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生物催化对工业革命的影响 林炳辉 医药化工学院化学工程与工艺(药用高分子材料)09(1)班 摘要 生物工程是近年来崛起的一门综合性的高新科学技术 ,也是当代新技术革命中最为活跃的领域 。文章简要地介绍和评述了生物工程的主要内容及其在工业中应用的概况及发展趋势。 关健词 :生物工程 发酵工程 酶工程 细胞工程 基因工程 生物技术是近年来崛起的一门综合性的高新科学技术。它是借助于生物机体(如微生物、动物细胞、植物细胞)或其组成部分(如细胞、酶等),以先进的科李和工程技术人工进行生物转化,运用于物质生产的技术体系的总称。纵观人类文明发展的历史,科学技术的每一次重大突破,都会引起生产力的深刻变革和人类社会的巨大进步。本世纪中叶,以生物工程、电子信息、新材料、新能源、空间技术和海洋技术等为主要的高新技术取得了重大突破和飞速发展,极大地改变了世界的面貌和人类的生活。而在当前的新技术革命中,生物工程和微电子信息技术一样,成为世界各国优先发展和最为活跃的领域。它不仅可以在近期内为人类开发新材料、新工艺、新产品以及开创新的产业创造出巨大的经济效益和社会效益,而且能为解决人类所面临的许多重大问题,如人口和食物,能源和资源、环境和保健等重大问题发挥重要的作用。科学家们预言,生物工程将是12世纪最有发展前途的领域,它的发展将对工、农业生产、医药卫生乃至人类社会的文明和进步起着不可估量的作用。目前生物工程的研究和开发工作,已由医药卫生、食品、饲料等扩展到化工、纺织、造纸、替代能源和农业生产等各种领域。其发展的迅猛和潜在的市场大大超出了人们的预料。仅09年代头两年,美国就已超出40亿美元,日本199 2年也突破了40 0亿日元(相当于04亿美元)。最近国际权威人士再次作出预测,到2 000年生物高技术产品的市场规模有可能超过05 0亿美元(其中化工和医药产品估计占40%以上)。这一金额相当于今天世界制药工业的总销售额。我国早在’‘六五”、“七五”计划期间就把生物工程作为重点发展的技术之一,本文想就生物工程的主要内容及其在化学工业中应用概况和发展趋势作一简单的介绍和评述。 2生物工程的主要内容 现代生物工程是一个知识与技术密集的高新技术科学。微生物学、生物化学、遗传学、化学、 物理学以及生化工程学等是它的基础科学。从内容上看,它主要包含有发酵工程、酶工程、细胞工程和基因工程等四大部分,其主体是发酵工程和细胞工程,而核心是酶工程和基因工程。 2.1发酵工程发酵工程又称微生物工程。 它是利用微生物的某些特定功能,通过现代化工程技术手段产生有用物质或直接把微生物应用于工业化生产的一种技术体系。它包括的内容主要有优良菌种的选育、微生物菌体的生产、 微生物初级和次级代谢产物的发酵生产、微生物对某些化学物质的修饰与改造、矿物资源的微生物浸提以及微生物对有毒物质的分解等等。 2.2基因工程亦称遗传工程。 它是采用类似工程设计的方法,按人类的需要,将有遗传信息D N A片段在离体条件下进行分离、剪切、组合、拚接,然后将该人工重组建基因转入宿主细胞进行大量复制,使目的遗传信息在新的宿主细胞或个体中高效表达,从而获得人类所需要的基因产物的高新技术体系。利用基因工程技术可不受亲缘关系限制拼接出不同生物的基因,是获取某些价格昂贵和数量极少的蛋白质的一种手段。它不仅应用十分广泛,而且潜力很大。如目前在工业生产上,已利用大肠杆菌来生产胰岛素、激素产品等。 2.3酶工程又称酶技术, 它是环绕着酶所特有的生物催化功能,在工业上有目的地设计一定的反应器和反应条件,使其在常温常压下催化化学反应,生产人们需要的产品或服务于其它目的,进而在工业、农业、医疗保健、食品加工、环境保护、能源开发等领域发挥作用的应用技术体系,是酶学理论与化学工业技术相结合形成的一项新技术。酶的基本化学本质是蛋白质,来自生物细胞。生物体内的一切化学反应几乎都是在酶的催化下进行的。因而,生物体、生物细胞及其各种组合所形成的功能体系在各行各业的应用,本质上都是各种酶技术及酶反应的应用。目前酶工程主要包括酶和细胞的固定化技术、反应器、反应的检测与控制以及酶的生产、分离与纯化等内容。从长远发展的眼光来看,酶技术将在生物技术的各个方面显得越来越重要,并逐步取代或融合于一些其它的技术领域。如固定化活细胞技术已在某些领域取代了传统的发酶技术,应用于酒精、幽体激素转化和氨基酸等的生产。而作为传统的生物反应器直线发酵罐也将逐步地或部分地被第二代生物反应器一酶反应器所取代。 2.4细胞工程是应用细胞生物学和分子生物学的理论、方法和技术,按照人们设想的蓝图有计划地大规模培养组织或细胞以获得生物产品,或者改变细胞的遗传物质以产生新的物种或品系的技术体系总称。从当前细胞工程所涉及的技术领域来看,主要有细胞培养、细胞融合、细胞拆合以及染色