生物技术与化学工业

生物技术与化学工业

从考古中发现，大约在四千年前，我国人民就已掌握了酿酒技术。古代劳动人民在实践中，探索出利用某种微生物霉菌通过生物化学作用先使少量谷物发霉成“曲”，再用“曲”使更多的谷物糖化和酒化而酿造出酒。后来人们又利用发酵原理，从谷物中酿造出醋、酱油等，用作调料。这些古老的化学工艺中孕育着最原始的生物技术，说明了生物技术与化学工业两者之间是有着悠长的亲缘联系的。

面对21世纪的广阔大舞台，化学工业该如何迎接新的挑战？由于原料与能源价格的不断上涨，产品价格又普遍下降，而环境污染日益受到严格限制，化学工业正面临着严峻的考验，人们不得不采用高新技术对一些传统的老产品、老工艺进行脱胎换骨的改造。

国家有关部门公布了中国1999年度科学技术发明奖，其中“微生物好氧发酵法工业化生产丙三醇（甘油）技术”荣获大奖。此项成果是利用生物技术，使农田生长的玉米变成生产硝化甘油炸药的原料——甘油。这项技术获得大奖足以显示出生物技术已成为一支新兴的生力军，向传统的化学工业发起新的冲锋。

传统工艺是利用玉米生产淀粉，利用淀粉水解生产葡萄糖和果糖。利用发酵工程使玉米变成甘油，这是多少科技人员梦寐以求的愿望。为了实现这个梦想，科学家经过30年的不断努力，终于培育出一个能够高效率地将糖分解成甘油的菌种，使梦想变成现实。

有人预测，在21世纪，生物技术将大规模高速发展，其重点是化学工业与食品工业，尤其是化学工业可能是生物技术最年轻和最重要的应用领域。目前已进入工业化应用的例子有丙烯腈转化为丙烯酰胺的生化法。丙烯酰胺是一种价格昂贵的高分子单体，市场紧缺，目前主要依靠进口。它广泛用于造纸、石油回收、钻井防卡、涂料、生化等方面。如采用化学方法生产，因反应温度及压力高，设备投资大，产品精制困难，成本高，质量难以达到标准。采用腈水合酶生产丙烯酰胺，就可避免化学方法生产的缺点，具有如下优点：

第一，转化率高达99%，产品纯度高。

第二，常温、常压下生产，节能效果好。

第三，不需要精制工序，简化操作。

第四，质量高，经济收益大。

由此可见，用生物技术生产丙烯酰胺是当今世界上最先进的生产技术，它的推广应用不仅可产生巨大的经济效益，并且又一次证明采用生物技术是改造传统化学工业的必然发展趋势。

有时候，用传统的化学合成方法难以得到的某些产品，利用生物技术却易如反掌。例如，有一种紫草色素，它是复杂的蒽醌化合物，用化学合成方法难以获得。日本从20世纪80年代开始利用紫草细胞培养，每年可获300千克的紫草色素，满足日本国内40%的市场需求。它的价格十分昂贵，每千克达7000美元。紫草色素是一种很强的杀菌剂，主要成分是乙酰紫草宁，具有抗艾滋病的功效，深得医药界的高度关注。它色彩艳丽，电可用于食品及化妆品工业。基于紫草色素的重要价值，我国有关高校正在开展生物技术生产紫草色素的攻关研究。

生物技术的另一个特点是能够生产具有光学活性的对映异构物产品。用化学方法合成的氨基酸是混旋的，不具有生物活性。而用发酵和酶法生产的氨基酸都是左旋的，这在医疗及营养强化方面发挥着重要作用。

在有机化学中，类固醇对人类的生活有很大的贡献，对它的研究带动了许多重要药物的探讨。30年前，类固醇的合成比较复杂，包括水解、脱羟、环氧化、氧化还原、脱氢酯化、酯水解及异构化等多步的化学反应。后来采用生物技术，由微生物只需一步反应就可生产出优质的类固醇。目前类固醇生产正在被生物法逐步取代，市场上销售的大多数抗炎类固醇、孕酮、类固醇激素及类固醇麻醉剂等药物的生产均采用了微生物转化方法，类固醇生产的改革是生物技术进军化学工业又一个成功的范例。

从某种意义上说，传统的化学工业往往起源于对自然界生物资源的处理，并逐步发展了化工技术。目前，生物技术的工业化过程中，许多工序都离不开化工设备范畴，例如：粉碎、加热、水解、消毒、过滤的技术原理都属于化工单元操作，因此生物技术与化学工业有效地紧密结合是21世纪发展化学工业的方向。生物学家向化学工程师提供微生物生理、生化技术，同时化学工程师把生化反应、相转移、过滤、分离、萃取等过程组成一个系统的流程，两者的有效合作定会产生显著的经济效益。生物技术对化学工业的发展起到了点石成金的作用。