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作者:黄和 来源:科学时报 发布时间:2010-3-8 7:32:2
生物化工成为低碳经济的主力军

 
□黄和
 
生物化工是化学工程与生物技术相结合的产物,是生物技术的重要分支,发展势头十分迅猛。据中国产业研究院咨询集团预测,未来将有20%~30%的化学工艺过程会被生物技术过程所取代,生物化工产业将成为21世纪的重大化工产业。目前,全球生物化工年销售额在400亿美元左右,每年约以7%~8%的幅度增长。
 
目前,世界各国已竞相开展生物化工研究开发工作,建立了独立的政府机构,成立了研究组织,制定了近期及长远的发展规划,并在政策上、资金上给予了大量支持。与此同时,许多大型的化工企业都在投入巨资和庞大的科技力量进行生物化工技术的研究。
 
成就
 
从总的情况来看,近些年来,我国生物化工取得了举世瞩目的进步,科研开发活跃,总体生物化工技术水平在世界上占有重要地位。工业生产得到了快速发展,我国已成为许多重要生物化工产品的生产大国。产品应用市场随着食品、饲料、纺织、日化、石油、环保等领域产业升级而发展很快,许多产品已迅速打开了国际市场。
 
苏云金杆菌、灭稻瘟素-S、春雷霉素等在农药领域发挥了重要作用;饲用抗菌素方面,有些产品如金霉素在国际市场上占有重要地位;在有机酸方面,我国柠檬酸占世界总产量约1/3,产品70%~80%用于出口,对世界市场有较大影响。
 
VC生产技术和生产能力在世界上都有重要地位,异抗血酸及其钠盐也有相当的生产规模,抗坏血酸(VC)和异抗血酸如在食品方面进行应用开发(国外应用专利已达数百个),其前景仍然乐观。衣康酸、巴西基酸世界上只有极少数国家从事工业生产,我国在生产技术和生产规模方面在世界上都有重要地位。
 
酶制剂方面,我国食品行业所需酶制剂已有相当基础,制剂品种已达70多个,总生产能力20多万吨,新的酶制剂品种如碱性蛋白酶和碱性脂肪酶已有初步基础,微生物多糖类中黄原胶在激烈竞争中已形成3~4家骨干生产企业,国内市场已初步打开,国际市场已有开拓;其他微生物多糖品种也有一定程度的技术和应用开发。
 
另外,生物法聚丙烯酰胺已可实现工业化生产。特别是生物化工重要品种赖氨酸生产技术已有重大突破,单套反应器为200m3,广西赖氨酸厂总生产能力达万吨级,已跨进世界大工业生产行列。
 
问题
 
目前我国生物化工产业仍存在许多问题。一、我国的生物化工产业主要以医药、轻工、食品业为主,部分企业对生物化工产品大都是精细化工产品这一点了解不够,加之行业规范也不够,导致过程中,应选择合适的原料,以降低成本与消耗。
 
二、产品结构不合理,品种单一,低档次产品重复生产,不能适应需求。在我国高档的医药生化产品如激素、生长因子、干扰素、药用多肽等,有的产量很小,有的没有生产,因此每年都需进口。
 
三、在生产技术上,工艺、设备不配套,上下游技术不配套,产物的收率低。我国虽然某些产品如柠檬酸、乳酸等发酵水平较高,但大多数产品的收率都低于国外,酶制剂的活力也明显低于国外,生化反应器和分离纯化技术更是落后于国外,每年都要花费大量资金从国外进口生物反应器、细胞破碎机、分离纯化及分离介质、生物传感器等。
 
四、有些产品投入产出比达15%以上,造成严重的资源浪费和环境污染。
 
五、基础研究薄弱,技术创新能力不强,企业的技术开发、技术吸收能力差,生产发展多数依靠传统型、粗放型扩大投资的增长模式,效益低、市场竞争力低。
 
趋势
 
目前我国生物化工发展趋势呈现如下特点:
 
生物化工成为著名化学公司争夺的热点。生物技术从医药领域逐渐向化工领域转移,使传统的以石油为原料的化学工业发生变化,向条件温和、以可再生资源为原料的生物加工过程转移。
 
生物催化合成已成为化学品合成的支柱之一。利用生物催化合成化学品,不但具有条件温和、转化率高的优点,而且可以合成手性化合物及高分子。手性化合物是国外目前生物技术的主要生产产品。应用手性技术的最多的是制药领域,包括手性药物制剂,手性原料和手性中间体。
 
利用生物技术生产有特殊功能、性能、用途或环境友好的化工新材料,是化学工业发展的一个重要趋势。它具有原料来源广、制备简单、质量好及环境污染少等优点,特别是利用生物技术可生产一些用化学方法无法生产或生产成本高以及对环境产生不良影响的新型材料,如丙烯酰胺、壳聚糖等。
 
传统的发酵工业已由基因重组菌种取代或改良。许多传统的发酵工程产品如柠檬酸、青霉素等都已开始采用基因工程手段进行改造,大大地提高了产量。在以基因工程为主导的现代生物技术产品中,医药生物技术产品占75%左右。
 
怎样才能有效促进我国生物化工技术及产业发展?我国的生物化工产业应重视下游开发和上下游的结合,有限发展支撑技术体系;发展生物化工产品时要以市场为导向;重视技术资金投入及企业在生物化工产业发展中的作用;加强行业间的合作和技术经济信息交流;加强生物化工企业队伍建设,加速人才培养,建立高效生物化工开发体系,制定促进生物化工产业顺利发展的政策和发展战略;建立合理的资金投入和融资方式及中国生物化工网络系统;企业和科研机构要积极与国外开展科技合作与交流,引进适当的先进技术,注重人才及必要仪器设备的引进,以便早日使中国生物化工产业水平达到或超过世界先进水品。
 
生物化工对于促进工业技术进步和产业调整、促进绿色化学工业的发展起着至关重要的作用。随着基因重组、细胞融合、酶的固定化等技术的发展,生物技术不仅可提供大量廉价的化工原料和产品,而且还将改变某些化工产品的传统工艺,甚至一些性能优异的化合物也将通过生物催化合成。生物化工的发展将有力地推动生物技术和化工生产技术的变革和进步,产生巨大的经济效益和社会效益。可以预见,生物化工是21世纪化学工业最富生命力的技术。
 
黄和 南京工业大学生物与制药工程学院教授、博士生导师。
 
2002年获得美国Purdue大学工学博士。主要研究方向为生物质可再生资源的开发利用,工业催化及微生物代谢工程,生物基化学品及材料的开发与应用。
 
现正主持国家“863”重点项目“生物基化学品的生物炼制技术”;“973”项目子课题“模式细胞工厂的设计与构建”负责人。
 
2009年获“南京市十大杰出青年”荣誉称号;获国家教学成果奖二等奖。
 
现任中石化南京工业生物技术联合研究开发中心主任;江苏省工业生物技术创新中心主任。
 
《科学时报》 (2010-3-8 B2 技术 产业)
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