3.3组织切片和标记试剂3.生物化学试剂在临床应用中的意义3.1临床诊断3.1.1血液和尿液分析试剂3.1.2诊断试纸3.1.3病原体检测试剂3.2药物开发和治疗3.2.1新药筛选和优化3.2.2药物代谢和解毒试剂3.2.3药物载体和控释试剂3.3小分子治疗和检测3.3.1大肠杆菌和酵母菌表达系统3.3.2抗体和蛋白质纯化试剂3.3.3荧光和化学探针4.常见生物化学试剂的用途和特点4.1PCR试剂盒4.1.1DNA扩增和PCR技术4.1.2群体和个体基因分型4.1.3试剂盒配套和优化4.2蛋白质纯化试剂盒4.2.1亲和层析和凝胶过滤4.2.2基于柱的纯化方法4.2.3高效和选择性纯化试剂4.3免疫检测试剂盒4.3.1抗体检测和免疫组化4.3.2速度和灵敏度优势4.3.3背景噪声和特异性问题5.生物化学试剂使用的注意事项和质量控制5.1储存和保存5.1.1防潮和避光5.1.2冷冻和冷藏5.1.3分装和标记5.2试剂配制和稀释5.2.1纯化和分析方法5.2.2质量和浓度控制5.2.3标定和标准曲线5.3安全和环保意识5.3.1个人防护和实验室规范5.3.2废液处理和废弃物管理5.3.3试剂包装和运输标准总结:生物化学试剂作为科学研究和临床实践的重要工具,在促进生物学、化学和医学领域的发展方面发挥了至关重要的作用。
生物技术和生物制药
野外徒步运动基础知识徒步运动,根据穿越区域的不同,可以分为很多分类徒步。
但是徒步在大多数情况下是在城郊和乡村间进行。
正确的了解徒步运动,还需要有效的有力的知识做基础,才能完完全全去参与其中。
1、登山杖的重要性对于户外徒步的驴友来说,在行进的时候如果能有根登山杖与你同行,能为你带来不少便利。
如果没有,当然也可以就地取材地用树枝、木棍代替。
当你在凹凸不平的山路上前进的时候,登山杖可以保持你的身体平衡,避免一些摔倒或磕磕绊绊的发生;过河的时候,登山杖等于你的身体又增加了支点了,有利于在湍急、湿滑的河流中保持平衡;上坡的时候,登山杖可以帮助你的脚助力,下坡时可以帮助减少膝部的震动,减少对身体的伤害;走在有灌木丛的山路上时可能会有蛇,这时可以用登山杖在前面探路,起到打草惊蛇的作用;虽然不是丐帮,但是有了登山杖,就等于你也有了一根打狗棒,逢村过寨的时候,你可以用它来对付野狗;休息时可以用登山杖把地席支起来做一个简易的遮阳棚来遮避太阳;有的登山杖还可以作为照相机的独角架使用,在徒步的同时,如果你还有摄影的爱好,这种登山杖是个不错的选择。
2、驴友要有方向感,要随时知道自己的位置与方向安全第一是户外轻松徒步的前提。
在野外,如果不小心迷路了,可不是一件小事。
为了避免迷路,除了跟经验丰富的领队、向导活动外。
作为每一个参与者在徒步的时候,还需要多留心,注意徒步过程中明显的自然标志,清楚自己的位置与方向;如果队伍中这样细心的有好多,一旦迷路也一般能回到来时的路上。
一般驴友们徒步的地区,大都有当地人活动,可以根据小路的大小或有无经常走动的痕迹来进行判断;如果你徒步的路线曾经是热点路线,可以留意路上是否有一些先行徒步爱好者留下的路标;如果没有携带指南针,在有太阳的时候,结合时间,可以通过看自己的影子,来知道自己大概的前进方向;驴友在徒步的时候,最好带只手表,这样对时间能有一个清晰的概念,徒步的时候要尽量避免走夜路。
3、行走姿势调整在长途行走过程中,不要大步向前,而是采用小碎步前进的方式,要知道步幅大是利用腿部肌肉的爆发力,这毕竟是有限的。
生物质精细化学品
生物质精细化学品近年来,化石资源日趋紧张、生态环境日益恶化的现实制约着现代工业化经济进程。
通过开发新的化学、生物方法,以可再生生物资源为基础原料生产化学品、材料与能源的新型工业模式--生物炼制产业,成为可持续的化学工业和能源经济转变的重要手段。
一、生物质精细化学品应用越来越广泛生物基化学品泛指以生物质为原料,通过生物或化学方法生产的化学品,是该中心的重点研究方向之一。
利用生物质资源,发展生物质化工产业,成为化学工业可持续发展的必然趋势。
目前生物质化工在全球刚刚起步,世界各国都很重视该产业的发展。
化学工业是21世纪全球最大的制造行业之一。
目前包括石化、能源、冶金和水泥在内的重化工工业是美国、日本和欧洲发达国家最主要的盈利或创汇的工业,仍将高速发展20年左右。
重化工工业的发展,使全球化学工业面临越来越大的资源和环境压力,化解这些压力,生物质化工无疑成为未来发展方向。
后化石经济时代的物质生产必须依赖生物质来替代化石资源。
美国已提出2020年50%的有机化学品和材料将产自生物质原料。
开发生物质化工平台技术,促进生物质的有效利用,成为资源综合利用领域的研发热点。
据介绍,生物质化工平台技术一般包含生物质酸/酶水解生成可发酵糖技术;将可发酵糖转化为C1-C6平台化合物的生物转化技术;再把C1-C6平台化合物转化成现代化工技术和产品工程的工业成熟技术。
目前生物质化工原料主要有淀粉质原料、糖蜜类原料和木质纤维素原料等。
生物质精细化学品由于具有生产过程环境友好和产品可降解等特性,正得到越来越广泛的应用。
生物质原料精细化学品经过20余年的培育和发展,目前正逐步形成产业集群。
生物资源为原料制备的精细化学品种类繁多,在世界范围受到关注、可规模生产的主要有糖基生物质精细化学品、淀粉类精细化学品等,纤维素/半纤维素精细化学品、木质素精细化学品和油脂类精细化学品等的发展也很快。
1 变性淀粉淀粉是多糖家族中产量最大的一种,由其制备的各种助剂广泛应用于造纸、纺织、食品、饲料、医药、日化、石油化工等行业。
生物技术(科技)研究概述
生物技术(科技)研究概述1. 定义生物技术是一种利用生物系统、生物体或其组件进行技术创新和工程化的科学。
它结合了生物学、化学、物理学、计算机科学和工程学等多个学科的知识和技能,旨在解决复杂的社会、环境和医疗问题。
2. 发展历程生物技术的发展历程可以追溯到几千年前。
然而,真正意义上的生物技术研究始于20世纪初。
自从那时起,生物技术取得了许多重大突破,如基因工程、细胞工程、蛋白质工程、代谢工程和合成生物学等。
3. 主要研究领域3.1 基因工程基因工程是一种通过改变生物体基因组成的技术。
它利用限制性内切酶、DNA连接酶和载体等工具,实现对生物体基因的操作。
基因工程技术在农业、医药和工业等领域具有广泛应用。
3.2 细胞工程细胞工程是一门研究如何通过细胞水平的技术手段改造细胞、组织和器官,以获得特定产品或达到某种生理功能的学科。
细胞工程包括动物细胞培养、植物组织培养、核移植和干细胞技术等。
3.3 蛋白质工程蛋白质工程是一门研究通过基因修饰或基因合成,对现有蛋白质进行改造或制造新的蛋白质,以满足人类生产和生活的需求。
蛋白质工程在药物开发、生物材料和生物催化等领域具有广泛应用。
3.4 代谢工程代谢工程是一门研究如何通过调控生物体代谢途径,实现对生物制品的生产、能量利用和废物排放等方面的优化的学科。
代谢工程在生物技术产业具有广泛应用,如发酵过程优化、生物制药和生物能源等。
3.5 合成生物学合成生物学是一门研究通过系统生物学方法,设计和构建新的生物系统,以实现特定功能的学科。
合成生物学在生物制药、生物材料、生物传感器和生物计算等领域具有广泛应用。
4. 应用领域生物技术在农业、医药、环保、工业和能源等领域具有广泛应用。
例如,生物技术可以用于开发高产、抗病、抗逆性强的农作物;制备高效、安全的生物药物;处理工业废水和生活污水;生产生物燃料和生物化学品等。
5. 挑战与前景生物技术研究面临着伦理、安全、资源和环境等方面的挑战。
生物基化学品
生物基化学品生物基化学品是指以生物学和化学知识为基础,以生物技术和化学技术等复杂技术为工具,利用生物和化学过程制备出来的含有多种化学组分的新型物质及其制品,包括抗生素、激素、抗病毒药物、手性药物、生物碱类、细胞外酶、精准分子诊断抗体、催化剂、保健品、生物抑制物质及化学试剂等。
生物基化学品具有种类广泛、结构复杂、制备技术先进、性能独特、制备成本低、生产周期短等优点,在医药、农业、食品、环保、能源等多个领域表现出来的作用日益受到重视。
生物基化学品的研究已经有很多成果,其中以抗生素和抗病毒药物的研究最为突出。
如以脂多糖、多糖聚糖、核酸类物质、蛋白质、细胞外酶等作为制备抗生素或抗病毒药物的原料,已经取得了令人满意的效果。
此外,生物基化学品在精准分子诊断、生物发酵过程中也有重要作用,可以有效提高诊断准确性和效率。
可以制备出抗体、抗原、抗血清等用于诊断的生物高分子物质,以及催化剂、细胞因子、抗原、抗体、抗病毒物质等可以用于生物发酵过程中的生物基化学品,从而节省能源和原料,提高生产效率。
此外,生物基化学品还在植物保护、药用植物、畜牧养殖、动物药物制备等领域处于领先地位。
如能从植物中提取有效抗虫、抗草等生物活性物质或从动物中提取抗菌、抗肿瘤、免疫调节等重要药用物质,帮助植物和动物免受害虫的侵扰,增强动物免疫能力,以及提升动物的饲料利用效率。
另外,在化工行业中,生物基化学品也发挥着重要作用。
如可以利用生物基化学品开发新的重要化学品,如合成抗腐蚀、抗氧化、抗气味的新型化学品。
综上所述,生物基化学品的研究具有重大的意义,对维护我们的健康、改善生态环境、提升农业产量、改善工业生产水平和增加生产率都具有重大的作用。
因此,政府应当加大对生物基化学品的研究和开发力度,以推动健康、环保、能源和其他领域的发展。
生物化学品
•
水合酶
己二腈
(Adiponitrile)
氰基戊酰胺
(Cyanovaleramide)
除草剂
(Herbicide)
例三: 尼克酰胺
• 水合酶
• 烟酸腈
(Nicotinonitrile)
尼克酰胺
(Niacinamide (Vitamin PP))
Lonza scale: >3000 tons/year 我国广东合资企业 (约1000 tons/year)
已大量生产的PHA的结构
O
—[CH—CH2—C—O] n—
CH3 O
R=甲基,PHA=聚羟基丁酸酯(PHB) 第一代商业化的PHA
—[CH—CH2—C—O]n— R=乙基,PHA=聚羟基戊酸酯(PHV) C2H5
O
O
PHA共聚物PHBV
—[CH—CH2—C—O]a——[CH—CH2—C—O]b—
CH3
着聚氨酯产品的快速发展,将极大的刺激己二酸产品市
场的发展。
传统化学法生产工艺
己二酸
生物法新工艺
Fig.4
以葡萄糖为原料生物转化为己二酸
•
Cell Apidic acid
• Glucose
• [Frost, John, Chem. Eng. (Rugby, Engl.) (1996), 611, 32-35]
Cited from Bramucci, et al. Terephthalic acid producing proteobacteria. United States Patent 6461840, 2002.
2. 生物法生产己二酸
• 己二酸(adipic acid)是最重要的脂肪族二元酸,主要用 于制造尼龙66纤维和尼龙66树脂,聚氨脂泡沫塑料,还 可用于医药等方面。随着尼龙66工业的发展,特别是随
工业生物技术与化学工程
石油化工:石油炼制、石油化工产品生 产等
环境工程:废水处理、废气处理、固废 处理等
精细化工:化妆品、药品、食品添加剂 等精细化工产品的生产
材料工程:高分子材料、复合材料、纳 米材料等
生物化工:生物质能源、生物基化学品、 生物制药等
过程控制与优化:过程模拟、过程优化、 过程控制等
绿色化学:减 少环境污染, 提高能源利用
效率
生物化工:利 用生物技术生 产化学品,提 高生产效率和
环保性
智能化:利用 人工智能、大 数据等技术提 高生产效率和
质量控制
纳米技术:开 发新型材料和 工艺,提高产 品性能和功能
优势:化学工程可 以解决许多工业问 题,如能源、环境、 材料等
,
汇报人:
CONTENTS
PART ONE
PART TWO
定义:工业生物技术是指利用生物技术手段,如 基因工程、细胞工程、酶工程等,对生物进行改 造和利用,以生产各种工业产品。
分类:工业生物技术可以分为生物制药、生 物能源、生物材料、生物环保等领域。
生物制药:利用生物技术手段,如基因工程、细 胞工程等,生产各种药物,如疫苗、抗体、药物 等。
优势:化学工程可 以提高生产效率, 降低生产成本
挑战:化学工程 需要面对环境污 染、安全等问题
挑战:化学工程需 要不断更新技术, 适应市场需求
PART FOUR
生物催化:利用生物酶进行化学反应,提高反应效率和选择性 化学工程:利用化学反应原理和设备进行大规模生产 生物催化与化学工程相结合:提高反应效率,降低能耗,减少污染 应用领域:生物制药、生物燃料、生物材料等
生物材料:利用生物技术生产的材料,如生物塑料、生物纤维等
合成生物学在生产化学品中的应用
合成生物学在生产化学品中的应用合成生物学是一项新兴的研究领域,它将生物学、化学和工程学的知识和技术融合起来,旨在通过设计和构建合成生物系统,实现人工合成复杂的生物分子,甚至是生物体。
随着科技和生物学的迅速发展,合成生物学的应用范围也越来越广泛,其中之一便是在生产化学品的过程中发挥作用。
在过去,化学品的生产通常依赖于化学合成的方法,这些方法往往产生大量的污染物和废弃物,不仅对环境造成了严重的影响,而且也会消耗大量的能源和资源。
相比之下,合成生物学技术具有高效、低能耗、低污染等特点,因此被越来越多的企业采用。
一种重要的化学品就是生物质化学品,它是一种利用植物、动物等生物质作为原料,通过发酵、酶法或其他方法来生产新型化学品的方法。
生物质化学品目前已成为可再生资源转化为低碳经济和环境友好产品的重要途径。
而合成生物学技术则可以加速这个过程。
生物质的组成非常复杂,它主要由三种复杂的环糊精、纤维素和木质素组成,这三种化合物也是生产生物质化学品常用的原料。
合成生物学可通过对生物基质成分的了解和对微生物及其代谢途径的详细研究,建立理论模型和实验操作流程,从而设计和构建出特殊的微生物合成系统。
其中,基于生物质的化学品生产系统首先需要一个高效的生物质降解系统。
微生物通常可以通过于生物质成分的酶解作用将生物质分解成较小分子,进而在能量代谢途径中转化为化学品。
而利用合成生物学技术可以进行途径的优化,使得微生物群体更快、更高效地将生物质转化为所需产物,并最大限度地减少生产过程中产生的废水、废气和其他排放物的排放。
相比化学合成的过程,合成生物学技术具有更加可控的优势,对生物基质的利用率相对较高。
通过合成生物学技术的应用可以实现更为智能化和定制化的生产过程,从而更好地满足市场需求,提高生产效率和产品的质量。
不过,合成生物学技术也存在着一定的局限性和挑战,例如微生物发酵过程容易发生污染,因而需要做到无菌发酵和加强生产过程的安全性和可控性等。
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124.56
78.65
其他 公用工程
原材料
美国、德国、中国的生产成本分别为229 美分、258美分、 206美分,
平均售价分别为美国341美分,德国402美分中国301美分,三个地区生 产成本占总价分别为 67%、64%和68%,三个地区中国成本最低,但售
价也最低 。
谷氨酸(Glutamic Acid)
柠檬酸(Citric Acid)
45 40 35 30 25 20 15 10 5 0
万吨
北美 1.7 2.2
西Hale Waihona Puke 2.6 2.6中国 0 0.7
其他 药品和化妆品 家用清洁剂 食品和饮料
7.2
21.4
8.5
24.4
0
19.2
因为柠檬酸有温和爽快的酸味,普遍用于各种食品、饮料等食品的制造。
采用柠檬酸或柠檬酸盐类作助洗剂,可改善洗涤产品的性能,柠檬酸属于 果酸的一种,主要作用是加快角质更新,药用主要是血液抗凝剂。
工 业 用 途 民 生 用 途
PVC线材、 阻隔材、发泡材 EVA发泡材
TPU 鞋材/管材/包材 EVA鞋材 SEBS 瓶盖阻隔材、发泡材
ABS组件外壳 PP组件线材/组件膜 PBT-PET 充电器外壳
软质
硬质
乳酸(Lactic Acid) PLA制造厂商: 聚乳酸生产商 年产能
Nature Works (美国)
聚羟基脂肪酸酯(PHA)
聚羟基脂肪酸酯(PHA)
地区 北美 西欧 中国
公司 Telles Krailling 宁波天安生物材料有限公司 深圳意可曼生物科技有限公司 天津格林百奥材料科技有限公司
产能(万吨) 5 0.005-0.01 0.5 0.5 1
Telles是ADM和其他 一家公司的合资公司,Krailling主要做均聚树脂, 还在做中试。中国有3家生产企业,规模从千吨到万吨不等。宁波天安和 深圳意可曼主要做PHBV树脂,天津格林百奥在2010年得到过DSM2亿 美元的风投,主要做PHB树脂。
乳酸(Lactic Acid)
18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
万吨
北美
1.57 1.03 4.62 8.75
西欧
3.2 0.57 2.66 1.61
中国
1.34 0.7 2.48 0
其他
化妆品、医药 食品和饮料 PLA
乳酸可保持产品中的微生物的稳定性、安全性,同时使口味更加温和, 作为精心调配的软饮料和果汁的首选酸味剂。另外乳酸还要以配制成药物 或是保健品。
北美和西欧的生产企业主要是一些大中型企业,像ADM、嘉吉、
Jungbunzlauer等,SA Citrique NV是DSM的子公司,这些企业一般
扮演的为原材料的供应商,下游客户一般是大客户和进一步深加工的企业。 与此不同的是中国有21家生产企业,规模从万吨到几十万吨不等,生产 企业多且分散。
柠檬酸(Citric Acid)
用作其他食品,20%用于洗涤剂,其他10%用于制药,化妆品,化工等行业。预计未
来继续保持强劲增长,尤其看中中国,中东和大多数发展中国家。
主要产品概述
谷氨酸(Glutamic Acid):全球用量287万吨,产值为41.4亿美元。用量最大为 中国,其次为日本。亚洲生产全球产量91%,中国占80%。主要使用为味精,其 次在医药,化妆品,饲料和化工中也有一定的使用量。 乳酸(Lactic Acid):包括盐及其酯,全球38吨用量,产值8.2亿美元。用量较大 的为北美、西欧及中国。下游用量最大的主要为聚乳酸(PLA),聚乳酸应用最
6.3
16-18 8-9 8
Evonik Rexim S.A.S
VitaLys I/S 中国 安徽丰原生物化学股份有限公司 长春大成生化工程开发有限公司
20
1 4 1.5
希杰(聊城)生物科技有限公司
东方希望夜集团 广东肇庆星湖生物科技有限公司 广西归元赖氨酸有限公司
4
2 3 1
牡丹江鲁锦生公有限公司
谷氨酸(Glutamic Acid)
地区 北美
公司 Ajinomoto Food Ingredients LLC Cargill Inc Jungbunzlauer Canada Inc Tata & Lyle Inc
产能(万吨) 3.8 9.8 4 6 8 5 13 3 4.5
西欧 中国
Ajinomoto Foods Europ SAS 苏州天水味精食品有限公司 山水信乐味精有限公司 浙江蜜蜂集团有限公司 珠海市益力集团有限公司
在美国,赖氨酸的主要用途是动物饲料,几乎占99%。赖氨酸是猪和家 禽饲料中重要的营养补充物。次要用途包括其他类型的饲料牲畜和其他使 用(药物、肠外营养、维生素制剂、营养与运动产品)。 在西欧,赖氨酸的主要用途是饲料添加剂。在数量方面,猪饲料是的最大
的终端使用,肉鸡和饲料的第二和第三。其他动物饲料(鱼,兔子,宠物
丙交酯去除
Lactide Removal
固 态 制 程
造粒 (切粒)
Granulating/ Pelleting
干燥
Drying
初级聚乳酸
PLLA/ PDLA
乳酸(Lactic Acid) 聚乳酸生质材料在工业及民生领域可取代的发展机会:
P C计算机外壳/ 充电器外壳/计算机屏幕 HIPS 成品外壳/螺线圈/卷板 PC/ABS打印机/计算机屏幕
乳酸(Lactic Acid)
300 美分/Kg
250 130.65 85.29 18.58 100 120.89 117.12 22.59 12.71 其他 公用工程
200
111.58
150
原材料
50
105.72
0 美国 德国 中国
美国、德国、中国的生产成本分别为251 美分、270美分、 203美分, 平均售价分别为美国318美分,德国356美分中国261美分,三个地区生 产成本占总价分别为 79%、76%和79%,三个地区中国成本最低,但售 价也最低 。
乳酸(Lactic Acid)
地区 北美
公司 Archer Damiels Midland Company(AMD) NatureWorks LLC Plarco Inc Purac America Inc
产能(万吨) 3 18 _ 3.5 3/1(盐) 2(盐) 2(盐) 30.9
西欧
Galactic S.A. Purac Biochem bv Purac Biochem S.A.
食品和小牛的牛奶替代品)较小。总体上,这些应用占用量99% 。 几乎所有在中国的赖氨酸都进入家畜饲料。单一用量最大是饲料肉鸡,蛋
鸡饲料和猪也消耗大量的赖氨酸。其他消费包括药品,强化食品和化妆品
几乎可以忽略不计 。
聚羟基脂肪酸酯(PHA) 聚羟基脂肪酸酯(PHA):是多种细菌合成的一种细胞内聚酯,在生物体内 主要是作为细胞内碳源和能源的贮藏性物质而存在。
中国
15家
北美和西欧的生产企业主要是一些大中型企业,像ADM、NatureWorks 等, NatureWorks是刚开始是由DOW和嘉吉合资的,后面变成帝人和 嘉吉合资,最后成为嘉吉的全资公司。与此不同的是中国有21家生产企 业,规模从百吨到万吨不等,生产企业多且分散。
乳酸(Lactic Acid)
允友成(宿迁) 三井化学(日本)
15万吨
1万吨合成 (L和D型),4万吨改性(一期) 2万吨 (L型)
光华伟业(中国)
海正生物(中国) 上海同杰良(中国) Synbra (荷兰) Futerro(比利时) Sulzer(瑞士) 备注: L型为低阶, D型为高阶
1000吨(L型)
5000吨(原为2500吨,2015年增加) 1000吨 (建设中) 5000吨(发泡级,自用) 1500吨 1000吨 (L型,为展示厂)
200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0
万吨
北美
西欧
中国
其他 调味品 汤
1.11
1.14 1.26 1.31 1.9
0.75
0.46 3.92 1.23 0.7
0.15
0 0 0 189
方便食品
餐饮
主要用来生产味精。中国已成为全球最大的谷氨酸生产国和消费国,中国 生产了世界上73%的谷氨酸,消费量占全球的67%。
1.5
北美和西欧的生产企业主要是一些大型企业,像味之素、ADM、赢创等, 中国企业产能不大。
赖氨酸(Lysine)
400 美分/Kg 350 300 250 200 150 100 161.25 50 0 美国 德国 中国 19.43 23.66 16.71 155.1 187.25 133.64
聚羟基脂肪酸酯(PHA)
400 美分/Kg
350
300 250 200 150 33.72 100 50 107.14 121.32 152.67 110.57 41 25.01 94.51 186.84
北美和西欧的生产企业主要是一些大中型企业,像味之素、嘉吉、
Jungbunzlauer等,中国有4家生产企业。
谷氨酸(Glutamic Acid)
300
美分/Kg
250
200 100.39 150 13.2 100 50 0 美国 德国 中国 116.04 118.03 117.7 16.1 10.07
柠檬酸(Citric Acid)
地区 北美
公司 Archer Damiels Midland Company(ADM) Cargill Inc Jungbunzlauer Canada Inc Tata & Lyle Inc