973标书-工业生物技术的过程科学基础研究2007CB714300

973项目标书工业生物技术的过程科学基础研究

年度：2007-2011

首席科学家：谭天伟

【研究内容】

·学术思路

过程工程科学问题是我国生物技术产业化的关键。本项目将以可再生生物质为原料进行大规模生物转化合成大宗化学品为主线，研究从细胞

群出发放大到工业化生产的工业生物过程基础科学。

工业生物过程与传统化工过程的根本区别，在于工业微生物细胞具有生理活性及代谢的多样性。因此工业生物反应过程面向的是复杂、多相的生物转化体系，工业生物分离过程面向的是组份多、结构类似物多的生物分离与纯化体系。为此，本项目将从细胞群体、单元过程和系统优化三个层次进行工业生物过程的深入研究，如图9所示。第一层次主要关注细胞群的群体效应现象、多相复杂生物体系的生化、生理特性分析及物质和能量传递规律，以及过程放大的基本原理和策略研究，着重进行新现象、新规律和新机理的发现和认识；第二层次主要进行基于细胞群体效应的直接放大、生物/化学方法耦联的系统优化以及多产物联产目标的全局调控研究，着重进行反应器直接放大、生物/化学方法耦联、多目标联产以及反应/分离单元耦合等新技术和新方法的创新研究；最终通过生物发酵过程和生物分离过程的集成优化，实现整个工业生物过程的系统集成与全局优化。

·技术路线

本项目所涉及的技术途径下图所示。以工业生物过程从微观到宏观的放大为主线，由实验分析手段结合分子模拟计算，完成工业生物过程从小到大、从细胞群培养到大规模工业化生产中所涉及的关键科学问题的认识与研究。

利用化学信号分析与分子鉴定技术，研究工业生物放大过程的细胞群体效应现象；利用流场测试与物性分析技术，进行生物体系的传递与模型化研究；

利用计算流体力学方法与技术，进行反应器与过程放大研究；利用代谢物及生理特性分析技术，进行生物反应过程调控；利用分离介质制备、色谱与膜分离等技术，进行分离单元集成研究；利用多目标动态优化策略，进行工业生物过程的优化控制，从而阐明工业生物过程中细胞群体行为的变化规律、多相生化计算方法和理论模型、基于生物生理特性和传递特性的直接放大原理、生物/化学方法耦联和多产物联产策略、反应与分离过程单元集成原理以及工业生物过程的系统控制与优化方法等主要工业过程环节的关键科学问题。

·研究方向

·年度计划