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生物技术进展

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【优秀范文】生物技术进展

范文一:日本生物技术的进展 投稿:张恾恿

世界生物技术作为参考系,观察日本生物技术,客观地评议日本技术。日本1868年1月3日成立明治维新政府开始引进欧美技术,经140年的发展,已成为世界上第二位的经济强国。

日本医疗药品售量占世界医疗药品市场的11%,日本高新企业风险企业的投资率为4%,不算低。

日本是一个呈弧状分布的岛国,位于亚洲大陆东部,长达3000公里。日本由本州、中国、九州、北海道四个主要岛屿及分布四周的4000多个小岛组成,统称为日本列岛。海洋生物资源丰富。日本国土面积大约37.8km2。

日本列岛跨亚热带到亚寒带。由于受复杂的地形和海流的影响很大、各地区气候差异显著。大部分地区是温暖的海洋性气候,四季分明。春天从南部冲绳开始一直到北海道美丽的樱花,由南往北逐渐盛开,形成美景。

梅雨、台风、大雪常见。梅雨期降雨,对种植水稻来说是不可缺少的。日本各处见到水稻田,大米是日本人的主食。日本列岛位于太平洋地震带。火山活动频繁,是世界上少有的多火山地带。1923年东京发生7.9级地震。日本各处见到各类温泉,人们休息的好地方。日本人喜欢到多彩频繁的温泉旅游。

国土的67%为山地、多为森林覆盖,林业生物资源不少。

Ⅰ 尖端生物技术

目前世界上生物科技界的尖端课题是干细胞研究。

到目前为止没有统一的干细胞的概念。干细胞特点:即具有无限的自我更新能力,能够分化为一种以上高度分化的子细胞的能力。它实际上包括从胚胎发育到成人发育过程中各种未分化的成熟细胞。为此干细胞的概念可以理解为包括生命起源细胞,组织器官发育的原始细胞,和成体组织细胞更新换代、损伤修复的种子细胞。受精卵是一种最原始和分化潜能最大的干细胞。

日本的干细胞研究成果属世界领先地位。京都大学再生医学研究所的山中伸尔2006年8月“细胞”杂志上世界上首次发表由鼷鼠体细胞制备诱导多功能细胞的论文。其论文的主要内容:把4种基因转入小鼠的纤维原细胞,就可以让他们重新变成具有分化能力的细胞。他们把这细胞称为“诱导多功能细胞”-ips细胞。他们已证明这种方法培育出来的小老鼠ips细胞和小老鼠胚胎融合,发育成嵌合体小鼠,这证明,ips细胞、类似于胚胎干细胞,具有分化成其他细胞的功能。

2007年11月20日,山中伸尔发表了由人体皮肤细胞制备干细胞的论文。在细胞杂志和Tames Thomson在科学杂志上。其论文的内容是:人类皮细胞中取4组基因。利用小鼠试验同样方法,利用人类皮细胞中取得4组基因做试验,得到“诱导多功能细胞”ips细胞。Ips细胞跟人类胚胎干细胞一样,具有分化成其他类型细胞的功能。干细胞的实用化有两个方向:一方面,干细胞应用于再生医疗。2006年开始山中伸弥和庆应大学的罔野荣之共同研究脊髓损伤治疗法。理化研究所研究,由干细胞制备網膜色素上细胞和红血球前驱细胞等问题。另一方面,干细胞应用于新药开发。武田药品工业公司由ips开拓新药。由干细胞培养心脏细胞、肝细胞等。

日本政府文教科学部2008年度投入22亿日元援助干细胞项目。2000年时世界上尖端生物技术专利申请数为约12000件,其中美国占40%,中国占30%,欧洲和日本在其后。日本生物技术风险企业数为334家。日本政府为了促进生物技术风险企业的培育,2005年12月颁布200余页的生物技术战略大纲,其中详细阐述了具体的战略重点及实施计划。

Ⅱ 生物产业

1.生物技术发展环境

日本政府迈入21世纪后,以建立生物技术产业的竞争力为目标,陆续推出各项支援方案,建立整体产业发展环境。

(1)制定生物技术战略:日本政府认为21世纪是生命科学的世纪,因此制定了《生物技术战略大纲》,提出实现跨跃式发展的三大战略:大力充实研究开发、从根本上加速产业化进程,加深国民对科技的理解。实施生物技术战略的总体目标是实现健康和长寿(2010年癌症治愈率提高20%),提高食品的安全性和功能性(粮食自给率从2001年的40%提高到2010年的45%),实现可持续的舒适社会(到2010年生物能源的利用应相当于替代原油约110亿升/年)。

(2)改革国家科学与技术体系:日本的国家研究院正在改革。截止2001年4月59个国家研究院已经转变成为独立管理的机构。政府科技改革的另一个特点是加强资金体系的竞争性。决策者们更多地关注研究目的的创新性和原创性,而年青研究者将有更多的机会获得独立的资金支持。

(3)加大重点项目资金资助:日本政府把遗传研究作为千年计划之一。2001年生物技术产业的预算增加34.8%,生命科学研究部分的预定经费为5-35亿美元,比2000年增加了28%,其重点用于基因研究,希望透过人类基因的解析,有助于糖尿病、癌症等,疾病的治疗,其中大约有8000万美元用于3000多种蛋白质的结构分析。此外约有44亿美元用于新成立的机构。政府还拨款5300万美元支持大学实验设备,希望提升政府与大学之间的合作。

(4)推行药物试验改革:在日本企业开发的新药很难找到愿意参加药物试验的病人及医生,使临床试验困难,相关法令的限制曾阻碍了生物医药产业的发展。政府从制度指定上,促进药物获得临床试验使用许可,从而加速日本药厂的新药开发。为协助增进药厂的全球竞

争力,日本行政院筹措,8200万美元,为药物开发设立临床试验中心。同时这笔基金也资助国立大学医院研究癌症、中风等疾病的临床实验。此外该计划提供灵活的资金运用,使得雇用协助临床实验人员的经费更充裕。

(5)积极取得国际专利:日本为确保在后基因时代的竞争优势,2002年初,教育、文化、运动及科技等部的官员宣布组成一个专家团队,由相关技术的研究员及熟悉知识产权和国际专利事务的律师组成,协助他们取得蛋白质研究与特定新药开发专利。依据日本专利厅发表的《2000年版专利行政年度报告》1995年日本籍的申请人只占生物技术专利总申请数的36%,到1999年这一比例上升至45%。1997年,—1998年8月生物技术应用三大领域,医药约占34%,其次是分析诊断专利24%,及基因工程基础技术(19%)。

2.2008年生物技术的预算

2008年度生物技术领域国家预算比2007年比增加16%而达到3025亿日元。

卫生劳动部的生物技术领域预算是1610亿2500万日元比2007年比增加24.4%。主要用于支援高新企业,帮助大学研究成果转化成治疗能力。还用于高新企业的培育,临床研究、治疗环境的改善、再生医疗、创新药的推广。

经济产业部的2008年度预算是比2007年增加1%,而成为223亿日元。

主要用于“医疗机械开发指导事业”、“统合基础数据库事业”、“用生物技术固定CO2的研究”等三个方面及用于纤维素生物技术资源作为原料制造化学产品及燃料等项目的开发。文教科学部的2008年预算额比2007年增加10%,而成为637亿2000万日元。主要用于脑科学研究项目。东北大学、东京大学、京都大学、大阪大学、尖端医疗振兴财团、札幌医科大学等参加脑研究项目。农林水产部的2008年度生物技术预算额比2007年增加12.4%,而成为377亿7400万日元。主要用于由软纤维素制造生物燃料乙醇项目、新农业开发项目、稻类染色体碱基排列序项目、DNA标记等项目。环境部的2008年度预算比2007年度增加16.9%,而达到169亿6100万日元。主要用于生物燃料、再生燃料的项目。2008年度生物技术的预算明细表中看到日本生物技术研究的概况,及研究趋势,但因篇幅所限本文中省略。

3.活跃的新产业

政府的计划和国家投资,促进活跃的新型产业发展。

(A)抗体产业

抗体是应用生物体(包括微生物、动物细胞、植物细胞)或其组成部分(细胞器和酶),在最适条件下,生产的具有抗病毒功能的物质。即抗体是用生物技术生产的具有抗病毒功能的物质。例如,用于肾移植排斥反应的小鼠CD抗体、用于结肠、直肠和卵巢癌诊断的单克隆抗体(诊断剂),用于肝癌的肝癌单克隆抗体,用于乙肝的乙肝单克隆抗体,用于B细胞淋巴瘤的抗CD20基因工程抗体。日本国内生产的抗体有:治疗恶性性肿瘤药„阿巴斯金‟、放射免疫治疗药„捷吾阿林‟。„阿巴斯金‟是大量生产的药。该药用于大肠癌。它是人类抗血管内皮细胞增子因子毛能克鲁尔抗体。2006年4月中外制药申报。卫生劳动部2006年正式承认、2006年开始正式销售。„捷吾阿林‟是放射性同位素钇90标记的抗CD20„毛能克鲁尔‟抗体。2006年6月作为滤胞性B细胞性非淋巴网状肿瘤的药承认。该药是2006年12月26日通过药、食品卫生审议会的审议。雷米健都是抗肿瘤坏死因子α单色抗体。

2002年5月克隆病为对象而出售。其后作为风湿性关节炎的药而承认。2007年1月口眼生殖器综合症的难治性網膜葡萄膜炎,2007年11月„克隆病维疗法‟的药而承认。

治疗用抗体市场2007年度销售额达到950亿日元。

2007年日本医药大企业发生重组的潮流。艾滋易和阿斯德拉斯收购抗体高新企业。武用药品工业公司设立新的抗体研究中心。抗体作为接触剂的日本企业实现大合并。如协和发酵工业和麒麟集团合并。合并的原动力是各公司保存所有的抗体开发的关键技术。2008年风湿性关节炎药„阿达林马夫‟等成为大型销售的候选品。市场规模可能打破1000亿日元。2008年后大大推动市场的是„因达候龙‟——IFN。1992年承认后,IFN应有到C型肝炎的量扩大了。2003年出台PEG化的持续型剂。作为抗病毒剂的并用治法,治疗效果很好。2007年作为C型肝炎治疗药。IFN市场销售额达到750亿日元。

(B)生物芯片产业

生物芯片产业是生物技术产业中最新的产业之一最热门行业。

生物芯片是1989年英国Edwin Southern发明的。DNA片是不透性基板上移植72-1012个低聚核苷酸而成的低聚核苷酸的点陈。计算机行业中DNA片称作生物芯片。计算计芯片是集成电路组成的,生物芯片是核苷酸组成的点陈。

DNA片制法:把不同排列的低聚核苷酸,重新排列到不透性表面的基板上。盖住基板不透明表面,偶合露出部分的核苷酸,其后拿掉罩面,盖住别的领域露出部分,偶合核苷酸,重复低聚核苷酸操作。

DNA片是玻璃片或硅基板、树脂基板上并列排列的DNA多数断片。

测定有无遗传基因的变异时片上滴下试料液,使杂交。作为检出方法,有萤光色和图像解析或电流变化等方法。

DNA片的形态、素材、制法很多。DNA分析法:不透性的基板上观察特定位置中,连接的低聚核苷酸是否已杂交。比较杂交的图案(点

陈)、比较复数的核苷酸配列。

DNA片的应用:用DNA片可以做成诊断仪,检查复数遗传基因组合或单倍体,给患者提供最佳医疗方案。即提供特定健诊和特定保健指导。DNA片相关设备有全自动杂交处理装置、最新代的DNA程序仪、DNA测位仪、读取点陈的扫描仪等。历史上诊断病的方法。如中医先生号脉,西医先生用听诊器,最近出现用染色体高速程序仪诊断病情。最新染色体高速程序仪:世界上最新染色体高速程序仪是瑞士Roche公司首先2005年开发的,其后2007年美国Uumina公司开发的。日本到现在为止自己未完成最新染色体高速程序仪的研制。日本理化研究所购买9台最新染色体高速程序仪,开展研究工作。

自然科学研究机构永山园昭等人正在开发最新染色体高速程序仪。最新染色体高速程序仪,快速提供“各人的染色体情报,便于疾病的诊断,可提供最佳个人治疗方案。

DNA片市场:2007年度DNA片市场规模(除了受托解析、定制点陈)是60亿日元。其中DNA片或相关药品等消耗品市场销售量为55亿日元。

随着生物芯片制作成本降低,伴随着最新高速染色体程序仪的普级化,如变成目前听诊器那样的时候,生物芯片市场规模将达几千亿日元。

(C)功能性化妆品产业

随着生物技术的发展,化妆品行业里逐渐出现生物法生产的化妆品。最近出现的是 EFG(Epidermal Crowth Factor)——上层细胞成长因子系列化妆品。EFG是100多种生长因素之一。

EFG与受容体结合成表皮角化细胞。在表皮角化细胞里合成DNA,细胞增殖了。细胞增殖时肌肉的新陈代谢正常,促进新细胞的产生。人类原来分泌EGF,随年龄的增加分泌得减少,其结果作为老化现象肌肉的新陈代谢衰弱,增加皱纹。补充EGF时,表皮角化细胞增殖,减少皱纹起美容作用。

作为成长因子还有皮肤真皮上的线维芽细胞FGF(纤维芽成长因子)和NGF(神经细胞成长因子)。这些都有促进细胞成长作用,其效果明显,也作为药品销售。

名称

结构及主要功能

EGF(上皮细胞成长因子)

由53个氨基酸形成,分子内有3个二硫键,形成三重结构。EGF具有增殖表皮细胞的功能。

EGF(线纤芽细胞成长因子)

脑下垂体抽出液中看得见的因子。具有增殖线芽细胞的功能,活化血管内皮细胞或各类上皮细胞。

VEFG(血管内皮成长因子)

分子量约20Kda的子单位组成的2量体蛋白质,显示血管新生促进活性的增殖因子不同,对血管内皮细胞具有高特异性的特征。 NGF(神经细胞成长因子)

由118个氨基酸组成的子单位,构成二量体蛋白质。NGF是对各种神经细胞,具有增殖、分化调节、促进生存功能维持等神经营养活性功能。

TGF-β(正常线维芽细胞成长因子)

分子量12.5Kda的子单位构成的二硫键的蛋白质。具有促进活性的功能。

2006年1月生物链销售公司代表辻社长建立日本EGF协会。为了提高EGF全体的形象,确定EGF化妆品规格,发行质量保证标志。现在EGF协会所属的公司有17个,全体生物链销售的原料供给、OEM供给企业都统一管理。协会成为集团公司,2007年度销售额为28亿日元。EGF是从人体克隆的cDNA作为本,作成大肠菌。把大肠菌的遗传因子,进行转基因后提高生产率。EGF的价格每克8000万日元降到每克1000万日元。

巴伊沙都公司(东京目黑高濑武英社长)和皮肤科医生高濑聪子合作开发EGF系化妆品。2006年10月开始以电视销售、直销方式,销售EGF系化妆品。2006年9月 日本天然物研究所和包鲁斯公司(东京新宿三井幸雄社长)合作在埼玉县工厂,用大肠菌转基因方法生产EGF。并用EGF开发化妆品。作为集团公司建立自己公司生产、原料供应、OEM供给、自己销售形式的EGF化妆品的完整体系。公司一年总销售量达到15亿日元。三井社长 不仅自己具有EGF市场而且还向化妆品大公司提议使用EGF。

作为动物用医药品,国内生产EFG的企业—基高满集团的雅马社酱油,发现转基因蛋白质的高分泌生产用的宿主微生物Brevibacillus Choshinensis HPD31。用它大量生产EGF。1998年获得澳大利亚动物用医疗用品许可,向澳大利亚出口EGF。在澳大利亚剪毛作业是重体力劳动。把EGF给羊毛吃,表皮越线,而容易拨毛,减轻体力劳动。

(D)再生医疗产业

再生医疗指人体器官损伤等利用生物工程方法制作相关的器官,而修补损伤器官的医疗。再生医疗产业是最新的产业。日本开发的再生医学设备有细胞分离及播种、培养基交换、洗净、回收等细胞加工的自动化设备。自动化设备优点是比细胞数据处理中心内手工操作,容易保证细胞加工的质量。现在大学医院等医疗机构中,从患者取组织,骨髓液,分化细胞或间叶系干细胞后,分离培养干细胞,进行损伤的角膜或软骨、心筋等的再生临床研究。

应用再生医疗技术,进行去皱纹、丰胸等美容整形的诊所不断出现。

医疗机关中面向临床研究,进行细胞加工时,基于人干细胞临床研究的方针,只许CPC(治疗用药品及附件的制造管理及品质管理标准)专门知识的技术人员采取细胞。基于CPC标准加工细胞时,细胞的分离及播种,培养基交换、洗净、回收等作业中,不得不手工操作。但不能否定发生人为的错误。为了避免人为错误,日本机械工场或高新企业的十多家开发自动化设备。

2004年川崎重工业产业用机器人工场,接受科学振兴机构的委托、开发自动化设备。设备上连接患者的骨髓液时,自动设备分离间叶系干细胞。自动地进行培养基交换,患者心用的空间里培养细胞,把试样机装在信州大学医学部付属医院的尖端医院推广中心。

信州大学中,用从来的手工操作方法进行间叶系干细胞的软骨再生的临床研究。同时用川崎工业公司的试样机开发分离、培养的软件。为了细胞加工大部分工程的自动化,川崎工业公司是CPC标准为基础,设计自动化设备。

高木产业(静岡县富士市泽入照卧社长)开发重新分离后使用某程程度增加的细胞,培养3元载体的自动化设备。调节培养时温度、压力、氧气浓度、运行时压力,培养软骨组织。用这个设备研制的软骨,在美国Histogenics公司,关节软骨损伤的患者为对象,进行临床研究。国内是研究者为对象,进行销售工作。

世鲁西公司(东京 新宿 长谷川幸雄社长)与大阪大学、东京女子医科大学共同开发为制作心筋组织再生,把血管網导入肉组织的培养工程、积层工程、评价工程的自动化设备。生物技术高新企业通幸鲁(广岛市辻纩一郎社长)

是研究机关为对象,销售干细胞自动培养设备“优利加贡”。“优利加贡”是培养从骨髓液中分离出来的间叶干细胞,的自动化设备。

制造再生医疗制品的企业必须遵守CMP规定,同时遵守药事法。药事法规定:依据医疗机器的使用目的、或新规性、危险程度等分为3类,一般医疗机器,管理医疗机器、高度管理医疗机器。管理医疗机器的一部分和高度管理医疗机器是通过治疗实验后才能得到许可。 例如,2007年美国cytori公司的由脂肪组织分离干细胞的“Celution System”,没有做治疗实验,所以作为一般医疗机器只得到检查用医疗机器的许可。

检查用医疗机器作为“为了回到人体而分离细胞装置,来销售是不许可

卫生部审查官员广濑说,销售不是检查用而是为了移植培养细胞的装置时,必须通过高度管理医疗机器的许可。目前国内得到高度管理医疗机器许可的是美国Baxter公司制造、国内生物宝公司销售的“阿伊苏累克斯”。

(E)高新产业

为了创出“革新的医药品、医疗机器”制定五年战略计划。

开发让国民享受世界最高水平的治疗。高新企业是在世界市场上能售出的革新的医药品、医疗机器的生产为目标。为了完成目标,从研究到销售制定一条龙支援政策,官民共同完成目标而努力。官指卫生部部长、经济产业部部长、文教科技部部长。民指日本制药工业协会,外资系制药企业、研究机关大学等。

5年战略计划中第一个中心是“培育高新企业。2008年度卫生部、经济产业部、文教科技部的生物技术预算3025预算亿日元中,高新企业预算是124亿日元占4%。2007年8月召开第一次„高新企业‟会议,将该会议制度化,定期讨论„高新企业‟问题。日本生物技术高新企业变迁数如图2,大学中的高新企业发展趋势如图3。

4.日本生物技术市场:在日本生物技术市场中,销售最兴盛的是生物燃料,其次是抗体。2007年日本国内生物技术相关的制品、服务业的销售额比2006年增加10.8%,而达到2兆2992亿日元。生物技术市场的中心是转基因技术、细胞融合技术、细胞培养技术生产的制品。2007年的总销售额比2006年度生物技术市场的扩大中贡献大的是玉米、大豆、菜种等转基因作物的输入量。转基因玉米输入量是由去年的2971亿增加38%而达到4126亿日元。日本的玉米生产量约3000t,换算成自给率接近零。日本由美国、阿根廷国家输入玉米。

转基因大豆市场额度为1597亿日元。从2006年的约1259亿增加26%。日本大豆自给率仅仅4%。剩余部分由美国、巴西 加拿大输入。 治疗用抗体是2007年第二位产品。有抗恶性肿瘤药“阿巴斯金”和放射免疫治疗药“捷吾阿林”等药品。

阿巴斯金是大批量生产的产品。该药是大肠癌治疗药,人类抗血管内皮细胞增子因子(VEGF)“毛能克鲁尔”抗体。捷吾阿林是用放射性同位素钇90标记的抗CD20“毛能克鲁尔”抗体。抗体相关公司大兴投资1FN 2008年后急扩大。2007年日本医药品界重新组织大企业的

抗体药品生产。艾滋易和阿斯德拉斯制药公司收购抗体高新企业。武田药品工业公司新成立抗体研究中心。协和发酵工业公司和其林后阿马公司合并了。日本生物技术市场的明细表中,可见日本市场的具体动向,但因篇幅所限省略。

5.生物技术公司的2007年度排行榜:生物企业排行榜是每年年初 日经生物技术编辑部作成的。根据2007年 日经生物技术杂志上发表的记事为基础的“话题分数”和 日经BP社生物技术编辑部所属的记者投票为基础的“价值分数”来选定排列顺序。话题分数和价值分数各50分为满分。其合数来决定企业的排列顺序。话题性分数是通过日经生物技术杂志 日经生物技术联线、日经生物技术年鉴、生物高新企业大全等反映各企业的情报的标志。价值性分数是反映各企业的研究开发潜力、独创性、商品开发力、企业的合并和收购或股价上升等企业成长情况的指标。排列顺序分为四类等级:冠军、亚军、季军、四级企业。

冠军

麒麟集团、武田药品工业、中外制药、宝生物

亚军

协和发酵工业、阿斯德拉斯制药、味素(加鲁比斯)、大塚制药艾滋伊、第一三共、三菱化学、安基艾斯MG·劳修大亚斯

季军

花王、日本化学、积水化学工业、富山化学工业、富士胶卷、玖拉玖苏·斯米斯玖兰、奥林巴斯、知恩滋伊模、万有制药、巴伊艾鲁药品、三得利、努巴鲁德伊斯、后亚滋、瓦伊斯、撒努伊、GE横河、雅克鲁德本社、阿斯德拉捷内加四级

苏世集团、帝人、阿后美德利玖斯、大日本住友制药、化学及血清疗法研究所、旭化成/旭化成化学、阪大微生物病研究会、医学生物研究所、加内加、日本伊拉伊利利、日本蛋产业、美拉加宝鲁天玖斯、富士录像、德鲁毛、佳巴斯、东累、生化学工业、持田制药、荣研化学、北里研究所、雪印乳业、资生堂、科研制药、DNA片研究所、东洋纺、三洋电机、不二制血、东芝、旭硝子、明治制菓、免疫生物研究所、大正制药、氨基酸化学、日本化药、奥利恩达鲁酵母工业、医药分子设计研究所、丰田汽车、合同酒精、创晶。 Ⅲ 生物农业

农业相关的世界上热门课题是克隆技术和基因工程。

1.克隆技术:

克隆技术是1997年英国世界上首次培育克隆羊而诞生的新技术。所谓克隆就是同一个副本或拷贝的集合;获取同一拷贝的过程称为克隆化。细胞克隆:为某一研究目的,从大量群体细胞中分离出某类型单个细胞,由此单个细胞增殖所产生的很多细胞的集合称为细胞克隆。分子克隆:从众多不同的分子群体中分离到某一感兴趣的分子,继而经无性繁殖(扩增)产生的很多相关分子的集合,即为分子克隆 DNA克隆:DNA克隆就是应用酶学的方法,在体外将各种来源的遗传物质——同源的或异源的、原核的或真核的、天然的或人工合成的DNA与载体DNA结合成一具有自我复制能力的DNA分子—复制子,继而通过转化或转染宿主细胞、筛选出含有目的基因的转化子细胞,再进行扩增,提取获得大量的DNA分子,即DNA克隆。在分子生物学及分子遗传学领域所谈的分子克隆专指DNA克隆。

日本总理大臣“生命科学研究开发计划”基础上农林水产部推进畜产动物、医用实验动物、绝灭前的希有动物克隆事业。日本鹿儿岛畜产草地研究所培育隼人2号克隆牛。现阶段对体细胞克隆牛研讨安全性问题。出售时自己要谨慎。

畜产草地研究所、京都大学、畜产生物科学安全研究所

04年~08年

开发体细胞克隆牛的技术。研究克隆产肉的安全性

2006年予算是4747万日元

体细胞克隆猪的制造技术及种子猪的有效性研究

农业生物资源研究所、静罔中小家畜试验场

04年~06年

开发高效率的克隆猪技术。研究克隆猪后代作为种子猪的可能性2006年的予算是1639万9000日元

为了染色体健康科学的产业化开发猪后代试验动物

农业生物资源研究所北里大学

05年~07年

为新药的产业化,利用体细胞克隆的染色体开发医疗用模型猪。2006年的予算是4716万3000日元

体细胞克隆胎儿的胎盘机能的基础研究:解析分娩迟缓原因

北海道立畜产试验场

06年~08年

体细胞克隆牛分娩迟延的分子生物学解析

06年予算是100万日元

为提高体细胞克隆牛的成功率,进行发育机制的研究

畜产草地研究所

06年~10年

为了提高克隆牛的成功率,研究发育初期的影响,异常发育的因素、细胞遗传学的影响等因素

开发动物的有用技术。培育模型家畜

农业生物资源研究所

06年~08年

利用克隆技术培养转基因动物。

开发家畜系列技术

家畜改良中心

98年

应用体细胞克隆牛技术,培育转基因动物

应用机器人技术,开发胚胎操作的自动化设备

畜产草地研究所、大阪大学、东北大学、川崎大学、富士平工业、产业技术综合研究所

05年~09年

机器人技术应用到胚胎操作,开发胚胎操作自动化设备。

06年度予算是6000万日元

2.转基因技术:

转基因动物是指用DNA重组技术,将人们所需的目的基因导入动物的受精卵或早期胚胎内使外源目的基因随细胞分裂而增殖并在体内表达,且能稳定地遗传给后代动物。东京大学、农业生物资源研究所共同培育出吐黄丝的转基因家蚕。

研究人员首先共同决定蚕茧颜色的基因。蚕茧的颜色除了白色以外还有黄色、金色、橙红色,绿色等各种。决定蚕茧染色的是蚕饲料桑叶中的黄色类胡萝卜素和绿色墨黄酮。这些色素在蚕的肠道中被吸收后送入绢丝腺,并给绢丝着色。

蚕的Y(yellow bood黄血)基因控制着胡萝卜素结合蛋白表达,将CBP基因导入生产白茧系列家蚕中,成功地让家蚕产生了黄茧。如果进后能鉴定出决定粉红色和绿色的基因,采用同样的转基因方法,就可以制作任意染色的蚕丝。

Ⅳ 生物能源

生物能源是世界各国研究的热点课题。生物燃料指由糖质发酵制生物乙醇和由植物油分解成脂肪酸而得的柴油。日本决定至2010年,使用换算成原油50万KL的生物燃料为目的。2006年6月日本石油连盟发表:至2010年,ETBE(指含3%生物乙醇的石油)的使用量达到汽油需要量的20%为目标。ETBT使用量年间达到36万KL,换算成原油的话达到21万KL。

生物燃料生产中主要问题是原料。若用食用物质—玉米 甜菜、甘庶、植物油作为原料的话,引发粮油价格的上升,危害社会稳定。另一条路是用非食用物质作为原料,生产生物燃料。世界各国中热心研究非食用物质作为原料的课题。葡萄糖连接的纤维素是木质系生物资源的叶和茎的主要成分。农产物的废弃物中含大量的纤维素。即纤维素是稳定发生的未利用的资源。

2006年9月14日本田汽车公司着手研究生物乙醇。本田和地球环境产业技术研究中心共同发表生物乙醇研究成果。利用木质素生物技术是地球环境产业技术研究中心和本田技术中心的汤川研究组开发的。

木质系生物资源含有纤维素以外,还含有木糖、木质素及微量成分。微量成分中含有苯酚等阻碍微生物增殖的物质。

汤川工艺特点是分开微生物的增殖和物质生产过程。其结果物质生产过程中,存在阻害物质也不影响乙醇生产。利用酶的细胞表面上固定纤维素酶技术生产乙醇。不仅找到最佳发酵条件,还要对纤维素分解、发酵、乙醇精制等各步骤全盘考虑后,制定完整的工艺过程。用纤维素资源生产乙醇技术不仅国内使用而且考虑向美国巴西输出技术。

筑波大学的高新企业—产加休尔斯公司(茨城县筑波市 若林恒平社长)在东南亚地区,同当地生产者合作生产生物燃料柴油的原料向日葵。向日葵是根入地深,乾期也生长的植物。农作物容易生长的雨期种植玉米,农作物不易生长的乾期种植,向日葵。葵花子作为生产生物燃料——柴油的原料。葵花子榨油后,残渣可作为蛋白质丰富的饲料。在泰国试验栽培200公顷向日葵。已得到乾旱的非州也可能栽培向日葵的数据。现在与东南亚大学共同研究确定最佳载培向日葵的方法。

2007年1月日本建设世界上第一座用废木材为原料生产乙醇的工厂。即转基因大肠杆菌生产乙醇的商业化工厂——建立日本生物乙醇关

西制作所。日本生物乙醇关西制作所总投资32亿日元,约人民币2.4亿元,工厂占地面积1.5万m2。具有处理建筑废木材、纸屑、食品残渣(豆腐渣)的能力。也可以利用木屑发电。该厂还有配备粉碎设备(日处力能力180t),发酵设备(日处理能力82t)、锅炉设备(日处理能力86t)、发电设备(1450kw)。生产乙醇的能力每年48000t建筑废材料来生产燃料用乙醇。

石油中加入3%乙醇混合而用,称它为E3石油,日本市场上开始大量使用。

日本环境大臣,若林参加该厂庆典,该厂厂长为金子诚。生产过程全部自动化,生产线上看不到操作工。其生产流程是水解废木材→分解成糖液→糖液发酵→化学促进剂→有效成分(C2H5OH)。有效成分→浓缩、蒸馏脱水——生物燃料。

Ⅴ 迟后现象

国际上欧洲、美洲、亚洲都使用疫苗,只有日本不爱用疫苗。日本的疫苗水平估计比先进国家落后20年左右。

日本医药品占世界市场11%,但疫苗只占6%。

欧美国家5~6年间就登场新疫苗。但日本不引进。日本1995年承认A型肝炎疫苗后,2005年才承认麻疹和风疹疫苗。其10年间什么新疫苗也没有承认。其间在欧美市场不停地登场新疫苗或混合疫苗。

发达国家中多半是由使用生疫苗转到使用不活化疫苗。发达国家中只有日本使用生疫苗。于是生疫苗生产制造者日本灰质研究所90年中期着手开发不活化疫苗。但发现临床试验不适合GCP(医药品的临床试验标准)。而推迟。

日本卫生劳动部为了振兴疫苗行业,欢迎外资企业到日本投资。日本疫苗制造厂家开发资金不足不能积极投资。因而疫苗市场停止不前。日本卫生部2005年建立“疫苗的研究开发、供给体制检讨会”。2006年7月发表“疫苗产业展望计划”。展望计划中强调维持国内制造体系的重要性,疫苗制造企业和外资系企业、国立感染症研究所或医疗基础研究所、东大医科研究所等研究机关协作,研发新疫苗,改良疫苗出售扩大国内市场。

疫苗产业展望计划中,欢迎外资企业在日本投资。

结论:

1.尖端生物技术领域—干细胞研究中,日本站在世界上前列的国家之一。由四个皮肤细胞培育出干细胞功能的IPS细胞。干细胞为基础,开展培育骨髓质等人工器官的研究。

2.日本从欧美引进技术,研发染色体程序仪,以使开展特别诊断—即测定与个人基因图谱而确定病况。

3.日本生物技术产业—制药工业品约占世界市场11%。

世界上第一个建立纤维素—非食料为原料的生物能源基地——关西生物乙醇厂。

4.日本用克隆技术,生产牛等家畜,用转基因技术研制彩色蚕丝。

5.任何国家不可能方方面面都先进,总有一些不足之处:如日本疫苗行业退后于欧美发达国家。

范文二:生物技术进展论文 投稿:马缀缁

生物技术在环境保护领域中的应用现状与发展趋势 摘要 针对我国目前环境状况,论述了现代生物技术在治理环境污染,保护生态环境中的应用和发展前景。

关键词 现代生物技术 生态环境 环境保护 环境污染 重金属污染治理 污水处理 矿区生态修复

正文

一 重金属为污染治理

重金属系指密度在4 O以上的约60种元素或密度在5 0以上的45种元素。砷、硒是非金属,但它们的毒性以及某些性质与重金属相似.所以将砷、硒列入重金属污染物范围内。环境污染方面所说的重金属主要是指生物毒性显著的汞、镉、铅、铬以及类金属砷,还包括具有毒性的重金属锌、铜、钴、镍、锡、钒等污染物…

1微生物对重金属的修复

肽库展示技术的发展为金属结合肽提供了丰富的来源.其中最常用的肽库是噬菌体库和细菌库,噬菌体库与细菌库相比的突出优点是库容量大和噬菌体滴度高,可达1014颗粒每ml。噬菌体肽库用于金属离子结合肽的筛选,细菌肽库则用于金属和金属氧化物颗粒的筛选。已有采用不同肽库进行金属结合肽筛选的研究[1],Barhas 3[2]采用Phanmcia公司的螯合sepharose,从半合成的组合噬菌体抗体库中直接筛选对Ce2+、Fe2+等金属离子具有配位作用和催化功能的金属抗体。Mejare[3]利用噬菌体随机六肽库筛选Zn2+、Cd2+。金属离子结合肽。 类似的,Kjaergaard[4]通过Percoll密度梯度分离和多轮富集ZnO E.coil展示肽复合物,相差显微镜得到对Zno具高亲和力和专一性的肽段,可望用于锌污染水体的解毒和修复。

2植物修复(phytoremediation)技术

植物修复是一种利用自然生长植物或遗传培育植物修复金属污染土壤的技术的总称,采用植物对重金属的忍耐和超量积累能力并结合共生的微生物体系来实现对重金属污染环境的复[5,6]。根据其作用过程和机理,重金属污染土壤的植物修复技术可分为三种类型

1植物稳定(phytostabliization)

2植物提取(phytoextraction)

3植物挥发(phytovolatilization)

二 污水处理

工业生产和日常生活用沸水的排放产生了大量的城市污水,人类又面临这水资源短缺的现状,所以城市午睡的治理显得越来越重要。生物技术处理污水具有操作简单,成本低,分解有机物能力强等特点,显示出了其机理污水的优势。[7] 现代废水生物处理技术是利用水中微生物的新陈代谢功能,使废水中的有机物降解转化为无害的物质,使废水得以净化。属于生物法处理工艺的有活性污泥

法、生物膜法、自然生物处理法和厌氧生物处理法等。

2.1.1 活性污泥法 活性污泥法是被广泛采用的传统废水生物处理工艺。它是在人工条件下,将空气连续鼓入溶解了大量有机污染物的污水中,对污水中的各种微生物进行连续混合和培养,形成悬浮状态的活性污泥,在活性污泥上生活着大量的好氧微生物,这些微生物在好氧条件下能以溶解性有机物为食料获得能量,并不断增长,使污水中的有机污染物得以分解去除,最后使污泥与水分离,大部分污泥回流到生物反应池,多余的污泥将被排出活性污泥系统。活性污泥法在防治水体污染中发挥了很好的作用,但由于废水排放量的急剧增加以及对废水处理要求的日益严格,传统工艺在处理的多功能性、高效稳定性和经济合理性方面已难以满足不断提高的要求。开发、研究和应用新型废水生物处理工艺和技术,已成为世界各国水污染控制工程领域的重要研究课题。

2.1.2 生物膜法 生物膜法,又称固定膜法,是一系列污水好氧生物处理技术的统称,其共同的特点是微生物附着在作为介质的滤料表面,生长成一层由微生物构成的膜。污水与之接触后,其中的溶解性有机污染物被生物膜吸附,进而被氧化分解,使污水得以净化。[8]目前,生物膜法是一项在废水处理工程上被广泛运用的技术,采用这种方法的构筑物有生物滤池、生物转盘、生物接触氧化池和生物流化床等。随着生物技术的迅猛发展,生物流化床和生物转盘技术更加成熟,应用也越来越广。生物转盘、生物流化床中有强力的清除有机物的生物膜、既可以作为独立的污水生物处理设备,也可以与其他处理设备联合使用,以提高现有设备的处理效率。

2.1.3 自然生物处理法 利用在自然条件下生长、繁殖的微生物处理废水的技术,称为自然生物处理法。其特点是工艺简单,建设与运行费用低,但净化受自然条件的制约。主要处理技术是稳定塘和土地处理法。[9]

稳定塘是利用塘中天然微生物的代谢作用氧化分解废水中的有机物,稳定塘中的氧由塘中藻类的光合作用和塘面与大气接触的溶氧提供,在稳定塘内废水停留时间长,对废水的净化过程与自然水体净化过程基本一致。包括废水灌溉在内的土地处理也是一种自然生物处理法,废水向农作物提供水分和肥分,废水中非溶解性杂质为表层士壤过滤截留,各种有机物及截留物会被微生物分解利用,最终起到净化废水的作用。

2.1.4 厌氧生物处埋法 厌氧生物处理是利用兼性厌氧菌和专性厌氧菌在无氧条件下降解有机物的处理技术。用于厌氧生物处理的构筑物有消化池、厌氧滤池、上流式厌氧污泥床、厌氧转盘、挡板式厌氧反应器和复合厌氧反应器等。[10]

三 矿区生态修复

恢复生态学是研究生态系统退化的过程与原因、退化生态系统恢复的过程与机理、生态恢与重建的技术与方法的科学. 恢复生态学主要以退化生态系统为研究对象, 以解决实际的生态环境问题为主要目的, 通过选择和确定目标生态系统、引进外来物种和利用工程方法、重建和恢复受损的生态系统[11]

植物修复技术是指利用植物提取、吸收、分解、转化或固定土壤、沉积物、污泥或地表、地下水中有毒有害污染物技术的总称. 植被修复是按照生态学规律, 利用植物自然演替、人工种植或两者兼顾, 使受到人为破坏、污染或自然毁损而

产生的生态脆弱区重新建立植物群落, 以恢复生态功能的技术领域. 植被修复常被应用于环境受污染或生态受破坏的场所以清除重金属、微量元素污染和人造有机污染物[ 12]

植物修复技术在矿区的应用及发展现状

矿区植被修复, 主要是在生态学理论和原理的指导下, 从基质改良、植物修复、土壤质量演变以及植被演替等方面, 集成环境工程技术、农林栽培技术和生物技术, 应用于矿区环境改良和生态恢复[ 13]因此, 在加强对适应面较广的耐受性植物的筛选、培育工作的同时, 应当最大限度地保持矿区的原生态环境, 保护生物多样性资源[ 14,15]. 矿区植被修复技术应基于区域内的植物生长限制因子、生物多样性、先锋树种及主要伴生树种的生态位和现有植物的群落动态和种群空间分布格局的全面研究, 确定植被修复的模式、功能和群落演化动态, 制定方案和配套的技术措施[ 16]. 例如, 通过对北京首云铁矿区裂隙裸岩、风化物阳坡及微土阳坡的地形、地貌、植被、土壤和植被演替动态调查, 乡土植物品种选配技术比较和植被恢复生态效应分析, 合理配置基质和植物种子进行挂网喷播, 使得各立地类型土壤结构和土壤肥力状况均有不同程度的改善[ 17]; 福建省上杭紫金山矿区通过对废矿石( 渣) 堆边坡的裸地整治、植物选择与配置、栽植和管护等一系列技术措施的研究与探索, 形成了工程措施与生物措施并举的快速植被恢复技术, 并取得良好的治理效果[ 18] .小结:我国的生物技术处于刚刚起步阶段。该技术的进一步开发需要得到社会、同行及主管部门的广泛支持,大力开展以污染控制技术为主体的生物技术的研究,将大力推进生物技术在环境保护中的应用,并发展带动整个环保科技的发展,解决我国目前和未来面临的严峻的环境保护问题,并为环保市场提供高品质的环境保护高技术。应该充分认识到环境保护和社会、经济发展的重大意义。 参考文献:

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范文三:生物技术进展论文 投稿:金殩殪

生物技术在鱼养殖中的应用

班级:A11行政1班 学号:110901108 姓名:张洪迪

摘要:随着科学技术的发展,除了传统的生物技术之外,分子技术的应用已经为提高世界水产养殖品种产量开辟了另一条途径。基因组信息库的增长,极大地提高了科技工作者对确认一些表现型基因的能力。转基因技术和目前尖端的技术:诸如DNA芯片技术、高分辨力的二维凝胶技术和高灵敏度的质谱仪等技术的发展联系起来,向水产养殖工作者展现出了一片美好的前景:包括生长率和经济效益的增加、抗病能力和抗冻能力的提高、养殖品种种质的改善以及通过改变它们的基因组成而创造出新的不同的品种。讨论了与功能基因组领域相关的技术以及它们在水产养殖领域中的应用。

关键词: 生物技术 鱼类养殖 潜在影响

我国水产养殖有着悠久的历史,远在3000多年前的殷末周初就有养鱼的记录,至公元前5世纪的春秋战国时代,陶朱公范蠡根据当时的养育经验编写了世界上第一部养育著作《养鱼经》。经过几千年的养鱼实践,不断积累了丰富的技术经验,水产养殖业取得了长足发展。到了近代,生物技术的全面发展,对水产养殖业产生了深远的影响,几乎对水产养殖的每个方面都起到了积极的指导作用。本文主要从鱼类遗传育种、养殖病害的检测和防治等方面简要论述生物技术的应用。

1 现代生物技术在鱼类养殖遗传育种方面的应用

1.1 多倍体育种技术 多倍体育种和雌核发育技术是在染色体水平上操作,进行品种的改良。目前,已取得良好的生产效益并显示出较好的产业化前景。 多倍体育种主要应用在促生长、提高品质、提高杂种成活率、保持杂种优势等方面。 通过温差处理、药物处理、水静压、杂交等诱导方法可产生多倍体。鱼类染色体的特点之一就是可塑性较大,易于加倍,如果在精子入卵而第二集体尚未排出卵外之时,对受精卵进行热休克(高温)、冷休克(低温)、高压或化学药品处理,组织第二极体排出卵外,则可诱导出三倍体个体。如果抑制第一次有丝分裂,则可获得四倍体个体。四倍体鱼再与二倍体染交,也可获得三倍体鱼。种间杂交受精卵经三倍体诱导技术处理而培养出的三倍体称之为杂交三倍体。三倍体鱼往往是不育的,这对经济鱼类的养殖意义重大,它避免了性腺发育阶段和产卵季节肉质下降及性腺发育时期的生长停止和死亡率上升,减少了养殖成本,利用其不育性还可以控制养殖鱼类的迅速繁殖和防止对天然资源的干扰。人工诱导的主要目的在于利用三倍体具有生长快、肉质好、生命周期长等特点,另外三倍体种群还具有较高的抗病力和抗逆性。

1.2雌核发育技术 雌核发育技术也是实现增产的重要手段。可用物理或化学因子处理授精前的精液,用带血的玻璃针激活卵子发育、杂交等人工诱导雌核发育,再经温差处理、秋水仙素和水静压等方法使之两倍化。雌核发育具有可建立纯系,可控制性别,且具有简便易行、快速可靠的优点。在海水动物中,由于性别不同而表现出生长速度不同是比较常见的生物学现象。目前,已经成功培育出红鲤(Cyprinus carpio)、斑马鱼(Hrachydanio recio)、尼罗罗非鱼(Oreachromis niloticus l)、莫桑比克罗鱼(oreachromis mossamb icus)等多个人工雌核发育品系,为研究鱼类性别决定机制、单性养殖及养殖新品种的开发研究和生产时间提供了几位宝贵的素材。

1.3转基因技术 在基因工程方面,转基因技术为水产生物遗传育种开辟了一条新途径。该项技术可以根据人们的需要,把有用的外源目的基因,如生长激素基因、抗冻基因、抗病基因等及其调控序列一起,导人受体的胚胎或受精卵中并使之表达,从而达到遗传改良

的目的。转基因鱼的研究工作在中国、美国、加拿大、日本、法国等已经展开,并取得了很大的成就。转基因技术的应用,为克服动植物种间杂交不育以及远缘杂交困难的问题,显示出极大的优势。目前在水产中的研究工作主要集中在鱼类。“全鱼”元件组成的转生长激素基因鱼散构建已在鲤鱼获得成功。养殖结果表明,转基因鲤鱼在生长速度和抗病能力上已显示出优势。从理论上说,利用转基因可以改变水生生物的遗传物质,使改进的优良性状得以遗传,进而从根本上长久的提高水产养殖的产量和改善产品的品质,所以其在水产养殖中的应用将随时间的推移而更加深入的推进水产养殖育种工作的研究。

1.4分子标记技术 分子遗传标记是指利用分子生物学方法来区分不同的个体或群体能够稳定遗传的物质或性状,是生物个体或群体间遗传差异的客观表征。目前限制性片段长度多态性(RFLP),简单序列长度多样性(sSLP),随机扩增多态性DNA(RAPD),单核苷酸的多态性(SNP)是最流行的分子标记技术。分子标记一个重要的应用就是来构建遗传图谱。遗传图谱的建立为基因定位,特别是一些重要经济性状和数量性状位点的定位,并为最终克隆这些基因提供了基础,同时还可以推动生物的分子标记辅助选育和遗传改良。分子辅助育种已成为有效的育种工具,它是根据与某一性状或基因紧密连锁的标记的出现来推断该基因或性状的有无,从而进行选育的方法,可以增加选择的准确性,大大缩短育种的周期。进而大幅度提高中国养殖生产中优质原良种的普及率,达到增产增效的目的。Gomez-Raya 等认为在进行的选择育种工作中如果采用了分子辅助育种技术,那么育种速度将提高大约11%。例如梁利群等(2000)利用RAPD技术对荷包红鲤(Cyprinus carpio Linnnaeus)抗寒品系的基因组DNA进行分析,找到了用RAPD技术从分子生物学角度对荷包红鲤抗寒品系进行鉴定的方法。

2现代生物技术在鱼类养殖病害的检测方面的应用

2.1核酸探针技术 核酸探针技术通过分析病原生物的遗传结构,人们发现各种病原体均有其独特的基因结构。根据这一段基因结构的序列,就可以设计可与其互补的DNA 探针,与病原生物的DNA进行杂交,以此来确定病原携带者和传播者的一种分子生物学技术。该技术具有灵敏度高、特异性强等优点,近年来在对虾病毒病的检测中倍受青睐。美国科学家针对IHH-NV(传染性皮下和造血组织坏死病毒)研制的点杂交核酸探针已经商业化生产。中国科研人员针对对虾造血组织坏死杆状病毒研制的核酸探针,并将之用于检测受造血组织坏死杆状病毒感染的对虾,取得了满意的结果。

2 .2PCR技术 PCR技术即聚合酶链式反应,又称为 DNA体外扩增技术,其原理是在了解了病原生物特殊的遗传结构的基础上,设计对专性引物再通过PCR扩增产生出电泳可见的扩增产物,从而通过电泳、染色把它显示出来。该方法既具有DNA探针方法的灵敏度,又避免了昂贵且危险的同位素的使用,并可以更快得到诊断结果,在对虾病原检测方面,中国研究人员已将这一技术成功地用于对虾病毒病和细菌病的检测。目前,很多国家均已开发出商品化的造血组织坏死杆状病毒的PCR检测试剂盒。另外,PCR技术与其他技术相结合开发出新的PCR技术更显示出其独特的优越性,如荧光定量PCR技术、PCR-ELISA技术等。现均已应用于水生动物疾病的诊断中,并已显示出巨大的潜力及广阔的应用前景。

2.3单克隆抗体技术 单克隆抗体技术是近年出现的重要技术之一。它是在Milstein发明的杂交瘤技术基础上建立的。单克隆抗体与体外侵物的结合具有很高的敏感性和检测性,因而可作为诊断技术。单克隆抗体技术在对养殖对虾暴发性流行病的病原及传播途径的调查中,发挥了重要作用。应用这一技术,能对养殖对虾的发病情况提前20--40天作出预报,为生产上及时采取对应措施提供了可靠的依据。另外,单克隆抗体技术可以与其它免疫技术相结合,如放射免疫分析技术、酶联免疫检测技术、间接荧光抗体技术等,进而对疾病的检测做到更加准确、迅速。

2.4基因芯片 基因芯片又称DNA芯片(DNA chip)或DNA微阵列(DNAmieroarray),是将大量基因探针,按特定的排列方式固定在固体载体上,它通过与被检测基因的碱基序列进行固定互补匹配,实现核酸序列的分子识别,是高效的大规模获取相关生物信息的重要手段。与传统核酸印迹杂交技术相比,基因芯片具有高效、快速和大规模平行处理的优点,是在传统生物技术和疾病诊断等方面的创新和飞跃。基因芯片在DNA测序和基因表达分析、临床诊断、药物和疫苗研究等领域有极大应用前景。针对病原微生物基因组的特征性片段、染色体DNA的多态性、基因变异的位点及特征等,设计和选择合适的核酸探针并制成芯片,通过与样品中提取的核酸(DNA或RNA)杂交,一步检测就能获得病原微生物种属、亚型、毒力、抗药、致病、同源性、多态型、变异、表达以及感染病原微生物相对数量等相关信息,为疾病的诊断和治疗提供了一个很好的切入点,也为平行研究病原微生物的大量基因组和功能组提供了有利的工具。

3现代生物技术在鱼类养殖病害的防治方面的应用

3.1基因工程疫苗 基因工程疫苗的开发基因工程疫苗是将病毒中负责转录抗原蛋白质的基因片段分离出来,与载体结合成重组DNA,然后转人细菌、酵母菌、病毒或动物细胞的DNA中。在这些寄生生物的增殖过程中,借基因的表达,大量生产抗原蛋白质作为疫苗使用。疫苗的功用在于能诱导动物对某些特异的致病菌产生抗体,增强抵御病原侵袭的能力。应用基因工程技术研制疫苗,其优点在于抗原专一,避免了常规疫苗将整个病原基因组转入接种鱼而造成可能的病原体传播和危害。其次,基因工程疫苗可通过基因剪接将不同病原体的致病性抗原决定簇的编码基因拼接在一起而构建表达复合疫苗。第三,这种转基因疫苗可用发酵技术进行工厂化生产,易于生产出价格低廉、稳定性好的产品。最近,科学家否定了无脊椎动物没有免疫特异性的说法,指出无脊椎动物不仅具有免疫特异性,而且对抗原具有记忆能力,这预示着基因工程疫苗的开发和使用将在水产养殖中病害的防治中起到更加重要的作用。

3.2免疫刺激剂 免疫刺激剂的开发免疫刺激的研究和开发是近年来蓬勃兴起的一个新的研究领域。免疫刺激剂能诱导和刺激水产养殖动物自身的非特异性免疫系统与各种病原作斗争,通过增强自身的免疫能力,达到预防和减轻疾病的目的。在甲壳动物中当外界病原侵入时,甲壳动物可产生外源凝集素,这种物质与病原微生物细胞壁上的糖类结合,使其更易于被白细胞消化和杀死。已研制出来的几种非特异性免疫刺激剂在白对虾和斑节对虾的抗病试验中都取得了理想的效果。

3.3荧光抗体技术 荧光抗体技术是根据抗原具有高度特异性的反应,吧荧光素作为矿院标记物,在荧光显微镜下减产呈现荧光的特异性抗原复合物及其存在部位,在水产动物病原体的检测上得到了一定的应用。鄢庆枇应用荧光抗体技术检验牙鲆体内的弧菌。该技术的主要优点是特异性强、速度快、灵敏度高,但也存在缺点如非特异染色问题难以完全解决,造作程序较繁琐,需要特殊的昂贵仪器和染色体本不能长期保存等。

4现代生物技术在鱼类养殖营养与饲料方面的应用

4.1基因工程技术 随着基因工程技术的发展和运用,很多有生物活性的多肽或蛋白质可以较容易地被合成,且成本低廉。由于鱼类胃肠道对多肽和蛋白质的吸收能力较强,使得基因重组产品能较方便、快捷地对鱼类的生理活动进行调控,尤其是在促进鱼体生长方面。例如:对银大麻哈鱼、草鱼投以基因重组生长激素,可有效刺激鱼体成长。

4.2酶工程技术 酶工程是生物技术的一个重要组成部分,它是指在一定的生物反应器内,利用酶的催化作用,进行物质转化的技术。而酶制剂则是酶3工程的代表产物。酶制剂室从动、植物和微生物中提取制备的具有酶专一的高效生物活性物质,通常与少量载体混

合而制成粉剂。目前,应用生物技术生产的酶有蛋白酶、脂肪酶、糖化酶、植酸酶、纤维素酶等。大多数酶来自于真菌类。水产动物饲料中添加适量合适的酶制剂,有利于促进养殖动物对饲料的吸收、转化,提高养殖动物的生产性能和健康水平。

4.3微生物工程技术 微生物工程也称发酵工程,是一门将微生物学、生物化学和化学工程学的基本原理有机地结合起来,利用微生物的生长和代谢活动来生产各种有用物质的工程技术。该技术可用于饲料的育藏、改善饲料的营养价值、微生物饲料的生产以及用微生物来净化有毒的物质,消除有毒气体和恶臭物质以及处理有机废水、废渣等;还可用于生产抗生素、维生素、透明质算、微生物蛋白、氨基酸和一些食品添加剂(如柠檬酸、乳酸、天然色素等)等。饲料中添加氨基酸可以平衡氨基酸的比例,提高蛋白质的利用效率,减少氮排出造成的环境污染。

现代生物技术是20世纪末人类科技史中最令人瞩目的高新技术之一,同时也是21世纪世界各国科学技术发展的重要内容。现代生物技术的应用为鱼类养殖业的发展带来了革命性的变化,从鱼类遗传多样性、种质资源、新品种培育、免疫预防、疾病诊断、水质监测等各个方面无一不渗透现代生物技术的应用.。然而其在生产上发挥更大的作用,还有待于现代生物技术更深一步的发展。相信随着试验方法的不断优化和设备的日益更新,生物技术的发展将使鱼养殖走上可持续发展的道路。但在我国生物技术还是一门年轻的学科,需要加强研究力度。另外,目前我国的鱼养殖业基本上还处于传统型,要实现水产养殖业的现代化,有赖于海洋生物技术的发展和应用。可以预言,对世纪是海洋的世纪,在合理开发和利用海洋生物资源,发展渔业经济和保护渔业环境中,海洋生物技术是大有可为的。

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7.温茹淑,崔淼.转基因鱼的研究进展 [J] .嘉应大学学 报,2002 (6):40~45

8.陈光荣,肖克宇,翁波,等.鱼类细胞工程遗传育种 研究进展,水利渔业,2004,24 (1):4~6

9.严绍颐.鱼类细胞核转植 (基因组转移) 和育种 [A] . 海洋生物技术研讨会论文集 [C],1991,79~83

10.谢忠明.“八五”国家重点推广养殖对象:颖鲤 [J] . 淡水渔业,1992, (2):48

范文四:生物技术的进展及应用 投稿:朱鯩鯪

21 0 0年 3 8卷第 9期 

广 州化 工 

・5・ 3  

生 物 技 术 的 进 展 及 应 用 

刘 尚文 , 顾海燕 , 志平  余

( 浙江 建德 建业 有机 4 . 有 限公 司 ,浙 江 e.  ̄- T 杭 州  3  0 ) 16 4   1

摘  要 : 综述了生物技术在现代环境技术、 组织工程和生物化工方面的进展及应用 , 并指出建立在化学化工技术与生命科学的 

相互交叉与融合 的基础上 的生物技术充分体现 了学科 交叉的优势 , 它必将引起现代生物技术产业革命性 的变革 。  

关键 词 : 生物技术; 环境生物技术; 组织工程; 生物化工 ; 表面修饰 

Pr g e s a   o r s   nd App i a i n  fBi c m i a   c o o y lc to o   o he c lTe hn l g  

L U  ha g —we I S n n,GU  Hai—y n,YU  i—pig  a Zh n

( hj n  i d i y  ra i C e c l o ,Ld , hj n   a gh u3 10 ,C ia  Z ei gJ n eJ n eO gnc h mi   . t. Z ei gH nzo  1 6 4 hn ) a a a   aC a

Absr c :Th   r g e s a d a p i ain o   o he c lt c noo y i   n io me a  o o ia e h lg ,ts u   n   ta t e p o r s  n   p lc to   fbic mia e h l g  n e vr n ntlbilg c lt c noo y is e e - gne rn   n   ic e c le gne rn   r  n r d c i e i g a d b o h mia  n i e g we e i to u d. I wa  n i e dic p ie b t e   i h e c e tc e sr i t sa  ntr s i l   ewe n h g   f in   h mity& c mi    n i he — c le gne rn  e h o o   nd l e s in e,a d h d ma y a v n a e  n t e b sso  n e d s i ln .Isd v lpme tmu t a  n i e i g tc n lg a  i   c e c y f n   a   n   d a t g so  h   a i  fi tr icp i e t  e eo n  s 

b  e dng a r v l to a   h n e i  he fed o   d Y   i c e c lt c n lg   e l a i     e ou i n r c a g  n t  il   fmo e n b o h mi a e h oo y. y

Ke   r y wo ds:b o h

mia e h l g ic e c lt c noo y;e v r n n a  il gc ltc oo y;t s e e gn e n n io me tlb oo i a e hn lg i u   n ie r g;b o h mi a  n i e r  s i i c e c le g n e —

i g; s ra e m o ii ain n u f c   d fc to  

综 观 当今 科 学 技 术 发 展 , 今 世 间 上 最 受 重 视 的技 术 是 I  当 T

以及在新 的理 论和技 术下 产生 的强化 处理 技术 和工艺 , 生物  如

技术 和纳米技术 , 发展最快 的科 学是生命科学 。2 0世纪后 叶 , 生  命科学 的各个领 域取 得 了巨大 的进 步 , 特别是 分 子生 物学 的突  破性成就 , 生物技 术在 自然科 学 中 的位 置发 生 了革命 性 的变  使

化 , 多 科 学 家 认 为 在 未 来 的 自然 科 学 中 生 物 技 术 将 要 成 为 带  很 头 学 科 。美 国科 学 家 预 言 , 国 的 第 二 个 硅 谷 将 不 再 是 半 导 体   美

滤池 、 生物转盘 、 生物流 化池 等 , 当今生 物处理 废水 中应 用较  是 广往 返的技术 , 以生物膜法最 为突出。 尤  

生物 膜法 是 一 种 通 过 附 着 在 某 种 物 体 上 的生 物 膜 来 处 理 废  水 的 好 氧 生 物 处 理 法 , 主要 优 点 是 对 水 质 、 量 变 化 的 适 应 性  其 水 强 , 主要 特 点 是 微 生 物 附 着 在 介 质 滤 料 表 面 上 , 成 生 物 膜 , 其 形   污 水 同生 物 膜 接 触 后 , 解 性 的 有 机 物 被 微 生 物 吸 收 转 化 为  溶 C   H 0、 H 。 污水 得 到 净 化 , O 、  N   同时 繁 殖 更 多 的 微 生 物 , 需 的  所

产业 , 而是潜力 巨大 、 正在兴起的生 物技术 。从 现代 生物技 术突  飞猛进 的发展及其 对医药 、 保健 、 环境 、 农业 、 能源等 方面 的重大  作用来看 ,1世纪将是 生物技 术 的世 纪 。生 物技 术它 是 以现代  2 生命科学 为基 础 , 合先 进 的工程 技术 手段 和其 它基 础学 科 的  结 科学原理 , 按照预 先的设 计改 造生 物体 后 , 加工 生物 原料 , 为人 

类 生 产 出所 需 产 品 或 达 到 某 种 目 的 的一 种 技 术   J 。  

氧气一般 直接来 自大气  。  

当 前 白色 污 染 已成 为 重 要 的环 境 问 题 之 一 , 目前 世 界 上 许  

多国家 , 如美 国 、 西欧各 国、 日本 、 中国都 在积极研 制开 发生物 可  降解 颜料。 目前所报道到的体 内可 吸收线性高 分子生 物材料 已 

超过 2 0多 种 。为 减 少 塑 料 所 造 成 的 白色 污 染 , 外 在 生 物 降解  国 方 面 做 了 大 量 的 研 究 并 取 得 良好

的 成 果 。美 国 国 内 的 一 些 大 型  化 工 企 业 如 杜 邦 公 司提 出 , 2 1 该 公 司销 售 额 中 2 % 产 品  到 00年 5

生物技术 它是 以生 命科 学为基 础 , 其它 学科 交 叉而 发展  与 起来 的一个新 的技 术。而现代生物技 术说 明学科交叉 是学 科发  展 与 技术 创 新 的 源 泉 , 由此 而 产 生 了现 代 环 境 生 物 科 学 、 织 工   组 程 、 物化工等一些大有作 为的新领域 。 生  

的原料将 为可再生原料 , 代替 过去以石油产品为原料的现状 。  

1 现 代 环 境 生 物 技 术   

现代环境 生物技术是现代生物技 术和环境 工程技 术相 结合  的产物 , 它是 2 O世纪 8 0年代才诞 生的一 种崭新 的技 术 , 埘传  是

统 的 生物 技术 的 强 化 和 创 新 。  

2 组 织 工 程 用 生 物 材 料   

组织工程是运用工 程科 学与 生命科 学 的基本 原理 和方 法 ,   研 究 与 开 发 生 物 替 代 物 , 而恢 复 、 持 和 改 进 人 体 组 织 功 能 的  从 维

作 为 一 门 新 兴 的 边 缘 学 科 , 境 生 物 技 术 主 要 涉 及 生 物 技  环 术 、 程 学 、 境 学 和 生 态 学 等 学 科 。 不 仅 包 含 了 生 物 技 术 所 有  工 环 的 特 点 , 且 还 融 洽 了 环境 污 染 防 治 及 其 他 工 程 技 术 。 而   传 统 的 生 化 处 理 技 术 , 沉 淀 池 、 学 还 原 法 、 性 污 泥 法  如 化 活

门新兴学科 。其基本思路是将组织 细胞吸 附在一种 生物相容  性 良好 、 在 人 体 内逐 步 被 降解 吸 收 的 支架 材 料 上 , 给 细 胞 提   可 并

供营养使之扩增 。在体 外形 成 细胞 与生物材 料 的复 合物 , 然后  将这种复合物植入 机体 内 , 支架 材料逐 步被 人体 降解 吸收 的  在

同 时 , 胞 不 断 增 殖 并 分 泌 基 质 , 终 形 成 新 的 , 有 与 原 来 功  细 最 具

作 者 简 介 : 尚文 ( 93一) 男 , £, 程 师 。 从 事 产 品 开 发 与 研 究 , 次 参 与 公 司重 大 项 目的 开 发 与 生 产 , 着 丰 富 的理 论 知 识 与 实 践 经 验 。20   刘 17 , 学  工 多 有 05

年取得 工程师资格如 书 , : 目前 任公司的工艺副主任工程师。E—m i hjl @16 CL al z s : d w 2 .O1 T  

3・ 6 

广州化工 

2 1 年 3 卷第 9期  00 8

能 和形 态 相 应 的组 织 和器 官 , 到 修 复创 伤 和 重 建 功 能 的 目的 。 达   因生物材料 直接 与人体组织接触 , 故对材料 表面有较高 的要 求 ,  

次的涉及化工行业的产品结构调整 。其主要前沿领域 有生物 能  源, 生物新材料及 手性催 化等 。其 中生物新

材料 主要 是针 对环  保而开发的可降解的生物 塑料 为主。常惠联 _在 研究微生物法  o   近 年 来 由于 组 织工 程 的发 展 对 生 物 材 料 的 表 面 性 质 提 出更   生产烟酰胺 中发现 , 微生物法生产烟酰胺具有反应 条件温和 , 流  多的要求 , 的修饰技 术也 随着发展起来 , 新 如辐射接 肢法 , 面  表 程简单和产 物产率及纯度 高等特点外 ,用生 物法 比化学法 单耗  固定化 , 低温等离子体法 , 离子注入法 等。   生物材料 的表面修 饰是一项 复杂 的系统工 程 , 需要兼顾 材  低 0 0 t .5 。如在农作物 育种 中可 以起 到作 物组 织培养 、 基因  转 人工种子 、 分子标记捕捉育种等地作用 。为 了缓解 日益 发  料 学 和生 物科 学 的 需 要 , 现 理 想 的 表 面 修 饰 应 该 设 计 表 面 拓  育种 、 实 降低生产成本 , 大家积极研发生物技 术制作香精  扑结构、 特异性识别 、 亲水一疏水平衡 、 白质 吸附等各个方 面。 展 的香料需要 , 蛋  

更 重要 的是 力 图趋 近调 控 细 胞 在 材 料 表 面 生 长 和 凋 亡 这 一 动 态 

香 料  。  

使其必须具有 良好的生物相容性 , 抗凝血性 , 还期望能产生 细胞  和 分 子 间 的 响应 性 , 而传 统 的 材 料 在 这 方 面 比较 欠 缺 , 而对 材  因 料进行表面修饰也是临床应用材料发展的关键 。  

生物催 化因其具有转化条件温 和、 选择性高 、 生物催化剂 制  造成本低 等优势 , 已发展成 为化学 工业 的重 要技术 之一 。生 物  催化对化工行业 的影响不 仅在 于技术手段 的变化 , 而且 将深层 

双项平衡 , 模拟天然组织 的结 构( 即生物 仿生 ) 是进行 生物材料  表面修饰的一个发展方 向也是 一个难点 。在 以后 的发展 中, 以  生物材料表面 的生物仿 生 和材料 表面 的 自组装 修饰 为两 大重 

点。  

3 3 生物 能源  .

世界矿物能源的消耗越来 越大 , 而全 球矿 物能源 的储 蓄量  却十分 有限 , 0世纪 7 自2 0年代“ 石油危机” 以后 , 人们 开始 研究  煤 炭的气化 和能量综合利用 , 中生 物能 、 阳能和其他可在 生  其 太 能源将替代石油和煤炭 , 逐渐成为世界 能源的主角 , 在此方面 的  应用主要有生物柴油 , 生物制氢等 。   美 国是 最 早 研 究 生 物 柴 油 的 国 家 , 目前 已 有 4家 工 厂 , 生  总 产能源为 30  ̄a德 国 20 0k ; 00年生物柴油产量 已达 20 t拥有 3  5k, O

多个 生 物 柴 油 加油 站 , 且 制 定 了 生 物 柴 油 的 标 准 DN 5 66  并 I V 20 。 大众 汽车和奥迪 汽车也宣

布 , 其生产 的所有 型号的家用 汽车 引  擎都可 以使用生物柴油作为燃料 。法 国目前 已拥有 7个生产生  物柴油 的企业 ; 意大利是 目前欧洲生物耗油 使用最广 的国家 , 已  吨 到 2 1 预计 可 以达 到 4 8 00年 4 0万 t在 20 , 00年 到 2 0 0 5年 内 , 生 

3 生 物 化 工 

生 物 化 工 是 由化 学 及 其 工 程 学 与 生 物 学 的交 叉 与 渗 透 而 产 

生 的。它是当今化学化 工 的前 沿科学 , 也是 化学工 程 向生命 科  学进军的新领域 。生物 化工 是生物技 术的主要 分支 , 与传 统化  学工业相 比, 生物化工有 以下突 出的特点 : 主要 以可再 生资源  ① 作主要原料 ; ②反 映条 件温 和 , 多为 常温 常压 , 能耗低 , 择 性  选

好 , 高; 效率 ③环境污染较少 ; ④投 资较 少 ; 能生产性能优异 的  ⑤ 0 6年 的6 0万  9 化合物并能开发生产新品种  。 目前各 国已竞相开展 了生物化  拥有 9家生物柴油的生产厂 。世界生物柴油从 20

工研究开发工作 。许 多大型企业 如杜 邦 、 山都 、 耳 、 孟 拜 陶氏化  学都在投巨资和科研力量进 行生 物花工技 术研究 。 目前 , 已开  发出的许多 聚合氨基 酸就是 生化技术 在氨基 酸工业 中的应 用。   其中聚精氨酸 由于具 有生物 降解性 , 即使用 过后丢弃 也绝不 像  丙烯酸树脂那样造成严 重环境 污染 , 可用于保 温地膜 等农 用 产  品和洗涤剂 、 处理 剂等 工业 产 品, 国拜 耳公 司 已建成 年产  水 德 2 0 t 实 验 工 厂 生 产 聚精 氨 酸 高 吸 水 性 树 脂 。德 国 拜 耳 公 司  00 的 计划到 2 1 08年共 投资 3 5亿欧元用 于生物技术 , 到 2 1 使 0 8年销  售额达 到 1 4亿欧元 。   近年来 , 物化工在生物技术 中的地位正在上 升 , 物技术  生 生

物柴油从 产能 、 产量及消费量年均增 长率 约为 2 % , 3 国内生物柴  油产 量 2 0 0 6年 2 5万吨 , 预计 到 2 1 0 5年达 到 60万 吨。中国综  0 合能源公 司在陕西省铜川市 已建成两套生物柴 油装 置共计产 量 

1 吨 , 在今 年投 资 10 O万 并 50万 美 元 建 设 第 三 套 装 置 , 成 后 形  建 成总产量 1 5万 吨的生物 柴油 的规模。2 0 09年 1 2月 , 天冠集  从 团传 出喜讯 , 国家 “ 十一 五”6 8 3计划重大项 目课题“ 生物柴油组  分及汽车匹配技术 ” 通过国家科技部 的验收 , 对于推动我 国生  这 物 柴 油 汽 车 的研 发 与产 业 化 有 着 深 远 的 意 义  …。  

正 在从传统医药 、 农药 向生物化 工方 向逐 渐转

移 。20 0 8年 我国  生物技术总产值 突破 1万 亿大关 预计 到 2 1 0 5年将 达 到 3万亿  生物技术的飞速发展 将会在能源 、 现代环境治 理技术 、 物  生 元 ,0 0年达到 6万亿元 , 22 超过 目前我国电子信息产品制造业 的  化工等方面发挥其独 特 的作 用 , 以现代生 物技术 为支撑 的现代  规模 , 将成为我国的新 兴支柱 产业 , 不久 的将 来 , 有 2 % 的化  阳光经济 已经显现优势 , 且成为 2 世 纪化 工的框 架 , 将 0 并 1 生物技 

工 产 品 由生 物 技 术 来 生 产  。 由此 产 生 一 系 列 的学 科 :   术 的 应 用 , 会 为 人 类 开 拓 新 能 源 、 材 料 、 药 物 的 发 展 提 供  将 新 新

4 结  

语 

3 1 化 学生物 学  .

化学生物学的工 程应用 , 被认 为可能 开发 出疗效好 而 副作  用小 的药物 , 从研究生 物催化 和生物 转化 中可 以开发 出新型 高  效 的生物催化剂和生物催化体系 。医药和制药工业 等领域 的技  术 进 步 正 期待 着 从 其 发 展 中得 到 新 的机 会 。   化学生物学 的国外研 究主要 在两个 方面 : ①化 学小分 子对  生物大分子 的调 控作用 ; ②提供 生物过 程的组 合化学 。国内该  类研 究的内容虽与 国外有相 似之处 , 只是狭义 的化学生 物学  但

研究 , 特别 是与 基 因 组 学 、 白质 组 学 的 相 关 领 域 , 内 在 基 础  蛋 国 研究领域还相对薄弱。  

新途径 , 并会带来高效清洁生产 , 成为阳光经济的主要支柱 。  

参 考 文 献 

[ ] 徐炽焕. 1  国外生物降解 塑料的开发 动向[ ] 化工科技 市场 ,0 4  J. 20 ,

2 ( ) 5— . 7 3 : 7 

[ ] 欧 阳平 凯, 2  韦萍 , 姚忠. 生物化工研究 现状 与发展超势 [ ] 化工进  J.

展 ,0 3 2 ( ) 1~ . 2 0 ,2 1 : 7 

[ ] 郭建维 , 国斌 , 可生 物降解 超强 吸水 剂及 其制 备技 术进 展  3 易 等. [ ] 化工进展 ,0 3 2 ( 2 :4 J. 2 0 ,2 2 )8 5—89  4.

[ ] 染 向峰 , 4  孙兴华 , 胡欠 , 液 一 一 等. 液 液相萃取研究进 展及其 在生化 

分离 中的作用[ ] 化工进展 ,0 32 ( )2 4—29  J. 20 ,2 3 :4 4. [ ] 朱娅琼. 5  深度解析《 促进生物产业加快发展 的若 干政策》 J .   [ 】 中国

投 资 ,0 9 9 3 2 0 ( ):2—3 . 9  [ ] 常 惠 联 . 生 物 法 生 产 烟 酰 胺 的 特 点 [ ] 化 工 科 技 市场 ,04,7 6  微 J. 20 2 

()2 2 . 4 :4— 6 

3 2 生物 催化技

术及应 用  .

生 物 催 化 剂是 指 由常 规 选 育 或 经 现 代 生 物 工 程 方 法 获 得 的  菌 株 、 胞 系 或 从 中 提 取 的酶 。它 的 作 用 相 当 于 化 学 反 映 中 的  细 催 化 剂 , 生 化 反应 中所 不 可 缺 少 的 。 是  

( 下转 第 7 7页)  

2 1 年 3 卷第 9 00 8 期 

广州化工 

・7  7・

取三 次( 04 、5 L , 5 、0 3 m ) 蒸馏 萃取 液 , 将所得浓 溶液转移至小烧杯  由表 1可知 , 1: 以 2的料液 比提取红海 榄 叶中的生物 碱时  中, 于水浴上加热 以除去溶剂 , 然后 置烘 箱中 于 7 c 干 , 5c烘 得黄  所得 氯仿提取液的 吸光度 值最 大 , 当料液 比超 过 1: 2时 , 随提  褐色总生 物碱 。称重 , 计算提 取率 。   取 液 用 量 的 增 大 , 取 液 的 吸光 度 值 基 本 保 持 不 变 , 明此 时 原  提 说

2 结 果 与 讨 论 

2 1 总生 物碱 测定 波长 的选 择  . 

用 1m 比色皿 , e 以氯仿 为参 比 , u 用 V一20 P S型紫 外 可  12 C 见分 光光 度计 , 20— 0 n 波 长 范 围 内分 别 对 12 2中 所 得   在 0 40m .. 氯仿 萃取 液和空 白试剂进行光谱 扫描 , 比较两 条光谱 曲线 , 到  得 红海 榄 叶 总 生 物 碱 的 最 大 吸 收 波 长  … 为 2 2 m, 选 择 2 2 m 7n 故 7n 

为 以 下 的 测定 波 长 。  

料 中 的 生 物 碱 已 提 取 完 毕 , 增 大 提 取 液 也 不 能 得 到 更 多 的 生  再 物碱 , 以 本 实 验 以 1: 所 2的 料 液 比 来 提 取 红 海 榄 叶 中 的 生 物 

碱。   2 2 3 提 取 回流 时 间 的 确 定  .. 称 取 10 0 制 备 好 的红 海 榄 叶 6份 分 别 于 6个 10 mL圆  5.g 00

底烧 瓶中 , 按料液 比( / ,/ L 1: w v g m ) 2加入 p H值为 10~3 0的  . . 9 % 乙醇 , 12 2所述方法 进行 总生物碱 的提取 , 5 按 .. 其提 取时间  分别控制为 1 ,h3 ,h 5 ,h 然后在 2 2 m处分别测定不 同  h 2 ,h4 ,h 6 , 7n 提取时间所得氯仿萃取液 的吸光度 , 果见 图 2   结 。 图 2显示 , 提取液 萃取液 的 吸光度 随 回流时 间 的延长 而增  大, 当回流时 间超过 3 h后 , 萃取 液的 吸光 度趋 于稳 定 , 因此 , 本  实验选用 3 h作 为提取 回流时间。  

2 2 红海 榄 叶总生 物碱 提取 条 件 的确 定  .

2 2 1 提 取 液 的 酸 度  .. 称取 10 0 5 . g制备 好的红海榄 叶 8份分别 于 6个 10 mL圆  00

底烧 瓶中 , 分别加入 30 Lp 0 m  H值 为 10

2 0 2 5 3 0 3 5 4 0  . ,. ,. ,. ,. ,. , 5 0 60的 9 % 乙 醇 , 1 2 2所 述 方 法 进 行 总 生 物 碱 的 提 取 、 . ,. 5 按 ..   纯化 等 , 然后在 2 2 m处分 别测 定所 得 8份氯仿 萃 取液 的吸 光  7n 度 , 果 如 图 1  结 。

l  

《 

0  

越 0  

图 2 提取 时间对生物碱提取率的影响 

鏊 0  

0 

3 结  

pH 

论 

图 1 提 取 液 酸 度 对 生 物 碱 提 取 率 的影 响   

图 1 明, 表 提取液在 p  . H 10~3 0范围 内时 , . 所得萃 取液 的  吸 光 度 基 本 保 持 稳 定 且 最 大 , 提 取 液 的 p 超 过 3 0后 , 提   当 H . 随

本实验结果表明 , 酸性 醇 回流法对 红树 植物 红海 榄 叶中 的  总生物碱具有较好的提取效果 , 其最佳 提取工艺条件为 : 1:   以 2 的 料 液 比 , p 为 10—30的 酸 性 醇 溶 液 中 回 流 提 取 3 , 总  在 H . . h其 生 物 碱 提 取 量 可 达 0 1 % 。红 海 榄 是 一 种 广 泛 分 布 的 红 树 植  .7 物, 研究其 活性功 能成分 的提 取工 艺对 于红海榄 的开发具 有一  定的指导意义。  

参 考 文 献 

[ ] 尚随胜 , 1  龙盛京. 树植物木榄 的活性成分研究 概况 [ ] 中草药 , 红 J.  

2 0 3 ( ) 4 5— 6 . 0 5,6 3 :6 4 7 

取液 p H值的增大 , 萃取液 的吸光 度值 减小 , 即生 物碱 的提 取率  降低 , 因此 , 实验选用 p 本 H值 为 10—30的提取液 。 . .  

2 2 2 料 液 比的 确 定  .. 称取 10 0 制备好 的红海榄叶 6份 分别 于 6个 10 mL圆  5.g 00 底 烧 瓶 中 , 别 按 料 液 比 ( / ,/ L) :1 1 :1 5 1 :2  分 w v gm 1 , ., ,

1: . , 3 1: 2 5 1: , 4加入 p H值 为 10~30的 9 %乙醇 , 12 . . 5 按 ..   2所述方法进行总生物碱 的提取 、 化等 , 后在 2 2 m处 分别  纯 然 7n 测定 所得 6份 氯仿 萃取液的吸光度 , 结果见表 1  。

表 1 料 液 比 对 生 物 碱 提 取 率 的影 响   

[ ] 杨华. 2  海洋药物导论 [ . M] 上海 : 上海科学技术出版社 ,04:2 . 20 27  [ ] 王湛昌 , 文翰 , 3 林 张亮亮 , 福建 浮宫 红海榄 ( hzp oas l   等. R i hr t o o y  ̄) 次生代谢产 物研 究 [ ] 厦 门大 学 学报 (自然科 学 版 ) 2 0 , 5 J. ,0 6 4 

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[   赵亚 , 4] 宋国强 , 郭跃伟 . 中国红树植物红

海榄 ( h ̄p oas l a 的  R i hr t o ) ys 化学成分研究 [ ] 天然 产物研究与开发 ,0 4,6 1 :3— 5 J. 20 1 ( )2 2 .  

e 

;、  

石 

茄  

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0 

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才 石 

( 接第 3 上 6页 )  

[ 7] 余 丽琴 , 钟梓磷 , 王记林 , 生物技术 的发展及其 在农作物 育种 中  等. 的作用 [ ] 江西农业学报 ,0 9 2 ( )8一l . J. 2 0 , 1 9 : 2  [ ] 汪薇, 8 自卫 东 , 赵文 红. 生物 技术 在 天然 香精 香 料生 产 中 的应 用  [ ] 中国酿造 ,0 9 9 : 0  J. 20 ( )7—1 .

[ ] 梁斌. 9  生物柴油的生产技术 [ ] 化工进展 ,05,4 6 :7 J. 20 2 ( )5 7—5 5 8  [O 1 ]董月, 生物柴油现状与发展 [ ] 化学工程 与装备 ,0 9( ) 12 J. 20 6 :0  13 0.

范文五:生物技术进展 投稿:袁螱螲

生物技术进展

氧化还原电位在微氧厌氧发酵中的控制和应用

摘要

许多发酵产物是在微氧或厌氧条件下产生的,这样的条件下溶解氧探头检测不到氧气,这就为发酵过程的监控和控制提出了一个挑战。胞外氧化还原电位影响细胞内的氧化还原平衡和新陈代谢,易被检测,这就为检测和控制发酵产物的发酵过程提供了另一种替代选择。本文回顾了氧化还原电位在影响基因表达,蛋白质合成和代谢方面的最新进展,以及如何通过控制ORP获得更有效的发酵产物,比如在微氧条件下使酵母菌进行乙醇型发酵和在厌氧条件下使梭状芽孢杆菌进行以丁醇为主要产物的发酵。

1综述

自人类的祖先开始制作泡菜、酸奶、米酒等食品和饮料以来,发酵有着一个悠久的历史。为了追求理想的风味许多发酵是在微氧和厌氧条件下进行的,同时要进行污染控制因为大多数有害微生物在有氧条件下迅速传播。最近,在原油的可持续供给和石油基础产品特别是运输燃料过度消费给生态环境带来的影响受到关注,微氧和厌氧发酵条件下产生的生物燃料乙醇和丁醇也受到了全世界的关注。

不同于有氧培养和溶解氧可以在线监测的发酵,微氧和厌氧发酵的一大挑战是缺乏实时过程监控技术,因为常常发酵过程中的PH值监测仅仅反映了质子活性,因此对细胞内代谢的微妙变化它是不灵敏的。氧化还原电位,氧化还原或(ORP),反映整体的电子转移和在细胞内的代谢中涉及的氧化还原平衡,一个世纪前两个剑桥大学的教授便预测到了它的意义。虽然在相对简单的化学反应系统中已经确立了ORP原理和测量,但是ORP对生物系统中的核心细胞代谢的影响和生物工程中ORP控制的应用仍是十分有限的。

目前,为了深入理解细胞内的氧化还原平衡和细胞生理和代谢之间的影响,研发出可以穿透单个细胞的纳米传感器,能直接测量细胞内氧化还原电位,这为具有氧化还原途径偏好的工程菌进行理想发酵获得期望的发酵产物提供了依据。另一方面,通过反映细胞内的氧化还原电位同步电极便可以容易检测到胞外的氧化还原电位,因此,如图1所示,通过改变细胞内ORP和代谢模式可以实现OPR控制策略。

在这篇文章中,回顾了ORP对细胞内代谢影响的最新进展,以微氧条件下酵母酿酒中乙醇发酵和厌氧条件下梭状芽孢杆菌产丁醇作为例子,从分子水平和工艺过程两个方面讨论了获得高效发酵产物的ORP控制策略。

2 ORP对代谢的影响

2.1ORP原理

ORP表示化合物获得电子的趋势。因此,一个氧化还原反应中需要两种化合物,反应中还原性化合物将电子提供给氧化性化合物,每个氧化还原对有其内在OPR值。电子亲和力越强,氧化还原对的氧化还原电位就越高。表一概括了细胞内新陈代谢中主要氧化还原对的标准ORP值。不同于原电池半反应,无论是好氧抗生素发酵、微氧或厌氧条件下乙醇丁醇发酵,氧化还原反应都是在细胞内同时发生的。使得细胞外OPR监测可以作为细胞内电子传递和氧化还原平衡代谢净结果的一个指标。

相对于提供质子信息的PH值,ORP则表示了电子的活动。因此ORP对细胞内的微妙变化更为灵敏。ORP电极系统包括由铂、铑、铱和金等惰性金属构成的检测电极和由Ag和AgCl组成的参比电极组成,可以实时监测发酵系统的氧化还原信息,这种电极对细胞内代谢的影响可以忽略不计。

2.2环境因素对ORP的影响

一般情况下,温度和氧化性还原性化合物的比例对调节溶液中氧化还原电位是很关键的。

对于培养和发酵中的生物应该考虑溶解氧和厌氧条件等环境因素。但在用酵母产乙醇的微氧发酵中,溶解氧探头无法检测到溶解在发酵液中的痕量溶解氧。如表一所示,O2/H2O的标准氧化还原电位是细胞代谢所有氧化还原对中最高的。因此,如果电子转移,即使溶氧量远低于其他代谢产物,氧必须是优先受体,进而更加有效影响ORP。至于厌氧发酵,由于没有溶解氧和化学物质不同程度的减少,补充培养基营养底物和释放到发酵液中的代谢产物的影响变得至关重要。

2.3细胞内氧化还原电位的动态平衡

共轭氧化还原对和他们的动态平衡是进行细胞内代谢的基础,ORP通过基因表达和酶的合成影响生物细胞的功能,从而影响到信号的感应和传导,最终影响代谢类型,特别是在工业生产相关的应力条件下。

由于检测细胞内ORP的技术限制,常用细胞质中的氧化还原对来表征ORP状态。在不同氧化还原对中,氧化型NAD+和NADP+是两个主要的辅助因子,它们从其他分子接受电子形成NADH和NADPH,NADH/ NAD+和NADPH/ NADP+这两个氧化还原对分别主导了细胞内的新陈代谢。例如,2012年10月以带有NAD+和NADP+作为辅助因子的106和88酶催化了包括855和1064的生物信息数据库KEEG中的氧化还原反应。因此,细胞内的氧化还原电位主要取决于NADH/NAD+的比率,较少取决于NADPH/NADP+的比率。

3 ORP控制策略

发酵系统中氧化性还原性物质的比率决定了氧化还原电位。因此调节ORP的策略主要集中在如何改变氧化还原性物质的比率,已经探索出的策略包括代谢工程和工艺工程技术中的菌株改进。表2总结了一些ORP控制条件下产生的代谢产物。

3.1菌株改造

理论上,通过改变体内电子转移和氧化还原反应中关键酶编码基因的表达,在分子水平上可以控制ORP。这个方法主要通过大肠杆菌和酿酒酵母这两种模式生物来实现。在大肠杆菌中去除pflB和adhE可以增加NADH含量,以致乳酸积累。Berríos-Rivera et al. (2002)使大肠杆菌中甲酸脱氢酶过度表达,以致NADH/ NAD+的比率增加,进而降低ORP水平。Singh et al. (2009)研究了去除带有丙酮酸甲酸裂解酶基因和乳酸脱氢酶的大肠杆菌菌株会导致ORP不平衡。Hou et al研究了不进行甲酸代谢的酿酒酵母菌的细胞质或者线粒体中依赖于NAD+的甲酸脱氢酶的相似的基因,结果表明可以调节细胞各组分在甲酸氧化过程中的NADH。虽然针对的仅仅是代谢网络中一个或几个关键酶,但是会影响细胞内ORP的应用功能。

3.2工程工艺技术

虽然通过代谢工程工具开发具有较好氧化还原途径的健壮菌株,是解决高效生产各种发酵产物的最终方案,由于生物系统中固有的复杂性,这方面的进展费时缓慢,成功的例子也很有限。相比之下,工程工艺技术可以给工业生产中技术经济产能带来立竿见影的效果。

3.2.1能量输入

通过有电流形式的能量输入提供的电流,带有电极的生物电化学反应器可以控制发酵系统中的ORP。生物电化学反应器的功效依赖于微生物和工作电极表面之间的相互作用,但反应机制有待阐明。因此,工作电极的电位和发生在电极表面非生物反应电位是两个关键因素。 不同的微生物系统都已探索出这样的电化学ORP控制策略,像运动发酵单胞菌纯培养发酵 (Jeon etal., 2009a)酿酒酵母发酵(Na et al., 2007),丙酮丁醇梭菌产丁醇(Peguin and Soucaille, 1996)等。

3.2.2补充试剂

氧化还原试剂铁氰化钾,甲基紫精和中性红等化学物质不同程度减少,可以作为影响环境ORP和细胞代谢的电子载体补充到发酵系统中(Bagramyan et al., 2000; Girbal

et al., 1995; Peguin and Soucaille,1996)。另一方面,胱氨酸/半胱氨酸,氧化/还原的谷胱甘肽和NADH/ NAD+是主要的生物氧化还原对,它们不仅影响ORP的状态,而且可以直接作为细胞内代谢的中间体。因此,可以补充维生素烟酸这样的氧化还原试剂或者前体。

3.2.3充入气体

向发酵系统中充入氧、氢和一氧化碳这些氧化还原活性气体控制ORP,溶解氧可以提高ORP,氢可以降低ORP。另外,也可以向发酵系统中充入惰性气体氮气和氦气分离溶解氧和氢,从而间接影响ORP。

在酿酒酵母发酵过程中分别充入氧、氢、氦,创造不同的ORP条件,研究其对酵母菌生理和代谢的影响。通过ORP控制可以深入理解如何高效产乙醇。像严格厌氧的梭状芽孢杆菌发酵产丁醇这样的厌氧发酵,一氧化碳抑制氢化,所以氢气产物的充入可直接减少溶剂中物质功耗。相比之下,通入氮气可以分离氢和激活产氢酶,从而提高发酵产氢量。

4 微氧条件下ORP控制:乙醇发酵

乙醇燃料目前是全球范围内商业化生产的一种主要生物燃料,它的主原料是糖和淀粉。比较温度,PH值,培养基成分这些参数,因为与糖酵解途径相关的氧化还原平衡和乙醛产乙醇量的减少,在培养基含糖不超过250g/L和发酵液中乙醇浓度低于13%的发酵条件下,ORP对乙醇发酵影响很小,如图二所示,在抑制乙醇产生条件下,酵母菌有良好的耐受性。 为了显著增加乙醇的滴度,使用含糖超过250g/L的培养基进行VHG发酵,因为大幅减少了放电,不仅节省了乙醇蒸馏时的能量消耗,而且也节省了酒槽处理时的能量消耗 (Bai et al., 2008)。然而,当在VHG条件和严格应力条件下进行乙醇发酵,特别是抑制乙醇浓度升高条件下,会对酵母细胞的生存能力产生不利影响,造成发酵时间的延长和更多未发酵的糖发酵(Ingledew, 1999)。酵母细胞会合成甘油这样的保护性代谢物来应对应力,减损乙醇产物中NADH,导致氧化还原的不平衡,使ORP控制更有效。

4.1VHG乙醇发酵中的ORP分布

如图三所示,酿酒酵母菌中VHG乙醇发酵的ORP分布图类似浴盆(Lin et al., 2010)。当酵母细胞被接种到新鲜培养基中,呼吸作用快速消耗了作为电子受体的溶解氧,使ATP增长,从而ORP大幅降低。随着溶解氧逐步减少,酵母菌代谢从有氧生长切换到厌氧发酵产乙醇,在此期间,为了减少还原当量NAD(P)H的消耗,促使甘油合成的许多途径都被激活。此外,过量的葡糖糖底物,进一步降低了ORP。由于糖的消耗,使得酵母生长和乙醇发酵速度降低,酵母细胞的裂解和相应的氧化代谢产物释放到环境中也使得ORP开始增加。

4.2ORP控制策略

不像丁醇发酵工程已经深入探索到对直接碳通量和高效产丁醇的电子流的菌株改良,酵母菌的发酵产乙醇方面类似的研究却是非常有限的,酵母发酵产乙醇方面的探索主要集中在在糖发酵过程中增加乙醇产量降低甘油产量,和从木质纤维中通过戊糖发酵产乙醇。近日,在VHG发酵条件下,提高酵母生存能力和增加乙醇产量的生物工程策略都得到了改进。

4.2.1菌株改良

在发酵过程中,主要副产物甘油会和乙醇竞争碳通量和能耗,因为甘油的合成需要NADH,而NADH对乙醛还原产乙醇也是必须的。因此,要改善发酵工程策略,像改变菌株内部氧化还原平衡,通过去除过度表达的关键酶基因重新分配碳通量。

Guo et al. (2009) 去除了工业酵母中编码甘油-3 - 磷酸脱氢酶的GPD1或GPD2基因。从而使发酵过程中甘油减少,乙醇得到增加。但是,较低密度的生物量会降低乙醇产率。为了解决去除GDP1和GDP2引起的氧化还原失衡,研究人员从蜡状芽孢杆菌和gpd2

Δ酵母菌株找到了相关的异源基因 (Guo et al.,2011),它们能在减少甘油生成的同时增加乙醇的产量,并且不影响改良菌株的生长。

4.2.2生物工艺工程技术

在乙醇发酵过程中常通过控制曝气量来调节氧化还原电位(Lin et al., 2010; Liu et al., 2011a; Yu et al.,2007),曝气过程中需要一个由ORP探针和控制器组成的反馈系统,一旦ORP值低于设定值就会自动调节曝气时间和速率。观察发现,在VEG发酵条件下,乙醇产量最大产率最高的ORP值是-150mv(Lin et al., 2010; Yuet al., 2007)。此外,Liu et al. (2011a) 还研究了以葡萄糖作补给维持ORP。然而,由于无法维持较高细胞存活率,乙醇产量提高有限。为了解决这个问题,设计一个连续曝气过程刺激酵母细胞的生长,增强他们的生存能力(Liu et al., 2011a)。

5 厌氧条件下ORP控制:丙酮-丁醇-乙醇发酵

严格厌氧菌梭状芽孢杆菌可以产ABE,比例约为3∶6∶1(Jones and Woods, 1986)。相比乙醇,丁醇中能量值较高,且不易挥发,兼容性较高,被视作为一种先进的生物燃料(Dürre, 2008)。然而发酵产丁醇费用高。一方面,乙醇量和丙酮量增加会降低丁醇产量,这就增加了原料消耗。另一方面,由于细胞中丁醇毒性会消耗大量丁醇,所以,丁醇发酵液中滴度极低(Keasling and Chou, 2008)。

5.1产丁醇中ORP的影响

如图4所示,ABE发酵是一个酸化和水解双相反应的过程(Lee et al., 2008),可以通过电子平衡和氧化还原平衡来控制。在生成ATP的产酸过程中生成的乙酸和丁酸,和糖酵解途径中生成的NADH一起合成细胞生长所需物质。随后,由于乙酸酯和丁酸酯的积累,细胞生长减慢,最后停止在固相中,然后水解葡萄糖摄取酸性中间体开始形成溶剂。因为丁醇的毒性,细胞自溶随即发酵结束。因此,在ABE发酵中ORP控制是非常有效的,最近丙酮丁醇梭菌全转录调控甲基紫精发酵中形成的人工电子载体更是说明了这一点(Hönicke et al.,2012),这种ORP控制同样可以运用到ABE发酵前期的水解当中(Wang et al., 2012)。

酸化

在产酸阶段,通过糖酵解途径每消耗一摩尔葡萄糖,会生成两摩尔丙酮酸和ATP、NADH。丙酮酸氧化还原酶

5.2ORP控制策略

控制细胞内的电子传递和氧化还原平衡,可以使梭菌代谢生成更多丁醇。通过菌株改良和生物工程工艺这两种策略可以达到控制效果。

5.2.1菌株改良

与已建立好的大肠杆菌和枯草芽孢杆菌模型不同,梭状芽孢杆菌的代谢工程具有更大的挑战。虽然已经开发了基因改造,基因过度表达,基因敲除这些基因工具,以及梭状芽孢杆菌菌的转录分析,但是通过控制电子转移和氧化还原平衡这些代谢工程途径提高丁醇比例和滴度仍是有限的。

由于梭状芽孢杆菌中电子流是受铁氧化还原蛋白氢化酶调节的,所以,采用反义RNA方法,抑制C.sa。。。。。。菌株中编码吸氢氢化酶的hupC基因的表达,结果显示,丙酮产量得到提高,但是丁醇产量减少。这说明以氢化酶和氢气生产作为靶向是一种可行的调节代谢的生物工程方法。

5.2.2生物工程过程

虽然梭状芽孢杆菌的基因改造过程繁琐耗时长,在ABE发酵条件下开发出的生物工程,

在工业生产上非常有竞争力。

当使用还原性底物甘露醇代替葡萄糖时,通过由突变的 C. Tyrobutyricum产生的丁酸可以得到16.0g/L高滴度丁醇(Yu et al., 2011),同样,通过C.

acetobutylicum ATCC 824产生的甘油和葡萄糖的混合物作底物时,可以生成更多醇和少量氢气(Vasconcelos et al., 1994)。除了人工电子流,从酸到醇的过程中,甲基紫和中性红能减少析氢量,影响碳转移(Girbal et al., 1995; Peguin and

Soucaille,1996)。这些结果表明,还原性底物能提供多种还原力,反向促进丁醇生成。 除了用比工业原料玉米淀粉更高级还原性物质增加还原当量,充入CO或提高氢分压抑制氢化,进而通过调节氧化还原平衡提高丁醇产量,例如,相比充入纯氮气产丁醇4.8g/L,充入含85%氮气和15%一氧化碳的混合气体,丁醇浓度增加至7.8g/L,并且丁醇滴度也显著增加。这些结果表明,在铁氧化还原蛋白到NAD(P)+阶段,一氧化碳和氢气可能会一直氢化酶活性和电子传递,从而提高NAD(P)H含量和酒精产量。

6结论

很多产品都是在微氧和厌氧条件下发酵生产的。虽然长时间来很多生产实践中都在使用这些发酵工艺,在控制成本上仍需努力探索,特别是在可持续发展中应更加关注乙醇和丁醇 这些生物燃料。因为氧化还原反应和氧化还原动态平衡是细胞内代谢的基础,ORP控制代谢产物的形态,这就为提高发酵产率提供了一种有效策略。凭借先进的技术可以检测出细胞内ORP值,分析基因的表达和ORP变化下蛋白质合成机制,这样就能从分子水平上和生物工程中了解反应机制,进而可以优化乙醇发酵和丁醇发酵过程,开发出优良菌株。

范文六:生物柴油及其生产技术的进展 投稿:陈篘篙

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第 2 卷 第 2期  8

2 0 年 4月 07  

能 源技 术 

E NERGY  TECH N0LOGY  

Vo . 8 No 2 12  . 

Ap . 2 0   r   07

生物 柴 油及 其 生产 技术 的进展 

张 志 , 吉平 , 史 杜风 光 , 董青 山 , 龙  张

( 上海 天之冠 可再生 能源 有 限公 司, 海 2 1 0 ) 上 0 2 3  摘  要 : 介绍 了由可再生 油脂原料衍 生 的环保 燃料 生物 柴油在 国内外应 用现 状 , 重点介 绍 了酯  交换 法制备 生物 柴油技 术研 究进展 情 况 , 望 了生物 柴油产 业在 我 国的发展 前景 。 展   关键 词 : 生物 柴油 ; 肪酸 甲酯 ; 交换  脂 酯

中图 分 类 号 : K6 T   文 献 标 识 码 :  B 文 章 编 号 :0 57 3 (0 70 —0 80  10 —4 92 0 )20 8 —4

De eo m e to   s a c   n Bi d e e  o u to   c n l g   v lp n   fRe e r h o   o is lPr d c i n Te h o o y

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Ab ta t Bi de e s o e k n   f ce n r e d rv d o   e e b e l i.Th   u rn   iu to   f r s a c   n   sr c : o is li  n   i d o  la   u l e i e   f r n wa l  i n   p e c r e t st a i n o   e e r h a d

a p ia i n o   id e e  s it o u e  n t i  a e . e p o p c   f b o is l id s r  n Ch n   s d s r e   s p l to   fb o is lwa   n r d c d i  h s p p r Th   r s e t o   id e e n u t y i   i a wa   e c i d a   c b

we1 l  .

Ke wo d : i d e e u l F ty a i  t y   s e ; a s s e i c t n r a to   y r s B o is l e ; a t   cd me h le t r Tr n e trf a i   e c in f i o

生物 柴油 ( i&ee) 为一 种含 氧 清洁 燃 料 , Bo s1作   其 主要 成分 是脂 肪 酸

甲酯 ( AME) 采 用 可再 生 资  F ,

源为原料 制 成 , 有 与矿 物 柴油 相 近 的燃 烧 性 能 。 具  

燃 料 的重 要组 成部分 。   目前 应用 生物 柴 油最 多 的是 欧洲 , 欧洲 议 会通  过 立法免 除 了生 产 和 使 用 生 物 柴 油 9  的 税 收 。 O   欧 洲的一些 国家 通过 对 替 代燃 料 的立 法支 持 、 别  差

生 物柴油 作为一 种生物 质能 经过近 2 O年 的发展 , 已 

成 为继燃 料 乙醇 之后 的第二 大生物质 液体燃 料 。这 

是 因为 ; 它是 一种 可 再 生 能 源 , ① 可缓 解 目前对 石 

税 收以及对 油籽 生产 的补 贴 , 生 物 柴油 的 价格 相  使

对矿 物柴油 具有 竞争性 。据 统 计 ,0 5年欧 洲 生物  20

油 的依 赖 ; 与环境 友好 , 本不 含硫 和芳 烃 , ② 基 可被 

生物 降解 、 毒 、 无 对环境 无害 ; 具 有优 良的润 滑性  ③ 能 ; 闪点 高( ④ 普通 柴油 的闪点 5 ℃) 储 藏 、 O , 运输 和  使用都 更加安 全 。作 为优 质 的柴油 代 用 品 , 物 柴  生 油属环 境友好 型绿 色燃 料 , 展 生 物 柴油 产业 具 有  发 深远 的社会 意义 和经济效 益 。  

柴油 产量约 为 6 0万 t 占柴油 市场 份额 2 ) 其 中  0 (   ; 德 国 1 0万 t法 国 4 . 6 , 9 2万 t 意大 利 3 . , 9 6万 t捷  ,

克 1. 3 3万 t波 兰 1 , O万 t奥 地 利 5 万 t , 5 。欧盟 推 

广 生物 柴油 的 目标 是到 2 1 0 0年 达 8 0 10 0  0 0万 t ,  

几 乎是 2 0 0 3年 的 4 ; 时要 求 到 2 1 倍 同 0 0年生 物 柴 

油 在 市 场 中 份 额 为 5 7  , 0 5年 7 , 0 0年  . 5 21 A o   22

8 。    

1 国 内外 生 物 柴 油 的 发展 现 状   

美 国是最早 研究 生 物 柴 油 的 国家 , 了保 证该  为 国生 物柴 油产业 的健康 发展政 府 除在立法 方面进 行  促进 外 , 采 取 了有 力 的经 济 补 贴 措 施 给 予 支 持 。 还   20 0 5年美 国生 物柴 油产量 约 2 万 t在按 质量 百 分  5 ,

日本 于 1 9 年 开始研 究生物 柴 油 , 95 最初 试验用 

废 弃 的煎 炸油作 为 原 料生 产 成 本较 低 的生 物柴 油 ;   目前 日本 的生物 柴油 年产 量 已达 4 O万 t 占 日本 柴  , 油 消费 总 量 的 1 。泰 国发 展 生 物 柴 油计 划 已于    A o

2 0 年 7月 发 布 , 油公 司承诺 每 年收 购 7万 t 01 石 棕  榈油 和 2万 t 子 油用 于 生 物 柴油 的生 产 , 一 套  椰 第

生物 柴油装 置 已经 投 运 , 国家 对 生物 柴 油 实施 税 收  减 免 。印度 在德

国 的帮 助 下 , 目前 正 在 实 施用 麻 疯 

比 l  ~ 2  用 掺 入 到 车 用 柴油 中供 。预 计 到  O A o O A使 o

21 0 0年 , 国将 年 产 1 0万 t以上 生 物 柴油 , 0 5 美 0 2 1  年 产量 将 达 3 0万 t 0 以上 , 把生 物 柴油 作 为汽 车  并

8 ・ 8  

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张 志等 :生 物柴 油 及 其生 产 技术 的进 展 

果生产生物柴油 的计划 , 计划到 2 1 0 0年全 国消费 的 

车用 柴 油 中 混 合 1  生 物 柴 油 。 加 拿 大 的 生 物 柴  O 油 开 发 利 用 目前 还 处 于 初 级 阶 段 , 生 产 和 消 耗 量  年

液 , 2 0h的 实 验 室 耐 久 性 测 试 中 虽 然 没 有 出 现  在 0 

严重的破乳现象 , 但使 用 时仍 出现 了积 炭和使 润滑  油黏度 增加等问题 。Ne ma 5 用表 面活性剂 、 u 等[ 使     助表 面活性剂 、 、 油和大 豆油 为原料 , 水 柴 开发 了一  种新 的微 乳 状 液 体 系 , 由柴 油 ( . 6  ) 大 豆 油  3 10 g ,

( . 9  ) 水 ( . 5  ) 异 戊 醇 0 3 8g和 十 二 烷  O 70g , O 0 0g , . 3 

仅为几万 t原料主要为 卡诺拉菜 籽。马来西 亚 、 , 菲  律宾 、 巴西 、 保加利亚 、 国等也在 向全 国推广 使用  韩

生物柴油 。  

我 国从 2 0 0 0年 开 始 进 行 生 物 柴 油 的研 究 和 开  发 , 初 由几 家 民营 企 业 把 生 物 柴 油 的 技 术 产 业 化 , 最   2 0 年 全 国生 产 总量 约 1 万 t 中华 人 民共 和 国 05 O 。《   可 再 生 能 源 法 》 布 后 我 国 的 生 物 柴 油 进 入 了 大 规  公

基硫酸钠 (. 7  ) O 6 6g 组成 , 微乳状 液体系 的物理 性质 

和燃 烧 性 能 与 柴 油非 常 接 近 。   1 3 高温 热 裂 解 法  . 最 早 对 植 物 油进 行 热裂 解 的 目 的是 为 了合 成 石 

模产业化的准备阶段 , 目前全 国已有 大大小 小 的生 

物 柴 油 项 目上 百 项 , 中 有 多 家 十 万 吨 级 以 上 的 生  其

油 。S h b等对大 豆油热裂解的产物进行 了分析 , cwa  

发 现 其 中 的 烷 烃 和 烯 烃 的 含 量 很 高 约 占 总 质 量 的  6  , O 同时 裂 解 产 物 的 黏 度 小 于 普 通 大 豆 油 的 三 分 

物柴油生产厂正在筹备建 设中。为了规范生物柴油 

产 业 发 展 , 家 相关 部 门 正 在 筹 划 制 定 符 合 我 国 国 国   情的生物柴油标准。  

之一 ( 不过还是远高 于普 通柴 油 的黏 度 ) 十六烷值  ;

和 热 值 等 与普 通 柴 油 相 近 。 1 9 9 3年 , i h等 l 对  Po c 6  

2 生物 柴

油 生产 技术 的进 展 

生物柴油的制造方法 主要有 天然油脂直 接使用 

和混 合 法 、 乳 法 、 解 和 酯 交 换 , 微 热 目前 工 业 生 产 以  酯 交换 法 为 主 l ] l 。    

1 1 直接 混 合 法  .

植物油用催化裂解法 生产 生物 柴油 进行 了研究 , 在 

4 0 下 用 SO /    作 为 催 化 剂 对 椰 油 和 棕 榈  5℃ i  A1 O 油 裂 解 , 到 的产 物 分 为 气 液 固三 相 , 中 的 液相 成  得 其 、 与矿物柴油的性质非常相近 。 分  

1 4 酯 交 换 法  .

’  

酯交换法 是 目前 生 物 柴油 工业 普 遍采 用 的方 

法 , 种 天 然 植 物 油 和 动 物 脂 肪 以 及 食 品工 业 的 废  各 油 , 可 以 作 为 酯 交 换 生 产 生 物 柴油 的原 料 ; 于酯  都 用 交 换 的 醇包 括 甲醇 、 乙醇 等 低 碳 醇 , 中最 常用 的是  其 甲 醇 ; 化剂 可 用 酸 、 或 酶 , 中 碱 性 催 化 剂 包 括  催 碱 其 N OH( OH) 钠 和 钾 的 醇 盐 等 , 性 催 化 剂 常 用  a K 或 酸

在生物 柴油研 究初期 , 了让 天然 油脂代 替 矿  为

物柴 油作 为 车用 燃 料 , 究 人 员 希 望 通 过 与柴 油 、 研 溶 

剂或 醇类混合 以降低油脂 的黏度提高挥发度 。1 8  93 年 Adms a 等将脱胶的大豆油与 2号柴油混合 , 直  在

接 喷射 涡轮 发 动 机 上 进 行 6 0h的 试 验 ; 果 发 现  0  结

当两种油 品以 1: 1体积 比混合 时发动 机 的润 滑 油  变浑凝胶化 , 但采用 1: 2的比例混合不会 出现该现  象 , 以作 为农 用 机 械 的 替 代燃 料 。Ze w k 等  可 ie si j

的是硫酸 、 酸或盐 酸 。通 过酯 交换反 应可 以使天  磷 然油脂的分子量降至原来 的 1 3 粘度 降低 18倍 , /, /   接近矿物柴油 , 同时也提高 了燃料挥发度 , 十六烷值 

达到 5 。 O 

人口 将葵花籽油与柴油以 1:   3的体积 比混合 , 得  测

该 混 合 物 在 4 ℃下 的黏 度 为 4 8 ×1  m / , 按  O . 8 0   s但 AS M( 国 材 料 实 验 标 准 ) T 美 规定 用 于 柴 油 发 动 机 的  柴油 黏 度 应 低 于 4 0 0 m s 因 此 并 不 适 合 在  . ×1  /,

( )酸碱催化法 。酸 和碱 是 目前普 遍使 用的生  1

产 生 物 柴 油 催 化 剂 , 据 原 料 的 不 同生 产 工 艺 也 不  根 同 , 如 以 精 炼 油 脂 为 原 料 , 产 工 艺 是 在 常 压 和  例 生 6  ̄ 7 ℃ 下 采 用碱 催 化 进 行 间 歇 或 连 续 反 应 , 油  0 0 醇

直喷柴油发动机 中长时间使用 。  

1 2 微 乳 液 法  .

比一般 6: 。如 果原 料油 未经

精炼则 可采用 德 国 1   He k l n e高压醇解 工 艺 : 过量 甲醇 、 将 未精 炼油 和催 

化 剂 预 热 至 2 0 后 送 入 到压 力 为 9MP 4℃   a的反 应 器 

微 乳 状 液 是 由两 种 不 互 溶 的液 体 混 合 而 形 成 的  直 径 在 1 10n 的 胶 质 平 衡 体 系 , 种 透 明 的 、 ~ 5  m 一   热 力 学 稳 定 的 胶 体 分 散 系 。1 8 9 2年 G oig等 l er n 4   用 乙醇 水 溶 液 与 大 豆 油 制 成 微 乳 状 液 , 种 微 乳 状  这

进行 反应 , 后把反应后甘油和 甲酯 的混合物分离 , 然   其中甲酯相经过水洗和分离纯化后就成 为生物柴油 

成 品 ; 个方 法 的 主 要 优 点 是 可 以 选 用 于 游 离 脂 肪  这 酸 高 达 2  的油 脂 原 料 。餐 饮 业 废 油 脂 , 为 带 有  O 作

液除 了十六烷值较低 之外 , 其他性 质均 与 2 柴 油  号 相似 。Ze wsi 4 i e k 等[ 以体 积 比为 5 .  的葵 花 籽  j   33

油 、3 3 的 甲 醇 以 及 3 .   的 1丁 醇 制 成 乳 状  1.  34 一

杂质的高酸值油脂 , 所含 的游离脂肪酸 、 聚合物和分 

8 ・ 9  

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张 志 等 : 物 柴 油 及 其 生 产 技 术 的 进 展  生

解 物对于 酯交换 反应 十 分不 利 , 因此 在 进入 酯 交换  前往 往需要 先进行 脱胶 、 脱酸 和脱水 处理 。   为 了克服常用 催化剂 使用 过程 中 的皂化 和污染  问题 , 反应可 以采 用 非均 相 催 化剂 。 日本 的专 利最  先报 道了采用 水滑 石和类水 滑石 这样 的双金 属氢 氧  化物作 为催化 剂进行 酯交 换 反应 , 国石 油研 究 院  法 开发 了具有尖 晶石 结构 的 固体碱 作 催 化 剂 , 国 的  我 东南大 学开发 了负 载 型 固体 碱催 化 剂 , 些非 均 相  这 催化剂 的应用可 以避免 采用 常用 的各种催 化剂 目前 

Sk a a和 Ku da a首次提 出 了生产 生 物柴 油 的超 临  si n

界法 n 采用 这种 方法 反应在 一 预加 热 的间 歇 反应  引, 器 中进行 , 用 超 临界反应 环境 反应 温度 30 采 5 ~  40 , 0 ℃ 压力 4 ~6  a 菜籽 油与 甲醇 的质量 比为  5 5MP , 1: 2 4 。甲醇在无 催化 剂 的条 件下 与 菜 籽 油发 生 酯 

交 换反应 , 率 高于普通 的催化 过程 , 时避 免 了使  产 同

用 催化 剂所 必须 的分 离 纯化 过 程 , 酯交 换 过 程 更  使

加 简单 、 安全 和高效 。清华 大 学化 工 系[  用 超 临  1采 。

界无 催化 剂工 艺 , 交 换 反应 只要 几 分钟 即可 基 本  酯

完成。  

普 遍存 在 的反应

条 件 苛刻 、 间过 长 等 弊端 。但 是  时

根 据 目前 报道 的实验 数 据 和结 果 看 , 均相 催 化 剂  非

在 制备 和使用 中还有 很 多 问题 值 得研 究 , 其 是 催  尤

化剂 对游 离酸 以及 空气 中 C 。和水分 很敏感 [ 1。 O 7 。。 -   采用 酸催化酯 交换法 生产生 物柴 油虽然 产率较  高 , 反应 速度慢 而且 要 从 反应 后 的 混合 物 中分离  但 生物 柴油很 困难 , 易产 生三 废 。F raai 的研  容 o n sr 等

2 我 国发 展 生 物 柴 油产 业 的意 义 及 展 望 

发展 生物柴 油产业 对我 国实施 可持 续发 展 战略  具 有 十分重 要 的意 义 。我 国是 一 个 石 油进 口大 国 ,  

发 展生 物柴 油可 以部 分 替代 进 口产 品 , 解 我 国柴  缓

油 供应 紧张 的状 况 , 强我 国石 油安 全 。柴 油 的供  增 需 平衡 问题 一直是 我 国石油 市 场 发 展 的焦 点 : 如  例

究表 明 , 在醇 油 比为 4 1和 5 硫 酸条 件 下 , O:   当反 

应 温度 为 9 ℃时 要 使脂 肪 酸 甲酯 产 率达 到 9  需  5 7 处理 9h 8 ℃ 时需 2  ; re ma   ;0 4 h F ed n在 研 究 大 豆 油  酯 交换 反 应 时发 现 , 醇 油物 质 的量 之 比为 3 1 在 O:   和 1 硫 酸条 件下 当反应温 度 为 6 ℃时脂 肪酸 甲酯    5

20 0 5年我 国的汽 油 和 煤 油还 有 一 定 数 量 的 出 I余  : 1

地, 但是 柴油 的供 应 缺 口却 较 大 必需 进 口。尽 管 近  几 年来石 油炼 化企业 通过 技术 改造后 生产 的柴 汽 比 

已有 提高 , 仍 不 能满 足 国 内 消 费 柴 汽 比 的要 求 。 但  

因此 , 发展 生 物柴油 制 备技 术 与 目前 石化 行 业 调 整  油 品结构 提高 柴汽 比的方 向相 契合 , 为生 物 柴 油  这

的发 展描 绘 了美好 的前 景 。预 计 到 2 1 0 0年 我 国柴 

产 率达 到 9  需要 5  [ 。 固体酸 催 化 剂也 可 用  9 0h1 。 。

于生物柴 油生产 , 目前 已经 在工 业 中使用 的 固体 酸 

催化 剂 阳离子交换 树 脂 , 只是 用 于 游 离酸 预 酯化  还 处理 过程 , 如何用 于酯交换 反应 目前 尚在研 究 中。   ( )生 物酶催 化法 。脂 肪 酶是 一 种很 好 的醇 与  2 油脂 酯交换 反应催 化 剂 , 目前 采 用 化 学法 生 产 生 物  柴油, 使用 的催化剂 存 在 着分 离 难 以及 能耗 大 等 问  题 , 可 以通 过使 用 酶催 化 剂解 决 。但 是 采用 酶作  都 催化剂 , 何 提 高 酶 的 活性 和 防 止 酶 中毒 是 关 键 。 如  

油 的需求 量 将 突 破 1亿 t 与 2 0 , 0 5年 相 比将 增 长  2  

; 2 1 市 场 需求 量将 会 达 到 1 3亿 t若  4 至 0 5年 . ;

按 质量 分数 等于 5 的 比例 把生 物 柴 油添 加 到 矿 物   

柴油 中 , 时生 物柴油年 需求 量就达 6 0万 t 届 0 以上 。  

另 一方 面发展 生物柴 油产业 还有 利 于我 国调整  农 业结 构 , 展农 村 经 济 。近几 年 随 着农 业 生 产 效  发 率 的提 高我 国农村 出现 了卖粮难 、 果难 的现 象 , 卖 农 

B n等 以橄 榄油 和 油酸 为 原 料进 行 酶催 化 反 应 , a 产 

物 中的 甲酯含 量达到 9  ; O/ 盛梅 等[ 9 6 1 固定化 脂肪   用 酶作为 催化剂进 行菜 籽 油 与 甲醇 的反应 , 采 取 分  并

业 经济 和农 民收入 受到很 大影 响 。种 植油料 作 物生  产 生物柴 油 , 的是农产 品 向工业 品 转化之 路 , 走 产品 

市场 广 阔 , 强农 富农 的可行途径 之一 , 是 它还 可创 造 

批 加入 甲醇 的方 法 , 免 了催 化剂 中毒 , 避 最终产 物 甲  

酯 的质量 含量高 达 9  以上 ; 9 特别 是 采用 以多孔 高 

大 量就业 机会 , 动农 村及 区域 的经 济发展 , 国家  带 为

和 地方增 加税 收 。  

岭 石作为 载体 固定 酶 催 化 剂 , 催化 剂 寿命 长 无 需 经 

常更 换 , 而且 活性 高 , 易 从产 物 中分 离 , 容 因此 无 论 

根据 2 0 0 5年 国家有关 规划 , 为农 林生 物工 程  作 项 目的生 物柴 油发展 目标是 到 2 1 0 0年 , 年生 产能 力  为 2 0万 t2 2 0 ,0 0年 15 0万 t  0 。生 物柴 油 的生 产 工  艺 已经 日趋成熟 , 目前 急待 解 决 的是 生 物 柴 油 价 格  过高 的 问题 , 在保 证产 品品质 的基 础上 降低 成本 , 提  高 生 物柴 油经济 可行性 , 是今后 的努力方 向。  

目前 , 料 成 本 占生物 柴 油 成 本 的 7  以上 , 原 5  

从性 能上还 是从 经济上来 看都 是一种 具有 竞争力 的 

新型 催化剂 。   ( )超 临界法 。为了解决 酯交 换 反应 中遇 到 的  3

成本高 、 反应 时间长 、 反应产 物 与催化 剂难分 离等 问 

题, 目前 已出现一些 不使 用 催 化剂 的新 工艺 。例如 

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因此解决 原料 价格 问题是 降低 成本 的关键 。虽 然我 

国人多地 少 ( 用 油 尚需 部分 进 口) 不 宜过 多 占用  食 ,

[3 T Nema N w mi omus ns se uigdee ad 5    u . e   e e lo  yt r i m s  i l n  n s  eea l ol J . ul2 0 ,0 1 : 58 . g tbe i

[] F e,0 18 ( ) 7—3   s   [ 3 Poh Bou l f m ctlt  rc igo  o i l ee  6  ie . ife  r  aayi cakn  f rpc   g— s o c t av tbeol J . la iex 1 9 ,8 2 92 1 a l i [] O egnu , 9 34 :8 —9.   s   [] 杨 廷 芝 . 均 相 油 脂 酯 交 换 法 制 备 生 物 柴 油 工 艺 研 究  7 非 [] 四 川理 工学 院学 报 ,05 1 () 3—4 J. 2 0 ,8 3 :23 .   [3 李 为 民 , 晓 林 , 春 明 等 . 8 郑 徐 固体 碱 法 制 备 生 物 柴 油及  其 性 能 [] 化 工 学 报 ,0 5 5 4 :1—1. J. 2 0 ,6() 7 17 6   [ 3 王广 欣 , 姝 丽 , 重 文 等 . 于 生 物 柴 油 的 钙 镁 催 化  9 颜 周 用 剂 的制 备 及 其 活 性 评 价 [] 中 国 油 脂 , 0 5 3 (0 : J. 2 0 ,0 1 )  

66 6   — 9.

耕 地种植 生物 柴油 的原料 , 但是 因地 制宜 , 利用 山区  或 盐碱地 种植 的油 料植物 还是 大有可 为 。解 决 原料  问题 的一 个很好 的方 案是 将 废 食 用 油脂 回收 利 用 ,  

不 仅解决 了生 物柴 油的原料 问题 , 降低 了生 物 成本 ,  

还 解决 了环境 问题 ; 需要 政府 出 台政 策 , 范 相关  这 规

行 业 的运 营 , 一方面 引导废 食用 油合理 流 向 , 障食  保 用 油 的品质安 全 问题 , 另一 方面避 免市 场 哄抬价 格 ,  

保证利 用废 食用 油脂生 产生 物柴 油的 企业 的原料 供 

应。   参 考文献 :  

[] 朱 建 良 , 冠 杰 . 内外 生 物 柴 油 研 究 生 产 现 状 及 发 展  1 张 国 趋 势 [] 化 工 时 刊 ,0 4 1 ( )2 —7 J. 2 0 ,8 1 :32 .   [] 忻耀 年 . 物 柴 油 的 发 展 现 状 和 应 用 前 景 [ ] 中 国 油  2  生 J.

脂 ,0 5 3 ( ) 4 — 4 2 0 , 0 3 : 95 .  

[O 袁 权 . 源 化 学 进 展 [ . 京 : 学 工 业 出 版 社 , 1] 能 M] 北 化  

20 5, 26 2 . 0 2 - 27 

[ 1  盛 梅 , 文 伟 , 登 峰 . 定 化 脂 肪 酶 催 化 合 成 生 物  1] 杨 郭 固 柴 油 [] 应 用 化 学 ,0 5 2 ( ) 787 1 J. 20 ,2 7 :8—9 .   [2  S k  , s i aD Bo i e fe f m rpse  i 1 ] a aS Kuda   . ide l u l r  aeedol n s    o   a rp rdi s prr i l tao [] F e,0 1  s e ae   u ecic   h n l J . u l20 ,

p n t a me

8 ( ):2-3 . O 2 2 52 1  

[] Ze wsi 3 ie k  j M.Veeal ol a i e fe R / e — g tbe i s e lu l ] /S mi   s d s  [  

n r /,No te n a I rh r  Re in lRee rh go a  s ac  Ce tr e ra  n e P o i,

US : l n i , 9 3 A I io s 1 8 . l  

[3 M  i e s iK R Kaf n L rt V g tbeol 4  Ze w k,     uma ,G P at e eal i  j .   s a i e fe[ ] /S mia sde lulR / e nrⅡ, rhr  e inl 一 s  NotenR go a Re    

[3  郭 璇 , 华 阳 , 涛 等 . 临 界 流 体 技 术 制 备 生 物 柴  13 贺 王 超 油 []现 代 化 工 ,0 3 2 J. 2 0 ,3卷增 刊 :51 . 1—8  

( 接第 8 上 7页 )  

额增 加 , 因而也 就提高 了有效 热效 率 。   在设计 方案 中系统选 用 了 Tesr 8  W 燃气  sai 0k  

发 电机组 , 配 的 6缸 直列 式 I C   2 0型 内燃  所 VE O 8 1

15 0rri , 电频率 稳定 在 5  ;   0 / n 发 a 0Hz 随着燃气 发 电  机发 电功 率 的增 加 , 电 比气耗 逐渐 减小 , 发 效率 逐渐  增大, 根据 运行 结果统 计 在大 部分 负荷情 况下 , 燃气  发 电机 的效率 为 ( 8 ) 。这 也 表 明 以生物 质 气  2 ±2 % 化气 为燃 料 的内燃 式燃 气 发 电机 , 际 运 行效 果 还  实

是 比较理 想 的。  

机 ( 花塞 点火 ) 汽缸 直径 和 冲程 分 别 为 0 3  火 , 1 7mm  和 1 6 ll 5 nn ,总 排 气 量 为 1 .8 3  L,转 数 为  15 0rri。   0 / n 机组 还 配 有 超 速 保 护 装 置 、 急 摔 负  a 紧 荷停机 装置及 自动 调 节装 置 , 电机 的 输 出 功率 可  发 以根据 外界用 电负荷 的 大小 和 变 化进 行 自动 调 节 。   发 电机 组 的 输 出 电压 为 3 0 V, 电 机 热 效 率 为  8  发 3  , O 机械效 率为 9  。 O  

5 结 论   

5  W 生物 质 气化 发 电 系统设 计 合理 , 术 可  0k 技 行, 系统发 电可 满足 当地 村 办 企业 的用 电需求 。从  经济 上分析 , 系统 的 发 电成 本 虽 然 目前 还 高 于 燃  该 煤 发 电的成 本 , 从长 远看 , 但 随着 化石 能源储 量 的 日   益减 少 , 环保 呼声 的 日益升 高 , 型生 物质气 化发 电  小

系统将 具有 广 阔的市 场前 景 。   参考 文献 :  

[] 任 永 志 , 立 明. 吸 式生 物 质 气 化 炉 的 设 计 [] 农 村  1 董 下 J.

能 源 ,0 0 4 :61 . 2 0 () 1—8  

4 系统运 行 情 况 

按 方案设计 的一 套 5  W 生物 质 气 化 发 电 系  0k 统 已在 辽 宁省 宽甸 县稳定 运行 了 1年 。运 行结 果表  明: 机组 的产气 量越 接 近设 计 的额 定 值 产 出气 的热 

值 以及 气化机 组 的效 率越 高 , 而且 在 绝 大 多数 情 况  下 气化 机组 的气化 效率都 可 以达 到 7  以 上 ; 也  2 这 表明该 生物质气 化机组 的设 计是 合理 的成 功 的 。实 

践证 明该 机组在 运 行 时燃 气 发 电 机启 动 容 易 、 电  发 准 备 时 间 短 、运 行 平 稳 ,转 速 基 本 稳 定 在 

[] 蒋 德 明 . 内燃 机 原 理 [ .北 京 : 国农 业 机 械 出版  2 M] 中

社 ,9 1 18.  

・ 91 ’      

范文七:生物柴油的生产技术进展 投稿:邹撪撫

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Vo . 5, .   1 1 No 5

精细 与 专用化 学 品 

F n   n   e ily Ch mia s i e a d Sp c at  e c l 

第l 5卷第 5期 

20 0 7年 3月 6日  

8・  

生 物 柴 油 昀 生 产 技 术 进 展 

申桂 英 

( 中国化 工信 息 中心 ,北 京 10 2 ) 0 0 9 

摘  要 :综 述 了生 物 柴油 的化 学 合 成 法 、 生物 酶 法 、 临 界 流 体 法 和工 程 微 藻 法 。 以 碱 为 催 化 剂 的 化 学 合 成 法  超 是生产厂家大都采用 的方法 , 目前 围绕 该 方 法 的 研 发 工 作 主 要 集 中 于催 化 剂 方 面 , 开 发 的催 化 剂 有 有 机 碱 、 体  新 固 酸、 固体 碱 、 子 筛 和 金 属 催 化 剂 等 。 我 国 的 清 华 大 学 和 北 京 化 工 大学 均 在 研 究 生 物 酶 法 合 成 生 物 柴 油 , 分 已经 建 立  了 2 0/ 0 ta的 中 试 装 置 。 超 临 界 流 体 法 和工 程 微 藻 法 仍 处 于 实 验 室 研 究 阶 段 。 还 简 述 了影 响 生 物 柴 油 技 术 进 展 的  生 产原 料 、 备 和 产 品 标 准 等 方 面 内容 。 设   关 键 词 : 物 柴 油 ; 物 酶 法 ; 临 界 流 体 ;工 程 微 藻 ;甲 氧 基钠  生 生 超

Pr g e s i   c no o y f r Bi di s lPr du to   o r s   n Te h l g   o   o e e  o c i n

S HEN  iy n   Gu ・ i g

( hn   ai a C e i l n r t n C ne , e i  0 0 9 C ia  C ia N t n l h m c   f ma o   e tr B in 1 0 2 , h ) o   a Io i jg n

A bsr c t a t:Th  e h lge  o   r d ig bid e e ,i . c e c lme h d,bie z ma i  y t e i e tc noo isf rp o ucn   o is l .e h mi a  t o o n y tc s n h ss,s pe . rtc lfu  u r c i a  . i l i meho   n   ngn e e   ir ag e me h d a er v e d.Thec emia  y t ei  t o   s d o   l aia   a ay ti h   d t d a d e ie r d m c o la   t o   r e iwe  h c ls n h tcme h d ba e   n a k l s c t ls st e   man tc oo y fr p o ucin c mm ec al  fbo e e. Th  es ach de e o me   fc mia  y hei meho   r   - i e hn lg     r

d to   o o r i l o   idis 1 y e r e r   v l p nto  he c ls nt tc t daef   o c e   n t   a ay t,t e n wl  e eop d c tl t  r   sf lo us d o  he c t ls h   e y d v l e   aayss a ea  olws:o g ni  l l ,s ld a i ra c akai o i  cd,s l   ia i oi ak l ,moe ulrse e d lc a  iv  

a dmeal   aay t o n y t  y tei f ide e h sb e  td igi  sn h aUnv ri  n   ej gUnv ri  f n   tlcctls.Bie z mai snh sso  o is l a  ensu yn  nT ig u   ies ya dB in   iest o  i c b   t i y

Ch mi M  c noo ,a d a p ltpln  t   a a iy o  0  /a h s b e   e  p. Th   up rc tc lfui  eh d a   n i  e c Te h lg y n     io  a twih c p c t  f2 0 t   a   e n s tu e s e - r ia  i l d m t o   nd e g- n e e   c o la   t o   e su e  n lb r tr   o e r d mir a g e me h d a  t did i a o a oy n w. Th  a ma e as,e uim e t n   p cfc to so   r d c n u   r e r w  tr l i q p n ,a d s e iiai n   fp o u ti f - l e cng o  h   v lp e to e h oo   rb o is la e a s  s rb d i  re. n i   n t e de eo m n  ft c n lg f   i d e e  r   lo de c ie  n b f y o i   K e   o ds:b o i s l yw r i d e e ;bie z m ai  y t e i o ny tc s n h ss;s e - rtc lfud; e i e e   c o la up rc ia  i i l ngne r d mir ag e; meho ys d u t x o i m 

不 可再生 的 化石 资源 面 临资 源 和 环 境 压 力 , 迫  使人们 寻 找 新 型 可 再 生 资 源 。2 0 0 6年 1月 1 日我 

醇等低 碳 醇在 酸性 或者碱 性催 化剂 作 用下进 行酯 交  换 反应 , 成相应 的脂 肪 酸 甲酯或 乙酯 , 生 再经 洗涤 干 

燥 即得 生物 柴油 , 生产 过 程 中 可产 生 1 %左 右 的

副  0

国《 中华人 民共 和 国 可再 生 能 源 法 》 式 实 施 ,   正 5月

3 0日《 再 生能 源 发 展 专项 基金 管 理 暂行 办 法 》 可 开 

始 实施 , 明 确 指 出 国 家将 “ 点 扶 持 发 展 生 物 乙  并 重 醇燃 料 、 生物 柴 油等 ”  。

生 物柴 油 是 由动 、 物 油 脂 与 醇 ( 如 甲醇 或  植 例

产 品甘 油 。酸催 化 反应 的催 化 剂 可 选 用浓 硫 酸 、 苯  磺 酸和磷 酸等 , 酯交 换过 程 中不会 发生 皂化 , 在 但反  应速 率较 慢 ; 催化 的反 应时 间 短 , 碱 工艺 较 成熟 ,   目 前生 产厂 家大 都采 用该 法生 产生 物柴 油 。   在 碱 催 化 生产 生 物 柴 油 的工 艺 中 , 用 的催 化  使 剂 是有 毒 、 易燃 、 蚀 性 的 甲氧基 钠 , 了提 炼 生 物  腐 为 柴油 , 需要 酸 中 和 、 洗 和 分 离 等 一 系 列 复 杂 的工  水 序 , 化剂 在生 产过 程 中往往 被溶 解 , 法再 回收利  催 无

用。  

乙醇 ) 酯 交 换 反 应 制 得 的 脂 肪 酸 单 烷 基 酯 , 典  经 最 型 的生物 柴油 是 脂 肪 酸 甲酯 。 目前 , 造 生 物 柴 油  制 的途 径 主要有 化 学合 成法 、 物酶 法 、 临界 流体 法  生 超

和工 程微 藻法 。  

1 化 学 合 成 法 

化 学合 成 方法 即用 动物 和植 物 油脂与 甲醇或 乙 

化 学法 合成 生物 柴油 工艺 复杂 , 必须 过量 , 醇 后 

续 工艺 必须 有相 应 的醇 回收 装 置 ; 耗 高 , 泽深 ; 能 色  

收 稿 日 期 :2 0 -1 1  0 70 -5

作 者 简介 :申桂 英 (9 9 ) 女 , 级 工 程 师 。 16 - , 高  

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20 0 7年 3月 6日 

申桂 英 :生物柴 油 的生产 技 术进 展 

・   9・

由于脂肪 中不 饱 和脂 肪 酸 在 高 温 下 容 易 变 质 , 化  酯

产物 难于 回收 , 成本 高 ; 生产 过程 有废 碱 液排 放 。  

子交换 树 脂作 为催 化 剂 的 固定 反 应 工 艺 中 , 特别 是  使 用杂 质 含量 高 的废油 脂 时 , 子交 换 树脂 失 活快 , 离  

需 要频 繁交 换催 化 剂 。  

为 了改 进化 学 法 合 成生 物柴 油 的 不 足 , 内外  国

均 开展 了一 些研 究 , 主要 集 中在催 化剂 方 面 , 有机  有

碱 ( 15 7三 氮杂二 环 [ . . ]5癸 烯 ) 固体 酸 、 如 , ,- 4 4 0 .. 、   固体 碱 、 分子 筛 和金属 催化 剂 等 。  

20 0 6年 6月 , 国爱 阿华 州 立 大 学 的一 个 科 研  美

2 生物 酶 法   

为 解决 化 学 合 成 法 中存 在 的问题 , 们 开始 借  人 助生 物酶 法 即脂 酶进行 酯 交换 反应 , 反应 结 束后 , 通  过 静 置 即可使 脂肪

酸 甲酯 与 甘 油 分 离 , 而 可 获 取  从

较 为纯 净 的柴 油 。 生 物 酶 法 生 产 工 艺 的 设 备 投 资 

小组 宣布 , 们利 用 纳米 技 术 在 实 验 室 研 制 出 了一  他

种新 型催化 剂 , 该催 化 剂 有望 大 幅度 提 高 现 有 生物 

柴 油生 产 工艺 的产 量与 效率 。新 型催 化剂 主要 利用 

少, 污染 小 , 能耗 低 , 油 脂原 料 的要求 也 比较 低 。 对  

清华 大 学化 工系刘 德 华 “ 课 题组 开 发 了酶法   

种他 们新 研制 的 硅 颗 粒 发挥 作 用 , 些颗 粒 直 径  这

为 2 0 m, 时具 有 酸性 催 化 剂 和 碱 性 催 化 剂 的特  5n 同

生产 生物 柴 油 的 生 产 工 艺 , 用 的 脂 肪 酶 包 括 N - 选 o  

v zm 3 、 ioy   L 和 Lp zm   M。 该 工 艺 解  oy 4 5 Lp zmeT i y eR o

性 。 与 目前 使用 的催 化 剂 相 比 , 催 化 剂 具 有 效 率  新 高、 工艺 简单 、 回 收 和环 保 等 特 点 , 易 能够 从 现 有 生 

产 工艺 中汲取 能量 , 可排 除一 些有 毒化 学 品 , 而  并 从

除 了甲醇 和甘 油对 酶 反 应 活 性 的 影 响 , 肪 酶 不需  脂 处 理 即可应 用 于下 一 批 次 反 应 , 反 应 器 上 连续 运  在 转 1 0个 多月 后 , 活 性 未 见 下 降 , 现 出 较好 的操  酶 表 作稳 定性 。  

使生 产工 艺更 简捷 、 有效 、 更 更经 济 。   科研 小 组 还表 示 , 们 在 实 验 室 的试 验 结果 令  他

人 非 常满意 。 目前 , 研 小 组 正 与 美 国 中西 部 公 司 科   合 作进 行大 规模 的试 验 。新 型催化 剂 已显示 出能大  幅度增 加生 物柴 油 产 量 的前 景 , 过仍 需 要 经 过 更  不

北京 化 工大学 生命 科 学学 院谭 天伟 课题 组经 过  选育 , 到 了适 合 脂 肪 酸 甲酯 、 得 乙酯 、 酯 及 辛 酯 的  丙 专 一性 的假 丝 酵母 脂 肪 酶 , 决 了传 统 甲醇 对 脂 肪  解 酶 的毒 性 问题 , 酯化 率 可达 9 % 以上 。2 0 5 0 3年 建 立  年 产 5 脂 肪 酶 的 生 产 基 地 , 以 提 供 催 化 剂 脂 肪  t 可

酶 。该 脂肪 酶用 于 生 物 柴 油 的合 成 时 , 升生 物 柴  每

大规 模 的试 验 , 以进一 步确 认其 带来 的 经济效 益 。   江苏 工业 学 院 林 西 平 教 授 ¨ 开 发 成 功 固 体 碱    法制 备生 物柴 油 技 术 , 制 了 M O A  ,复 合 氧 化  研 g . 10 物 固体碱 、 负载 型 C O Mg 固体 碱 、 进 负载 型超  a/ O 改 强 固体 碱 ( a / 体 ) 化 剂 及 新 型负 载 型 固体 酸  CO 载 催

催 化剂 , 在 2 0 ta的生 物 柴 油 中试 生 产 线 进 行  并 0

0/

油产 品中酶 的成 本为 0 1 。另外 , 题组 还 开发  .2元 课

了反 应 和分 离耦 合 工 艺生 产生 物 柴 油 新 工 艺 , 即在  反应 器后 接一 个甘 油 旋 液 分 离 装 置 , 反 应 液 循 环  将

中及 时分 离 出生成 的甘 油 。 目前 已建立 了国 内外 最  大 的酶法 生物 柴油 装置 (0 ta的 中试 装 置 )  2 0/ 。

试 验应 用 , 确定 了有 工 业 应 用 价 值 的 固体 催 化 剂 法 

生 物柴 油 生 产 工 艺 路 线 。该 工 艺 与 常 规 催 化 法 相 

比 , 处 理 工序简 单 , 后 无废 液排 放 , 于 清洁 工艺 ; 属 与 

超 临界法 相 比, 作 条 件 温 和 、 耗 低 , 易 于 产 业  操 能 更

3 超 临 界 流 体 法 

甲醇 在 超 临界 状 态 下具 有疏 水 性 , 脂 能 够很  油

化 。该 工 艺 的 菜 籽 油 与 甲 醇 的 酯 交 换 转 化 率 ≥  

9% , 6 生物 柴油 得率 为 9 % 。 8  

好 地溶 解在 超 临界 甲醇 中 , 于 生 物 柴 油 的制 备 具  用 有 反应迅 速 、 转化 率 高等优 点 , 原料 油脂 的适 应性  对 强, 当脂 肪 酸含 量 高 达 3 % 以 上 , 生 物 柴 油 的得  0 对 率也 基本 上 没有影 响 , 含量 超 过 3 % 的 原料 也 能  水 0

达到 9 % 以上 的得率 。 0  

另外 , 防止 原 料 油脂 中游 离 脂肪 酸 使 碱 催化  在

剂失 活方 面也进 行 了大 量研 究 。国外 的研 究报 道有 

碱精制 法 、 溶剂抽 出 法 、 汽精 制 法 、 量催 化 剂 添  蒸 过 加剂法 、 温高 压 反 应 法 和预 酯 化 法 等 。预 酯 化 法  高 能将原 料 油 脂 中的 游 离 脂 肪 酸 转 换 成 脂 肪 酸 烷 基  酯 , 以原料 利用 率高 , 合大 规模 的 工业生 产 。但  所 适 该方 法 仍存在 不 足 。在 使 用硫 酸等 作 为催化 剂 的预 

酯化 法 均相反 应 工 艺 中 , 了 除 去残 留 的酸 催 化 剂  为

超 临界 法 制 备生 物 柴 油 通 常 需要 高 温 高 压 , 对 

设 备要 求 很高 , 因此要 大规 模应 用 于工业 生 产 , 需  还

要 进一 步 的研究 。 目前 的主 要研 究方 向是与 其他 方  法 的结 合 , T tn 如 a o等研 究 超 临 界 流体 法 与 化 学 合  e 成 法结 合 ,ako Jc sn等研 究超 临 界流 体 法 与生 物 酶 法 

结合。  

以及 反应 生成 的水 , 般采 用 大 量 的低 碳 醇 进 行 萃  一

取 , 果造 成工 艺 复 杂 、 作 费 用 高 ; 在 使 用 阳 离  结 操 而

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1   0・

精细与 专 用化 学品 

第 1 第 5期  5卷

适合 种植粮食 的土地 上 种植 富 油脂 的农 作 物 。开拓 

4 工 程 微 藻 法 

工程 微藻

法 为生产 柴 油生 产 开辟 了一 条新 的技  术途 径 。  

油脂 资源成为我 国未来生物 柴油产业 发展 的关键 。   我 国木本 油 料资 源丰 富 , 2 4 在 10多万 公 顷经 济 

林 中, 木本 油 料 类 4 3 3 5万 亩 。能 利 用 荒 山 、 沙地 等  宜林 地进 行造 林 , 立 良种 供 应 基 地 的 油 料植 物 在  建 3 0种 以上 。我 国发 展 木 本 油 料 产业 的 资 源 优 势 明 

显 , 发展潜 力 。 有  

利用 工 程 微 藻生 产 柴 油 的优越 性 在 于 : 微 藻  ① 生 产 能力 高 , 海水 作 为 天 然 培养 基 可 节 约 农 业 资  用

源 ; 比陆 生植 物单 产 油脂 高 出几 十倍 ; 生 产 的生  ② ③

物 柴油 不含 硫 , 燃烧 时不 排放 有 毒有 害气 体 , 排人 环  境 中也 可被 微生 物 降解 , 污染 环境 。 不   最 近 , 国 马 萨诸 塞 州 的一 家公 司发 明了 以绿  美

色微 藻生 产 生物 柴 油 的 技 术 , 核 心 装 置是 一 些 装  其 满水 的塑 料 容器 , 中有 大量 绿 色 微 藻 。来 自发 电  水 厂 的废气 输 入容 器 , 类 吸取废 气 中的二氧 化碳 , 藻 利 

油 菜 是我 国种 植 面 积最 大 的油 料作 物 , 产 量  总

居 世界 第一 。 中 国人 目前 的食 用 油 以豆 油 、 籽 油  菜 为 主 , 国 的菜籽 油资 源不 富裕 , 我 但有 3亿 亩冬 闲 田 

可利 用 。2 0 0 6年 9月 , 中国农 科 院 油料 作 物 研究 所 

培育 成功 “ 中油 -3 1 油菜新 品 系 , 籽含 油量 高达  06 ” 种

5 . 2 , 目前 长江 中游 大面 积推 广 的普通 油菜 品  47 % 较

用 阳光 和水进 行光 合 作 用 生 成 糖 类 , 些 糖 类 随 后  这

经新 陈代谢 转 变 为蛋 白质 和脂 肪 。   随着藻 类 的 繁殖 , 器 里 的 油脂 越 来 越 多 。将  容 这 些油 脂提 取 出来 , 利用 一些 现 有技 术 , 就可 制成 生 

种提高 2% 以上 , 5 亩产 达 10 g 产 油 量 可 达 每 亩  8k ,

9 g。 8k  

利 用 废弃 油脂 生 产 柴 油 , 不仅 能 提 供有 用 的燃 

料 , 能为 环保做 出贡献 。 目前 , 国一 般生 物柴 油  还 我

项 目选 择废 弃油 脂 作 为 原 料 , 国一 年 的废 弃 油脂  全

物 柴油 和 乙醇 。这 家公 司 已经对 此技 术进 行小 规模  试 验 , 功 提取 了几 加仑 ( 成 1加 仑 约合 3 7 5 ) 类  .8 L 藻

油脂。   该公 司计划 于 2 0 0 9年 在 美 国亚 利 桑 那 州 一 座 

有 6 0万 ~7 0万 t原料 数 量 非 常有 限 。福 建卓 越  0 0 ,

新 能源发 展公 司的生 物柴油 产量 为 2万 ta 以地 沟  / , 油作 为原 料 , 从 全 国调

配 , 料 价 格 也 从 2 0 需 原 0 6年  初 的 10 8 0元/ 涨 到 2 0 t 0 6年 1 月 的 2 0 1 8 0元/ 。 t  

发 电厂 附近 建设 一 家 藻 类农 场 , 果 有 足够 多 的藻  如 类来 处理 这 座 I0 M 发 电 厂 的全 部 废 气 , 年 将  O0 W 每 可生 产 1 5亿 L生物 柴 油和 19亿 L乙醇 。 . .   据估 计 , 占地 面积 1 m k  的 藻 类 农 场 每 年 可 处 

理 5万 t 二氧化 碳 。与其 他生 产 生物 燃 料 的方 法 相 

农 作 物秸 秆经 过高 新技 术 的加工 转化 也能转 化  为生 物柴 油 。 中国 目前 每年 有 多达 7亿 t 的农 作 物  秸 杆产 量 , 6 秸 杆 出 1 按 t t油 的 比 例 计 算 , 当 于  相

11 . 7亿 t 的燃 料油或 者 至少 16 . 7亿 t 的石油 。  

5 2 生 产 设 备  .

比 , 类农 场所 用 的资 源较 少 , 藻 它不需 要 占用 可耕 地  来种植 农 作物 , 也不 必使 用 淡水 。但 是 , 这种技 术 是 

否经 济可 行 , 需要 大规 模试 验 验证 。 还  

世 界范 围的生物 柴油 热潮 已经 吸 引多 家公 司专  为 该项 目提 供生 产 设 备 和 技术 , 鲁 奇 、 法拉 伐 、 如 阿  

上 海 日器 、 意大利 梅 洛尼 和迪斯 美 巴拉斯 特等 , 奇  鲁

清华 大学 吴 庆 余  等 通 过 异 养 转 化 细 胞 工 程  技 术获 得 了脂 类 含 量 高 达 细胞 干 重 5 % 的异 养 藻  5

细胞 。  

公 司 已在 全球 建设 了 3 0多 套生 物柴 油生 产装 置 , 生  产原 料涉 及 大豆 油 、 弃 油 脂 、 羊 油 和 黄油 等 , 废 牛 已 

设计 并运 转 或正在 执 行 的生 物 柴油及 甘 油装置 的 总  生产 能力 超过 5 0万 ta  0 /。

5 相 关 方 面 进 展 

5 1 生 产 原 料  .

20 0 6年 4月 , 国俄 勒 冈州 立 大学 科 学 家研 制  美

出一 种利 用植 物油 直接 生成 生物 柴油 的微 型化 学装 

目前 生 产 生 物 柴 油 的 主要 问题 是 成本 高 , 用  采 廉价 原料 及提 高转 化 率从 而 降低成 本 是生物 柴 油能 

否实 用化 的关 键 。 世界 各 国纷 纷根据 本 国国情 , 择  选 合适 的油 脂原 料发 展 生 物 柴 油 产 业 , 欧洲 的菜 籽  如

置, 为利用 农作 物 制 造 能源 开 辟 了一 条 快 速简 便 的 

新路 。这 种微 型装 置是 一种 只有 银行 卡 大小 的化学 

反应 器 , 当植物 油 和酒 精 通 过 它 上 面像 头发 丝 粗 细  的管道 后 , 就能 直 接 转 换 为 生物 柴 油 。这 种 新 型装  置省去 了搅 拌及 反 应过程 , 乎 可 以立 刻制 备 , 几 目前 

还 在研 究 如何省 去催 化 剂 。   ( 下转 第 1 7

页)  

油 、 国的大 豆油 、 美 日本 的工 业 废 油 和 废 煎 炸 油 、 东  南亚 的棕 榈油 、 巴西 的甘蔗 和 蓖麻 籽油 等 , 国还 开  美 始通过基 因工 程方法研 究高油 含量 的植物 , 欧洲 在不 

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20 0 7年 3月 6日 

吕本 莲 , :紫外 线 吸收剂 2 2 ,- 等 , ’ 4 三羟 基二 苯甲 酮 的合成 

・ 7・ l  

[ ]钟 声 , 岩 , 玲 . 外 线 吸 收 剂 B D 的合 成 [ ] 鞍 山 钢 铁 学 院  2 关 张 紫 A J.

3 结 论   

以无 水 Z C, 催 化 剂 , 苯 为 溶 剂 , n 间  n 1为 氯 在 ( 苯二 酚 ) n 水 杨酸 )=1 1 2 反应 温度 l0 , :( :. , 2 ℃ 反应 

学 报 , 9 5 ( :8~ 0 1 9 , 5) 3 4  

[ ]童 雪 瑛 . 外 线 吸 收 剂 U 5 1的 合 成 [ ] 浙 江 化 工 ,0 3,4 3 紫 V3 J. 20 3 

( :1 2 2) 2 ~2  

[ ]黄 玮 , 4 由宏 君 , 世 安 . ,- 羟 基 二 苯 甲 酮 的 合 成 [ ] 辽 宁 化  王 24 二 J.

工 ,0 3,2 4) 1 8~1 0 2 0 3 ( :5 6 

时间 3 h条 件 下 , 成 了 2 2 , 一 羟 基 二 苯 甲酮 , 合 , ’4三  

收率 可达 9 % ; 品经 红外 光 谱 检测 证 明 为 二 苯 甲 0 产   酮 类结 构 。同 时 , 过紫 外光谱 分 析 可知 , 通 所得 产物  能 强烈 吸收 2 0~3 0 m 间 的紫 外 光 , 0 4n 因此 , , ’  22 ,

[ ] 由宏 君 , 恒 , 红 , . 转 移 法 合 成 2, - 羟 基 二 苯 甲 酮  5 姜 官 等 相 4二 [ ] 抚顺 石 油学 院 学 报 ,0 1 2 ( :5~ 7 J. 2 0 ,1 4) 1 1  [ ]韦 万 兴 , 天佑 , 家 兴 . 4 二 羟 基 二 苯 甲酮 的 合 成 [ ] 广 西  6 袁 曹 2,- J.

化 工 ,9 9 2 ( ) 1~   19 ,8 3 : 2

4 三羟 基二 苯 甲酮能 用做 紫 外线 吸收 剂 。该合 成 方  一 法工 艺 流程 简单 , 得 产 品 质 量稳 定 、 率 较 高 , 所 收 有 

良好 的应 用 前 景 。 口  参 考 文 献 

[ ]金芳 , 海 育 . 1 许 国外 新 型 紫 外 线 吸 收 剂 及 其 新 技 术 [ ] 广 西 纺  J.

织科 技 . 0 0. 1 ) 1 2 0 ( 2 : 6~1   8

[ ]焦 林 , 良杰 . 外 线 吸 收 剂 u . 的 合 成 与 应 用 [ ] 印 染 助  7 朱 紫 V9 J.

剂 , 0 1 ( : 4—3   2 0 , 3) 3 6

[ 8]M h m dA, c al   K kvzyG K Poesf   rpr g o a ma  Mihe ST, sodk    . rcs o pea n     r i cu r  u n

tsf  ht ei sP] U 57 5 1 19  oma nsf ae  rpoo ss [ . S 73 9 ,9 7 i o o r t [ 9]Masm t  , e aK, s t   ,t 1A t o t   rU  ai- tu ooS I d  MamiuW ea. ci me rf   Vrda  k s   n eo t n P .P 08 5 2,9 8 i [ ] J1 2 85 19  o

( 接 第 l 页) 上 0  

20 0 6年 3月 , 日本 产 业 技术 综 合 研 究 所开 发 成  功 了实 验室 规模 的柴 油燃 料合 成技 术 。该技 术可 在 

木 质生 物质 发 生气 化 反 应 , 活 性 炭 提 炼 后 , 用  用 采

年 正 式 公 布  引。但 具 体 指 导 成 品 油 零 售 系 统 的  B 5B 1 D 、 D 0的标 准 制定工 作 还未启 动 。 口 

参 考 文 献 

[ ] 江 苏 工 业 学 院 .采 用 固 体 碱 法 制 备 生 物 柴 油 的 方 法 [ . 1 P]  

CN1 6 0 2. 0 5 9 7 6 4 7 20     

Fsh r rpc i e— o sh合 成 技 术 连 续 合 成 柴 油 燃 料 , c T 在 

8 0~ 0 o 0 9 0C的高温 以及数 兆 帕 的高压下 气 化 。如果  在 常压下气 化 , 就需 要 利用 电力进 行压 缩 , 以在 后续 

[ ]清 华 大 学 . 机 介 质 反 应 体 系 中 脂 肪 酶 转 化 油 脂 生 产 生 物 柴 油  2 有

新 工 艺 [ ] C 13 4 9 2 0 -12  P . N 2 8 6 ,0 60 -5 [ ] 清 华 大 学 . 种 利 用 油 脂 原 料 合 成 生 物 柴 油 的 方 法 [ ]  3 一 P .

CN1 9 4 1. 0 5 2 2     0 7 2 0   -3 1

工序 中实 现 Fsh r rpc i e— osh合 成 。新 方 法 由于在 高  c T

温高 压下气 化 , 以只需 进行 热气 清 除处理 , 所 即无需  压缩 , 即可 送入 Fsh r rpc i e— o sh合成 工 序 。 因此 , c T 除  不 需要 压缩 外 , 还无 需冷却 及 热 回收 , 可应 用于小 型 

便 携生 产设 备 。  

[ ]清华 大学 . 种制 备 生 物柴 油 的 方 法 [ ] C 18 1120 — -   4 一 P . N 116 ,041 2 2 2

[ ]吴 庆 余 .产 油 藻 类 发 酵 制 备 生 物 柴 油 技 术 : 0 6年 中 国 生 物 柴  5 20

油行 业 发展 与技 术 交 流研 讨 会 [ ] C .北 京 : 国 化 工 信 息 中 心 , 中  

2 0  0 6

未 得 到 利用 的木材 、 产材 料 下 角 料 以及 建 筑  生 废 料等会 分 散在 不 同 的地 方 , 因此 就需 要 能 够 在 现 

场 使用 的小 型 便携 生 产 设 备 。该 公 司计 划 2 0 0 7年  前 后在该 设 备

的基 础 上 试 制小 型便 携 试验 装 置 ( 产 

[ ]生 物 柴 油 产 业 发 展 引 发 关 注 热 潮 [ ] 中 国 化 工 信 息 ,0 6  6 J. 20 ,

( 48):  4

“ 术进展 ” 目 技 栏  

量 为 16 / ) . L d 。今 后为 了提 高合 成量 以及改 进 成更 

易 于使用 的 柴 油 燃 料 , 将 进 一 步 开 发 在 Fsh r 还 i e— c  

征 

稿 

Tosh合成 中使 用 的催化 剂 。 rp c  

5 3 产 品 标 准  .

稿 件 要 求 : 新 技 术 所 涉 及 的 产 品 ( 域 ) 绍 及  ① 领 介 其 开 发 的 意 义 ; 新 技 术 的 工 艺 路 线 ( 工 业 化 的 ) 经  ② 可 、 济效 益 等 情 况 介 绍 ; 原 有 技 术 所 存 在 的 问 题 及 其 与  ③ 新 技 术 对 比 ( 据 说 明 ) ④ 新 技 术 在 国 内 外 所 处 的 地  数 ;

位 及 其 优 缺点 , 后 发 展 方 向 。 ( 00字 左 右 , 附 中 今 40 请   英 文 摘 要 、 键 词 和 作 者 简介 ) 关  

TEL:01 4 40 6 0 ̄ 44 8   F AX :01 6 44 08   0— 4 4 6

目前 , 欧盟 、 地 利 、 国 、 大利 、 国 、 典 、 奥 德 意 法 瑞   捷克 和美 国都 已经 制 定 了生 物柴 油标 准 , 国 为促  我

进 生物 柴 油产业 健 康 有 序 发 展 , 生 物 柴油 的生 产  为

和应用 提供 必要 的技 术 依 据 , 国 石 油产 品 和润 滑  全

剂标准 化技 术委 员会 也 负责起 草 了柴 油机燃 料 调合 

用 生物柴 油 ( D10 国家标 准 , 计 在 2 0 B 0) 预 0 7年 上 半 

E— i: s e y@ c e no. o .   mal h ng h mi f g v ca

范文八:生物柴油生产技术进展 投稿:王牴牵

第2 0卷

第 1期 

石 油 规 划 设 计 

20 0 9年 1月 

2  3

生 柴 生 技 进  物油产术展

张   哲  魏 海 国 

中国石 油天 然气 股份 有 限公司规 划总 院 

张  哲 等 .生 物 柴 油 生 产 技 术 进 展 .石 油 规 划 设 计 , 2 0 , 2   0 9 0f1) :2 ~2   3 7

摘 要  生 物 柴 油 的 原料 是 可再 生 的植 物 油或 动 物脂 肪 , 烧后 空 气 污 染物 以及 C 的排 放 低  燃 Oz 于石 油 生产 的 柴 油 。在 柴 油机 燃 油 中加 入 生物 柴 油 ,能 降低 空 气 污 染 物如 CO、S   芳香 烃 的  O 和 排 放 ,降低 CO 排 放 。 目前 已被 一 些 国家应 用 于运 输 燃料 组分 中 ,我 国也 开 始 生 产 生 物 柴 油 。论    述 了生物 柴 油 生产 技 术 进展 ,包括 物 理 法 、酸 碱 催 化 法 、 生物 酶 催 化 法 、超 临界 法 以及 基 于 现 有  炼 油厂 的加 氢技 术 生 产 生 物 柴 油 方 法 等 ,并 分析 了这 些方 法的 优 缺 点 和 发展 趋 势 。  

关 键 词  生 物 柴 油  物理 法  酸碱 催 化  生 物催 化 超 临界 加 氢 

1 生 物 柴 油 概 况   

生物柴油是可再生原料 ( 例如植物油 、动物脂 

肪 等 )的 长链 脂 肪 酸形 成 的单 烷 基 酯 ,可 以作 为 柴  油机 燃 料 的补 充 ,部 分 替 代 石 油 生 产 的柴 油 。在 柴  油 机 燃 油 中 加 入 生 物 柴 油 ,能 降 低 空 气 污 染 物 如  c o、S   O 和芳 香 烃 的排 放 ,降低 C z 放 。生 物 柴  O排 油是 柴 油 的 良好 替 代 品 ,世 界 各 国纷 纷 投 入 生 物 柴 

油 的研 究 和 生 产 ¨ 。    

2 生物 柴 油 生 产 技 术   

生物柴油最早是采用物理混合 ,但是 得到的产 

品质 量 较 差 。 目前 ,生 物 柴 油 的 工 业 化 生 产 是 在 酸  碱 催 化 剂 的作 用 下 ,动 植 物 油 脂 和 甲醇 发 生 酯交 换  反 应 的过 程 ,还 有 一 些 生 产 方 法 也 日益受 到研 究 人 

员 的关注 ,例如超临界法 、生物催化法 和加氢裂化  法 等  。  

21 酸 碱 催 化 法  . 酸碱 催 化 法 是 用 动 物 和植 物 油 脂 与 甲醇 或 乙醇  等 低 碳 醇 在 酸 性 或 者碱 性 催 化 剂 作 用 下 进 行 酯 交 换  反 应 ,生成 相 应 的脂 肪 酸 甲 酯 或 乙酯 ,再 经 洗 涤 干  燥 即得 生物 柴 油 ,生 产 过 程 中可 产 生 约 1 %的副 产  0 品 甘 油 。酸 催 化 反 应 的催 化 剂 可 选 用 浓 硫 酸 、苯 磺  酸 和磷 酸等 ,在 酯 交 换 过 程 中不 会 发 生 皂 化 ,但 反 

欧 盟 是 生 物 柴 油产 量 最 大 的地 区 ,2 0 0 7年 ,欧 

盟 生 物 柴 油 产 量 接 近 6

0万 t德 国是 生 物 柴 油 产 量  0 ;

最 大 的 国家 ,其 生 物 柴 油 生产 能 力 已经 超 过 3 0万  5 t ;法 国 目前 有 7个 生 物 柴 油生 产 企 业 ,最 大 的生  / a

产规模为 1 2万 t ,总生 产 能 力 超 过 4 / a 0万 t ,欧 盟  / a

国家 以菜 籽 油 为 原 料 生 产 生 物 柴 油 。美 国的 生 物 柴  油 产 量 仅 次 于 欧盟 ,生 产原 料 主要 以 大 豆 油为 主 ,   年产量为 3 0万 t 上 ,预计 2 1 以 0  年 产量 将 达 到  1年

15万 t 0 6 1 ,2 1 年年产量将达到 3 0万 t 3 。除大 豆油  外 ,美 国还 积 极 探 索 其 他 生 物 柴 油 原 料 如 “ 程 微   工 藻 ” 。 日 主要 以食用废油为原料生产生物柴油 。   本  

应速率较慢 ;碱催化 的反应时 间短 ,工艺较成熟 ,   目前生 产 厂 家 大 都 采 用 该 法 生 产 生 物 柴 油 。酸 碱催  化法合成生物柴油工艺 中,醇必须过量 ,后续工艺 

必须 有 相 应 的醇 回收 装 置 ,生 产 过 程 有 废 酸 碱液 排 

放  。  

: 张 哲 ,男 ,17 生 ,工程 师 。20 l = 90年 05年 毕业 于 中国石 油大学 化 学工 程 与技术 专业 ,获博 士学 位 ,一直从 事 炼油 生产 、规划 和 咨询工 作 ,现在 中 国  石油天然气股份有限公司规划总院从事炼油规划和新能源研究 。通信地址 :北京市海淀区志新西路 3 9 8信箱 ,10 8  号 3 00 3

2  4

哲等 :生物柴油生产 技术进展 

20 0 9年 1 月 

21 1 酸 催 化 反 应 法  ..  

酸催 化 反 应 法 中 ,用 于 油 脂 酯交 换 反 应 的酸 性 

备方法和镁含量对其催 化活性影 响很大 。为提高催  化 剂 的 比表 面 积 和 开 发新 型催 化 剂 ,有 人 探 索 使 用 

催 化 剂可 分为 液体 酸性催 化剂 和 固体 酸催化剂 两  分 子筛 c 一 s 海泡石 、C — C 一 1 g M M 4 sM M 4 、M — C 一 1和  类 。两种催化剂 的种类都很多 ,各具独特 的理化性  Mg AMC 4 — 1 M一 1催 化 油 与 甘 油 进 行 酯 交 换 反 应 。 这  质 和性 能 。均 相 酸 性 催 化 剂 主 要包 括硫 酸 、磷 酸 、   几 种 材 料 都 具 有 催 化 活 性 ,其 中 Mg MC 4 和  — M一 1 盐 酸 、有机磺酸和羧酸盐。固体酸催化剂是相对于  Mg A MC 4 还 具 有 择 形 催 化 性 能 。通 过 调 节孔  — 1 M一 1 液体 酸而言 ,它在操作环境安全性 、催化剂 的可再  径 ,可 提 高其 择 形 选 择 性 能 。  

生性 、工 艺 复 杂 程 度 以及 对 反应 器 和设 备 的腐 蚀性  采 用 碱 催 化

剂 时 ,反 应 的速 度 快 ,但 是对 原料  的 品质 要 求 较 高 , 求 水 和游 离 脂 肪 酸 的含 量 要 低 。 要   所 以如 采用 中性 油 脂 作 为 原 料 ,应 优 先 考 虑 碱催 化 

反应法 。  

方 面具有优势 ,颇具发展潜 力。固体酸催化剂主要  有 金 属 氧 化 物 型 固体 超 强 酸 和 带有 磺 酸 根 的稠 环化  合 物 两类 , 目前 处 于 研 发 阶 段 ,未 有 中试 和商 业化 

应 用 的报 道 。尽 管 酸催 化 酯 交换 反 应 比碱 催 化 慢得 

多 ,但 当甘油酯 中水和游离脂肪 酸含量较高时 ,采  用 酸催 化 更 合 适 。在 酸性 催 化 下 ,游 离 脂 肪 酸 与 甲 

醇发 生 酯 化 反 应 ,可 以提 高 甲 酯产 率 。影 响酸催 化 

在 碱 催 化 生 产 生 物 柴 油 的工 艺 中 ,使 用 的催 化  剂是有 毒 、易燃 、腐蚀性 的甲氧基钠 ,为 了提炼生  物 柴 油 ,需 要 酸 中和 、水 洗 和 分 离 等 一 系 列 复 杂 的  工 序 ,催 化 剂 在 生 产 过 程 中往 往 被 溶 解 ,无 法 再 回 

收利用 。  

油脂酯交换转化率 的因素有 :油脂 与醇 的比例 、催  化 剂 的用 量 、反 应 温 度 等 。 为 了避 免 碱 催 化 的皂化  反应 ,应使反应快速完成。低级油 和地沟油等高酸  价 油 品一 般 使 用 “ 步 酯交 换 法 ”制 备 生 物 柴 油 : 两   第 一 步 使 用 酸 催 化 油 脂 酯交 换 ,使 原 料 中 的游 离脂  肪 酸 与 甲醇 发 生 酯 化 反 应 ;第 二 步使 用 碱 催 化 ,以 

使反应迅速完成。  

21 2 碱 催 化 反 应 法  .. 碱 催 化 反 应 法 主 要 有 液 体 碱催 化 法 和 固体 碱催 

化法。  

国 际上 典 型 的大 型 生 物 柴 油 制 备 工 艺 一 般 采用  碱 催 化 法 进 行 生 产 ,德 国 J— U GI公 司 的两 级 连  JL R

续醇解 工艺是传统 的液相碱催化工艺 的代表 ,其特  点 是 设 备 具 有 通 用 性 , 操 作 压 力 一 般 在 04~ .   05 a .MP ,操 作 温 度 控 制 在 7 0~8 ℃ 。该 工 艺 得 到 的  0

油 品质 量好 、颜 色 浅 、纯 度 高 ,副 产 品甘 油 的 浓度  可 达 到 8 % ,其 主 要 的 不 利 因 素是 设 备 投 资 和 能 量  6 消 耗 都 较 大 。 图 1 鲁 奇 公 司碱 催 化 工 艺 流 程 。 是  

液 体 碱 催 化 法 是 将 氢 氧 化 钠 、氢 氧化 钾 、 甲醇 

钠 等 溶解 在 反 应 体 系 中 ,作 为 反 应催 化 剂 。影 响 生  物 柴 油 收率 的 主要 因素 有 反 应 体 系 的组 成 、反 应 温  度 和 反应 时 间等 。氢 氧 化 钠 、氢 氧 化钾 和 甲醇 钠都 

有 被 产业 化 应 用 的报 导 。欧 美 地 区 以中性 的植 物 油 

为 原 料 生产

生 物 柴油 时 ,首 选 液 体 碱催 化 体 系 ,因 

为液体碱催化法具有工艺成熟 的优点 。   固体 碱 催 化 酯 交 换 反 应 ,与 氢 氧 化钠 或 甲醇 钠  为 催 化 剂 的 液体 碱 催 化 反 应 相 比 ,减 少 了 酸碱 中和  步 骤 、洗 涤 步骤 ,废 水 、废 渣 排 放 较 少 ;同 时 ,所 

制 备 的 副产 品甘 油 的纯 度 很 高 , 超 过 9 % 。目前 , 可 8   固体 碱催 化 剂 主要 有 金属 氧 化 物 和 分 子 筛 型 材料 。  

图 1 鲁 奇 公 司 碱 催 化 工 艺流 程   

21 3 酸碱 催 化 法研 究 动态  ..

20 0 6年 6月 , 国爱 阿华 州 立 大 学 的 一个 科 研  美 小 组 宣 布 ,他 们 利 用 纳 米 技 术 在 实 验 室研 制 出 了一 

阴离子型层柱化 合物也是油脂酯交换反应的一种多  相 催 化 剂 。其 中 比较 有代 表 性 的是 水 滑 石 类 阴 离子 

种新型催化剂 ,该催化剂有望大幅度提高现有生物  柴油生产工艺 的产量与效率 。新 型催化剂 主要利用  种他 们新 研制 的硅 颗粒 发挥 作用 ,颗 粒直 径 为   2 0 m,同 时具 有 酸 性 催 化 剂 和 碱 性 催 化剂 的特 性 。 5n  

黏土 ,主要有水滑石和类水滑石 。由于其主体成分  般是 由两种金属氢氧化物组成 ,因此又称其为双  金 属 氢 氧 化 物 ,其 煅 烧 产 物 为 双金 属 氧 化 物 。该类 

催 化 剂 为 尖 晶 石 结 构 。 法 国 石 油 研 究 院 开 发 的  E trp H 工 艺 就 是 采 用 该 类 催 化 剂 。催 化 剂 的制  s f— ei

与 目前使用 的催化剂相 比 ,新催化剂具有效率高、   工艺 简单 、易回收和环保等特点 ,能够从现有生产 

工 艺 中 汲 取 能 量 ,并 可 排 除一 些 有 毒 化 学 品 ,从 而 

第2 0卷

第1 期 

石 油 规 划 设 计 

2  5

使 生 产 工 艺更 简捷 、更 有效 、更 经 济 。 目前 ,该 科  研 小 组 正 与 美 国 中 西 部 公 司 合 作 进 行 大 规 模 的 试 

的专一性 的假丝 酵母脂肪酶 ,解决 了传统方法 中甲  

醇对脂肪酶 的毒性 问题 , 酯化率可达 9 %以上 。0 3 5 2 0  年建立 了年产 5 脂肪酶的生产基 地 , 以提供催化  t 可 剂 脂肪 酶 。   生 物 催 化 法 虽 然 具 有 条 件 温 和 、醇 用 量 少 、污  染物排放少 、产 品分离纯化简单 的特点 ,但是 ,酶  的催化活性往往不稳定 , 影响酶活性的因素主要有 :   酶的种类 、酶 的固定化技术 和中毒 。固定化酶能使  酶可再生循环使用 ,通过载体与酶催化剂 的协 同作  用 可提 高 酶 的催 化 活 性 。通 过 酶 的 固定 化 和 酯 交换 

条 件 的优 化 可 以得

到 满 意 的生 物 柴 油 产 率 。但 是 ,   在 生物 柴 油 的 生 产 中直 接 使 用 脂 肪 酶催 化 ,存 在 几 

验 。新型催化剂 已显示 出能大幅度增加生物柴 油产  量的前景 ,不过仍需要 经过更大规模 的试验 ,以进  步确认其带来 的经济效益 。   江 苏工 业 学 院林 西平 教 授 成 功 开发 固体 碱 法 制 

备 生 物 柴 油技 术 ,研 制 了 Mg Az , 合 氧化 物 固  O— 1 复 O

体碱 、 负载型 C OMg a / O固体碱 、 改进负载型超 强 固   体碱 ( a / C O 载体 ) 催化 剂及新 型负载型固体 酸催 化 

剂 , 在 20 t 并 0 0/ a的生 物 柴 油 中试 生 产 线进 行 试 验 应  

用 ,确定了有工业应用价值 的固体催化剂法生 物柴  油 生 产 工艺 路 线 。该 工 艺 与常 规 催 化 法 相 比 ,后 处  理 工序 简单 , 废 液排 放 ;操 作条 件 温 和 、能 耗 低 , 无  

更 易 于产 业 化 。该 工 艺 的菜 籽 油 与 甲醇 的酯 交 换 转  化 率 ≥9 %,生 物 柴 油 收 率 为 9 %。 6 8  

个问题 :一是脂肪酶在有机溶剂 中存在聚集作用 ,   不 易分 散 ,因 而催 化 效 率 较 低 ;二是 脂 肪 酶对 短 链 

脂 肪 醇 的转 化 率 催 化 活 性 较 低 ,不 如对 长链 脂 肪 醇 

另外 ,在 防止原料油脂 中游离脂肪酸使碱催化 

剂失 活方 面也 进 行 了大 量 研 究 。 国外 的研 究 报 道 有  碱精 制法 、溶 剂 抽 出法 、蒸 汽 精 制 法 、过 量 催 化 剂  添 加 剂法 、高 温 高 压 反 应 法 和 预 酯 化 法 等 。预 酯 化  法 能 将原 料 油脂 中 的游 离 脂 肪 酸 转 换 成 脂 肪 酸 烷 基  酯 ,原料 利 用 率 高 ,适 合 大 规 模 的工 业 生 产 。但 该 

的酯化或转酯化有效 ,而且短链醇对 酶有一定 的毒 

性 , 酶 的使 用 寿 命 缩 短 ;三是 反 应 时 间一 般 较 长 ; 使  

四是脂肪酶的价格昂贵 ,使用该 酶作 为催化剂生产  成本较高 ,限制 了其在工业规模 生产生 物柴油 中的  应 用 。 目前 ,解 决 此 问题 有 3种 途 径 :一是 采用 脂  肪酶 固定化 技术 ,以提高脂肪 酶的稳定性并使其能  重复利用 ;二是将整个 能产生脂肪酶 的细胞作为生  物 催 化剂 ;三是 采 用 分 步 添加 短 链 醇 的方 法 ,使 其  浓 度维 持 在 较 低 的水 平 ,减 少对 酶活 性 的影 响  。  

23 超 临 界 法  .

方法仍存在不足 ,在使用硫酸等作为催 化剂的预酯  化法 均相 反 应 工 艺 中 ,为 了除 去 残 留的 酸催 化 剂 以  及 反 应 生 成 的 水 , 般 采 用 大量 的低 碳 醇进 行 萃 取 , 一   造成工艺复杂 、操作费用高 ;而

在使用 阳离 子交 换  树 脂 作 为 催 化 剂 的 固定 反 应 工 艺 中 ,特别 是 使 用 杂  质含量高 的废油脂时 ,离子交换树脂失活快 ,需要  频 繁 交 换催 化 剂 。  

22 生 物 催 化 法  .

超 临界 反 应 法 ,是 指 在 甲醇 在 超 临 界 状 态 (甲   醇 超 临界 温 度 为 2 94C,压 力 为 80 MP )下 进 行  3 . ̄ .9 a

为解决酸碱催化法 中存在 的问题 ,人们 开始 借  助生物催 化法即脂 酶进行酯交换反应 , 反应结束后 ,   通 过 静 置 即 可 使 脂 肪 酸 甲酯 与 甘油 分 离 ,从 而 可 获 

取 较 为 纯净 的柴 油 。生 物 酶 法 生 产 工 艺 的设 备 投 资  少 、污染 小 、能 耗 低 ,对 油 脂 原 料 的要 求 也 比较 低 。   生 物催 化 法 目前 尚处 于研 究 阶段 。   清 华 大 学 化 工 系 刘 德 华 课 题 组 开 发 了生 物 酶 法  生 产 生 物 柴 油 的 生 产 工 艺 , 选 用 的 脂 肪 酶 包 括 

N — oy 4 5 ioy   L和 Lp zme R o v zm 3 、Lp zme T ioy   M。该 工 

酯化反应 。超 临界流体具有不 同于气体或液体的性  质 ,它 的密 度 接 近 于 液 体 ,黏 度 接 近 于 气 体 ,而 导  热率和扩散 系数则介于气体和液体之间 。甲醇在超 

临 界状 态 下 具 有 疏 水 性 ,有 较 低 的 介 电 常 数 ,油脂  能 够很 好 地 溶 解 在 超 临 界 甲醇 中 ,用 于 生 物 柴 油 的 

制备具有反应迅速 、转化率高等优 点 ,对原料油脂  的适 应性 强 ,脂 肪 酸含 量 高 达 3 %以上 时 ,对 生 物  0 柴 油 的 收率 也 基 本 上 没 有 影 响 ,水 含 量超 过 3%的  0

原料也能达到 9 %以上的收率  0 。   在超 临 界 条件 下 ,甘 油 三酯 能完 全 溶 于 甲醇 而 

形 成 单相 体 系 ,这 样 在 很 短 的 时 间 内就 可 获 得 极 高 

艺 消 除 了 甲醇 和 甘 油 对 酶 反 应 活 性 的 影 响 ,脂 肪 酶  不 需 处 理 即可 应 用 于 下 一 批 次 反 应 ,在 反 应 器 上 连 

的转化率 。在超 临界条 件下 ,植物油 与甲醇相容性 

提高 ,酯交换反应 为均 相反应 ,可使完成反应时间  缩 短 到 3~4 n mi。原 料 中水 和游 离 脂 肪 酸 对 超 临 界  法制备生物柴油 的影 响很小 。在水存在 的情况下 ,  

脂 肪 酸甘 油酯 被 水 解 后 在 超 临 界 甲醇 状 态 下 进 一 步  甲酯化 ,从 而 生 成 脂 肪 酸 甲酯 。 由于 酯 化 反 应 的 速 

续运转 l 个多月后 , 0 酶活性未见下 降 , 表现 出较好  的操作稳定性 。   北京化工 大学生命科学学 院谭天伟课题组经过  选 育 ,得 到 了适 合 脂 肪 酸 甲

酯 、乙酯 、丙 酯 及 辛 酯 

2  6

哲等 :生物柴油生产技术进展 

20 年 1 09 月 

率 大 于酯 交 换 反 应 的速 率 ,在超 临界 或 亚 临界条 件  下先 水 解 得 到 脂 肪 酸 ,脱 水 后 酯化 生 成 脂 肪 酸 酯 ,   可 以在 相 对 温 和 的条 件 下 ,短 时 间 内将 植 物 油转 化 

为脂 肪 酸 酯 。  

物 油 、动物 脂 肪 经 预 处 理 后 生 产 柴 油工 艺 ,加 氢 得 

到合成柴油 ,而生成 的生物燃料气可进入炼油厂燃 

料 气 管 网 ,生 物 汽 油 可调 入 汽 油 中 。   加 氢 裂 化 方 法 不 联产 丙三 醇 ,可将 植 物 油 转 化  为 高 十 六 烷 值 、低 硫 柴 油 ,可加 工 宽范 围原 料 包括 

超 临 界 技 术 制备 生 物 柴油 的原 料 无 需 预 处理 ,  

且产物后处理简单 ,因此 与传统方法相 比大大简化  高 含 游 离 酸 的 物料 。 氢 裂化 过 程 中发 生 几 种 反应 , 加   了 工艺 流 程  “  。其 典 型 工 艺 流程 见 图 2  。 包 括 加 氢 裂 化 、加 氢处 理 。产 率 为 7 % ~8 %,十  5 0 六 烷 值 高 ,硫 含 量 低 。该 工艺 采用 常规 的炼 油 厂 加 

广 +蒸 甲醇  _ 生物 柴 油  

氢 处 理 催 化 剂 和 氢 气 ,可供 炼 油 厂选 用 ,因有 氢 气  可 用 ,可 方 便 地 与 炼 油 厂组 合 在 一起 。加 氢 法 合 成  柴 油 产 品对 于 所 有 进 料 均 有极 好 的 浊点 值 和 十六 烷 

原回—分…一  巍收— 甲 甘 甲  ÷醇 油 醇÷ L     蒸

图 2 超 临界 法 制备 生 物 柴 油 的 典 型 T艺 流 程 

超 临界法与传统酸 、碱催 化法及生物催化法制 

备 生 物柴 油 工 艺 比较 ,具 有 的 优 点 :无 需 催 化 剂 ,   无 废 碱 液排 放 ,对 环 境 污 染 小 ;对 原 料 要 求 低 ,无  需 进 行原 料 预 处 理 ;工 艺 简 单 、反应 速 度 快 、收率  高 ;产物 后 续 处 理 简单 ;易 于实 现 连 续 化 生产 。   影 响超 临 界 法 制 备 生 物 柴 油 的 主要 因素 有 :温  度 、压 力 、醇 油 比和停 留 时 间等 。如果 醇 油 比相 同 ,  

值 。该工艺 的特征是可按需要 灵活地生产有优化浊  点 的 柴 油 ,除 密 度 外 ,纯 合 成 柴 油 产 品 符 合 欧 洲  E 5 0 WWF 一 标 准 的所 有 要 求 。 因密 度 限制 , N9 和 C4 仅   调合合成柴油的限值体积 比约 为 6 %,但对炼 油厂  5

操 作 无 实 际 限制 ,其 烃 类 分 子 结 构 使合 成 柴 油产 品  很 少 溶 解 于水 ,合 成 柴 油 产 品 无 饱 和 组 分 ,因此 稳 

定性极好 。  

这 种 合 成 柴 油 工 艺 现 已作 为 生 产 生 物 柴 油 的新 

则温度越高 , 反

应速度越快 , 转化率也越高 。 但是 ,   温 度 过 高会 引起 甘 油 三 酯 分 解 和 酯交 换 等 副反 应 ,   且经过真空蒸馏后剩余物几乎为 固体状 ,所 以通常  反 应 温 度 不应 高 于 4 0 2 0  ̄ 。如 果 要 对 物 料进 行 循环  使 用 ,还 需 进 一 步 降 低 温 度 。   虽 然超 临 界法 具 有 一 定 优 点 ,但 仍 存 在反 应 条 

件 要 求 高 温高 压 等 弱 点 。因 此 ,可 从 3方 面进 行 研 

方法而被引入欧洲 ,成为现代超低硫柴油 ( L D) US   总 组 成 中优 质 的柴 油— — 生 物 燃 料 组 分 。芬 兰纳 斯  特 石 油 公 司正 在 帕 尔 沃 ( ovo P ro )炼 油 厂 建 设 加 氢  法 l 7万 t / 物 柴 油 装 置 。这将 是第 一 套 采 用 纳斯  a生 特 石 油公 司新 一 代 生物 质 制 油 工 艺 的装 置 。 加 氢法 

从 可 再 生 原材 料 生 产柴 油 燃 料 ,可 灵 活 地使 用各 种  植 物 油 和 动 物脂 肪 ,此 工 艺 可 将 脂 肪 酸 加 氢 转化 为 

烷 烃 和 异 构烷 烃 。 此外 ,道 达 尔 也 在 利 用 炼 油 装 置 

究 :一是开发与传 统酸 、碱催化等工艺相结合 的工  艺技术 ,以改进反应体 系 ,提高效率 ,同时降低反 

应 条 件 ;二 是 深 入 研究 混 合 体 系 的 临界 特 性 ,研 究  油 脂 与 醇 混 合 体 系 临 界 特性 的变 化 规 律 , 以获得 低  的 临界 温 度 与 压 力 ,从 根 本 上 降低 反 应 条 件 ;三是  借 助 超 临界 技 术 反 应 条 件 和 T 艺特 性 ,开 拓 生物 柴  油 生产 原 料 来 源 及 开 展 混合 原料 制 备 生 物 柴 油技 术 

与工 艺 研 究 ,为 生 物 柴 油大 规 模 、产 业 化 生 产创 造 

开 展 生 产 柴 油 的前 期 工 作 。  

3 展 望    

我 国除 了原 有 的 几 家 民营 生 物 柴 油生 产 企 业 ,  

国家 发 改 委 已经 批 准 中 国石 油 、中 国石 化 和 中 国海  洋 石 油 分 别 在 四川 、 州 和 海 南 建 设示 范 生 产 装 置 。 贵   中 国石 油 和 中 国海 洋 石 油 采 用 的是 成 熟 的碱 催 化法 

工 艺 , 中 国石 化 采 用 自主 开 发 的 超 临 界 法 工艺 。在  逐 渐 开 展 大 规 模 生 产 的 同时 , 国 内 的企业 和研 究 机 

条件 ,奠定理论和工艺技术基础 。  

24 加 氢 裂 化法  .

通 过 加 氢 裂 化 方 法也 可 生 产生 物 柴 油 ,现 已开 

构正在 开发先进 的加工工艺 ,解决生产技术应用难  点 。 主要 集 中于 开 发 各 种 催 化 剂 , 以适 应 不 同原 料 

的加 工 要 求 ; 开发 生 物 催 化 或 无催 化 醇解 反 应 技 术 ,   降 低 醇 油 比 ,节 省 能 耗 ,简 化 工 艺 流 程 ;改进

反应  体 系 ,采 用超 临 界 流 体 等技 术 增 加 反 应 界 面 的 接 触 

发 了几 种 新 工 艺 。   芬 兰 纳 斯 特 ( et Ns e)石 油公 司认 为 ,将 基 于生 

物质的可再生燃料生产组合到炼油厂中 ,可带来增  效 的新机遇 ,可为现代超低硫柴油生产提供优质的  生物柴油组分 ,为此 ,欧洲开发 的第二代合成柴油  技术应运而生 。这种基于炼油厂 的加氢途径 ,将植 

面积 、提高催 化剂的有效浓度 ,提 高反应速率 ;开  发 甲酯化 、酯交换反应——分离一体化新工艺 ,回   收高品质甘油 。在应用现代生物技 术培育可提取生 

第2 0卷

第 1期 

石 油 规 划 设 计 

2  7

( 接第 1 上 9页 )  

四是 ,通 过 近 几 年 的 发 展 , 国 内五 大 海 运 企业 

的运 输 能 力 大 大增 强 , 理 水 平 和 竞 争 力 明显 提 高 。 管  

4 结论 及 建议   

从 中 国石 油 日益 增 长 的海 上 进 口原 油 运 力 需 求 

和 国 外 石 油公 司海 运 发 展 经 验 来 看 ,中 国石 油 适 度 

近 期 ,建 议 中 国石 油 与 国 内海 运 企 业 ,通 过 签 订 长 

期运输 协议的形式 ( 期租 )使石油公 司的资金 和货  源 优 势 与 海 运 企 业 的 运 输 管 理 优 势 相 结 合 ,或 以合  资的方式适 当发展 自有运力 ,使 中国石油原油海洋  运 输 的控 制 运 力达 到 “ 国油 国运 ”提 出 的 5 % 以上  0 的 发 展 目标 ,从 而满 足 进 口原 油运 量 增 长 的需 求 ,   并提高原 油进 口安全保 障度 。  

参考 文献 :   [] 东 方 早 报 .应 对 国 际 低 油 价 周 期 的 中 国 力 量 和 中 国利  1  

益 . [0 7 0 1 ] h t : / w w 3 m . o / n o   2 0 - 卜 5 . t p / w . 5 c c m if /

1 15. t . 3 9 6 h m1  

发 展 一定 比例 的 自有 运 力 和 控 制 运 力 ,提 高 “ 国油  国运 ” 比例 ,对 保 证 能 源 供 应 、提 高 运 输 安 全 十 分  必要 , 目 但 前发展原油海运业务 的机遇与挑 战并存 ,   故 有 如下 结 论 和 建议 :  

是 ,国际 原 油 海 洋 运 力 供 给 大 于 需 求 的趋 势 

明 显 ,造 船 价 格 正 处 于历 史 高 位 ,高 级 船 员 的 短 缺  也增 加 运 营成 本 , 目前并 不 是 中 国石 油 进 入 原 油 海  洋 运 输 业 务 的最 佳 时 机 , 中 国石 油 暂 不 适 合 发 展 自  

有船队。  

[] 中 国 航 贸 网 . 水 运 数 据 查 询 . [0 8 0 2 ] h t : 2  2 0 — 卜 1 . t p 

,  f s e t m. n n t. o c  

二 是 , 中 国石 油 日益 增 长 的 运

量需 求 ,以 及 与  资 源 国石 油 公 司 组 建合 资船 公 司 的 发 展要 求 ,为 中  国石 油 发 展 原 油 海 洋 运输 业 务 提 供 了契 机 。 中 国石  油 在 创 建 综 合 性 国 际能 源 公 司 的进 程 中 , 本 着 “ 可 稳  步 、 度 ”的原 则适 时介入 和 发展原 油海 洋运 输业 务 。 适   三 是 ,期 租 是跨 国石 油 公 司规 避 油 轮 运 价 大 幅 

[] 华泰证 券.长航 油运 : L C开始 进入 交付 期成长 空 间  3  VC

明 朗 .[0 8 0 — 8 . t p / w w C . o . n g p / 2 0— 90 ] h t : /w . Scm c/ pd 

4.ht   m. O / 0 8 g t O 8 9 8 1 02t 9 2 O o / 2 0 0 0 58

[] 王 4 

健. “ XO A DZ 轮油 污案 [] 中国海 事 , EX NVL E ” M.  

20 ,( ) 3. 05 2 : 9 

[] 证 券 时 报 . 法 石 油 泄 漏 污 染 被 判 巨额 赔 偿 的 启 示 . 5    [0 8 0 — 8 . t p / w w p w n t t d y 2 0 0  20— 12 ] h t : / w .5 .e/ oa/ O8 1

/  1 6 6 5 h m t 4 38 . t.  

波动 、降低油轮污染事件带 来较大经济损 失的重要  举 措 , 目前跨 国 石 油公 司 自有运 力 已缩 减 维 持 在 约 

2 %。 中 国石 油 远 期 若 发 展 原 油 海 运 运 输 业 务 ,可  5

[ ] 徐 舜 华 ,岳 小 文 .国外 石 油 海 运 发 展 及 其 对 我 国 的 启  6  示 [ ] 国 际 石 油 经 济 , 2 0 ,( ) 1 ~ 1 . J. 07 9: 5 8   收 稿 日期 :2 0 — 9 2   08 0— 4

借鉴 国内外石油公司发展 经验 ,采用以 “ 期租运力 

为 主 、 自有 运 力 为辅 ” 的原 油 海 洋 运 输 模 式 。  

编 辑 :郜

婕 

范文九:生命科学与生物技术进展 投稿:廖廁廂

《生命科学与生物技术进展》

姓名:石亚峰

专业:

学号: 2010012013

生物技术在农业生物的多方面应用

【摘要】本文从各方面讲述了生物技术的应用,利用生物技术对农业各方面大力应用发展新型农业。使得农业有了突飞猛进的发展。阐述了水生植物修复富营养化水体的机理及其影响因素;论述了生物多样性减少的原因;介绍了微生物不可培养的原因,总结了培养技术中存在的问题;针对植物组织培养中常见的褐变现象,详细地分析了其产生的机理及影响因素;从细胞工程、发酵工程、酶工程、基因工程4个方面对生物技术在中药研究及应用进行了综述等各方面的内容。并提出了水生植物水体修复技术今后有待进一步研究的问题;分析了其中的自然和人为因素,为保护生物多样性提供了依据;提出如何改良培养微生物的技术;提出了相应的对策,为科研和生产提供了一定的理论和实践依据等。

【关键词】水生植物;富营养化;机理;影响因素;生物多样性;生态系统;生物资源;微生物;培养技术;环境条件;生物细胞;植物组织培养,褐变,对策;生物技术;中药

一水生植物修复富营养化水体的机理及影响因素

水体富营养化已经成为一个日趋严重的全球性环境问题。富营养化是水体生长、发育、老化、消亡整个生命史中必经的天然过程,其过程漫长,常常需要以地质年代或世纪来描述其进程。而因人为排放含营养物质的工业废水和生活污水所引起的水体富营养化现象,演变的速度非常快,可在短期内使水体由贫营养状态变为富营养状态。就目前而言,富营养化主要是指由于人类活动的影响下,为生物所需的氮、磷营养物质的富集,引起藻类及其它浮游生物迅速繁殖、水体溶解氧量下降、鱼类及其它生物大量死亡、水质恶化的现象。水体富营养化不仅对水体水质有严重影响,而且还会影响到周边水环境和人为景观,甚至通过给水系统危害到公众的健康。

1 水生植物修复富营养水体的机制

水生植物的存在可以提高水体净化的效率。植物可以直接从水层和底泥中吸收氮、磷,并同化为自身的结构组成物质,从而加快了水体中氮、磷营养物质的去除,但这种同化作用并非植物去除水体中氮、磷的全部途径。植物促进富营养化水体的净化的作用机制还表现在化感作用、与微生物协同作用等几个方面。

1.1 吸收富集作用

富营养水体中的无机氮(氨氮)作为植物生长过程中不可缺少的物质被植物

直接摄取,合成蛋白质与有机氮;磷作为植物必需的营养元素,水体中的无机磷在植物吸收及同化作用下可转化成植物的ATP、DNA、RNA等有机成分。王超等利用黄花水龙修复太湖水体,室内试验结果显示,夏季黄花水龙对总氮去除率约为60%,对总磷去除率约为25%,冬季黄花水龙对总氮和总磷去除率分别约为23%和20%;夏季和冬季黄花水龙对氨氮和硝氮亦有良好的净化效果。宜兴林庄港现场观测显示,7~10月引种黄花水龙的河段水体中总氮和总磷的去除率为10.2%~19.6%和23.4%~41.6%。肖兴富等利用金鱼藻、黑藻和马来眼子菜等沉水植物修复洋河水库。结果表明,沉水植物对磷的吸收能够有效地保持底泥中磷的含量,经50天后,水体中TN、NH+4-N、TP、PO3-4-P和CODMn平均去除率分别为36.3%、70.5%、54.6%、65.4%和43.1%。植物体内氮磷等营养物质的含量升高使水体中营养物质减少,间接影响了水体中浮游藻类的生长。

1.2 化感作用

化感作用是一种植物通过向环境释放化学物质而对另一种植物(包括微生物)所产生的有害或有益的作用。研究表明,作为一种竞争阳光、营养物质和生存空间的有效手段,水生植物会向水体中释放化感物质以抑制浮游藻类的生长。清华大学在国际上首次从大型挺水植物芦苇中分离并鉴定出的化感物质2-甲基乙酰乙酸乙酯(EMA)对藻类的抑制作用具有高效性和选择性,对铜绿微囊藻和蛋白质小球藻有很强的化感抑制作用。汤仲恩等研究狐尾藻、马来眼子菜、苦草3种沉水植物对5种富营养化淡水藻类:衣藻、铜绿微囊藻、纤细席藻、四尾栅藻、小球藻的化感抑制作用。研究表明,这3种沉水植物对这5种富营养化淡水藻类均有不同程度的抑制作用,特别是马来眼子菜对铜绿微囊藻、四尾栅藻和小球藻有明显的抑制作用。

2 影响修复效果的因素

2.1水体富营养化的差异

在富营养化程度不同的水体中,植物修复的能力也有差异。在一定的浓度范围内,水生植物的净化率随水体中N、P等物质的含量增加而加大。随着氮、磷初始浓度的降低,降解速率常数相应增加,但两者的变化趋势不同。水体中磷的去除速率取决于植物生长速率和植物组织中的磷浓度,植物体中磷的浓度越高,植物去除水体中磷的能力越强。

于曦等研究了槐叶萍对不同富营养化水体的修复作用。研究结果表明,尽管槐叶萍在不同富营养程度的水体中都生长良好,但是,对轻度富营养化水体的净化效果远高于对重度富营养化水体的净化效果,在轻度富营养化水体中生长最好。宋关玲等对适用于青萍的富营养水体进行研究,研究表明,青萍在不同程度的富营养水体中均能生长,但其适合生长于磷质量浓度在0.2-5mg/L(尤其是0.5mg/L左右)的水体环境中,适合应用于富营养化水平较高的水体环境中。

2.2 植物种植方式对修复效果的影响

利用不同植物的生长特性进行适当配合种植有可能提高水体的总体净化效率。在一些藻型富营养化水体中,恢复原有水生植被,特别是沉水植被恢复受到极大限制。利用飘浮植物、挺水植物作为先锋物种,抑制藻类生长,吸收营养物质,净化水体,可以为沉水植物引植创造条件。由于不同的水生植物对不同污染物的净化率不同,多种植物组合比单种植物能更好地对水体净化,不同水生植物不同时期的生长速率及代谢功能不同,净化水体的效果较好。植物的组合具有合理的物种多样性,从而更容易保持长期的稳定性,而且也会减少病虫害。黄蕾等研究水芹菜和微齿眼子菜可作为构成双层次群落结构的优选植物种类,用于修复太湖地区富营养化水体。

二生物多样性减少的原因

生物多样性是人类赖以生存的基础,是人类安居的前提,无论人类的生活空间有多么的狭小,人类也必须和生物共存,而不可能单独存在。然而随着人类对自然的干扰越来越多,由此造成的环境污染、物种入侵、城市的扩张、森林过度砍伐、海洋过渡捕捞等使生物多样性正以前所未有的速度在全球范围内丧失。生物多样性的减少已经成为目前众多环境问题中一个关键的环节。

目前,全球15.000多个物种正在消失(IUCN,2004)。中国是地球上生物多样性最丰富的国家之一,物种多样性高度丰富,约有高等植物3万多种,居世界第三位;脊椎动物6347种,分别约占世界总数的10%和14%;陆生生态系统类型约600种。然而我国的生物种类正在加速减少和消亡。据统计我国濒危或接近濒危的高等植物达4.000~5.000种,占我国高等植物总种数的15~20% (中国生物多样性保护行动计划总报告编写组,1994)。联合国《濒危野生动植物种国际贸易公约》列出的740种世界性濒危物种中,我国占189种,为总数的四分之一。

如我国70%以上野生稻的生存环境已遭到破坏。目前已查明我国外来入侵物种283个,每年对我国造成的总经济损失高达1200亿元左右。

1 生物多样性的概念

联合国《生物多样性公约》对生物多样性的定义是: 所有来源的活的生物体的变异性, 这些来源除其他外, 包括陆地、海洋和其他水生生态系统及其所构成的生态综合体,这包括物种内、物种之间和生态系统的多样性。

2 生物多样性减少的原因

2.1 环境污染

随着科技的发展,社会的进步,人类为了各种经济目的向大自然排放有毒物质的行为举不胜举:工业废水、汽车尾气、固体垃圾、原油泄露等等,这些都使生物生存的环境急剧恶化。

大量的工业废水和生活污水被排入湖泊、河流,使水体的自净功能受损,大大加剧了水体的富营养化,河流湖泊的污染使得鱼类的生存受到威胁。中国水利部日前发布的报告显示,2010年全国有2/3的污废水未经处理直接排入水体,造成90%的城市地表水域受到不同程度的污染。

土壤是构成生态系统的基本要素之一,是植被建立的基础,也是一种难以再生的资源。然而我国一些地区的土壤污染日益严重,特别是土壤中重金属含量、有机污染物和农药残留严重超标,造成土壤结构改变,有害物质在植物中积累,并通过食物链进入动物体内。土壤污染主要来源于工业及采矿业污染、农业面源污染和生活废弃物排放。

2.2 生物入侵

生物入侵概念:生物入侵是指因某种原因非本地产的生物或原产本地但已灭绝的生物侵入该地区的过程,而此物种在自然情况下无法跨越天然的地理障碍。 生物入侵的因素主要有两个方面:自然因素和人为因素,其中以人为因素的影响较为广泛。自然因素主要有水流、风。人为因素主要有作为观赏而引进的物种造成的入侵,作为食物引进而造成的入侵,作为宠物饲养引进而造成的入侵,动物异地放生和动物引进而造成的入侵等等。

生物多样性是人类赖以生存和发展的基础。生物引入每年给人类带来了巨大的经济效益,但是也成为生物多样性丧失的主要原因之一。而中国目前面临着更

为严峻的生物入侵形式,生物入侵的范围已经遍布中国的各种生态系统中,如森林、湿地、草原、农业区、海洋和淡水区。资料显示在我国几乎所有的生物类群都有入侵物种,已经对我国当地的自然和人工生态系统造成了显著的威胁和破坏。比较常见的有福寿螺,原产自亚马逊河流域,1981年引入我国,现广泛分布于我国广东、福建、云南、浙江等地,危害水稻生长,威胁入侵地的水生贝类、植物,也是一些寄生虫病的中间宿主。中国的一些特点决定了外来物种很容易在中国找到适合的栖息地,这些特点主要是:(1)生态系统丰富多彩;(2)幅员辽阔,地理情况复杂;(3)气候和土壤条件多样;(4)经济和贸易发展迅速。

2.3 生物资源的过度开发

由于人口的急剧增长,人类对自然资源的开发利用也大大增加。 渔业资源的过度捕捞、森林砍伐、野生动植物的滥捕滥采等一些过度开发利用生物资源的行为,也成为生物多样性急剧锐减的原因之一。2007年,甘肃野生冬虫夏草产地价格竟然高达每公斤4.8万元。《全球鲨鱼生存现状》报告中指出,鲨鱼很有可能处于因人类活动而灭绝的第一批海洋生物物种之列。人类为了品尝鱼翅这道所谓的美食,残忍地猎捕鲨鱼,割鳍后抛弃。相关统计数据表明,制作鱼翅每年需要4千万头鲨鱼,这将导致全球的鲨鱼种群和物种数量锐减。

2.4 栖息地破坏

生物多样性一直以来都是随着人类社会的发展而变化,尤其是工业革命以来,生物多样性不断受到人类活动的威胁。世界人口的不断增加、城市化进程加剧导致人类对自然的索取也在不断增加。栖息地破坏已经成为我国生物数量减少甚至濒临灭绝的主要原因。为了保护生态系统结构和功能,我国建立了很多各种类型的自然保护区,对生物多样性集中分布的区域实施特殊保护。然而由于宣传教育不足、建设管理不科学、开发利用不合理等因素,自然保护区也受到不同程度的破坏。

三微生物培养技术初探

目前自然界中只有极少部分微生物能够得到培养,严重阻碍了对微生物生命活动规律的研究和微生物资源的开发。因此必须改进传统培养方法,采用新型培养技术,提高微生物可培养性,大量培养自然界中存在的微生物,从而更全面、准确地了解微生物细胞的生命规律、获悉微生物群落中各种微生物之间的动态相

互作用和相互协调的规律,对环境微生物工艺进行准确地设计、精细地调控和高效地利用。

1、微生物不可培养的原因

对微生物进行常规培养时,由于生活条件的改变,有些微生物不能适应而死亡,另一些则通过产生孢子进入休眠状态或改变细胞形态、进入维持一定代谢活性但不生长繁殖的“活的非可培养状态”,结果均表现为微生物的“不可培养性”。 实际上,微生物的不可培养性是由于对微生物生长条件及其规律性的认识严重不足,而采取了偏离微生物生长实际情况的培养条件所造成的,这些偏离具体可以包括以下几个方面:

1,1实验室中无法完全模拟自然界的环境条件

由于目前监测技术和手段的限制,人们对微生物生存环境和自然条件的了解尚不充分。因此,人们没有或无法完全模拟微生物的自然生存条件,而通常将培养条件进行简化:将微生物置于恒温、恒湿、黑暗等环境中;将微生物限制在“板结”的琼脂或不扰动的液体介质中;简化微生物的营养组成没有提供微生物生长繁殖所必需的某些化学物质等等。所以在自然界中可以生长繁殖的微生物,在“纯培养”中生长条件得不到满足,从而导致了微生物的不可培养性。

2、目前微生物培养技术存在的问题

目前通过可培养微生物的总体数量来判断微生物可培养性,进而评价微生物培养方法的优劣,然而,这项评价指标没有考虑可培养微生物的群落结构。实际上,表征微生物可培养性不仅仅要根据可培养微生物的总体数量,还要分析可培养微生物的群落结构,即可培养微生物的种类丰富度和均匀度,微生物可培养性指标应该是这3种因子的函数,即:C=f(P,R,E),其中:

C——微生物的可培养性,反映可培养微生物的种类和数量占实际微生物总种类和数量的比例;

P——可培养微生物的细胞数(CFU/L),即传统可培养性的涵义; R——可培养微生物的种类丰富度,即可培养微生物的种类数目; E——可培养微生物的种类均匀度。

该公式中,各因素的重要性为R>P>E,即可培养微生物的种类丰富度重要性最高。

3、培养微生物技术的改良措施

3,1减少毒性物质的毒害作用

由于常规培养方法使用的高浓度营养基质不利于微生物生长,适当降低营养基质的浓度可以减弱这种不利影响,研究发现低浓度基质的培养基培养出的细菌在数量和种类上均多于高浓度基质的培养基,但营养浓度过低时反而会使培养出的微生物数量下降。

为了减少各种过程产生的毒性氧,可向培养过程中加入具有毒性氧降解能力的物质,例如过氧化氢酶、丙酮酸钠等过氧化氢降解物和抗氧化剂二硫代二丙酸。已经证实这些物质可使某些处于VBNC状态的细菌的可培养性得到不同程度的恢复。其中内酮酸钠对微生物可培养性恢复的效果最好,只有其有稳定、成本低等优点。

3,2维持微生物间的相互作用

在培养基中加入微生物相互作用的信号分子就可简单模拟微生物间的相互作用,满足微生物生长繁殖的要求,

四植物组织培养褐变产生的因素及对策

目前,在许多植物组织培养过程中,常遇到褐变问题。褐变主要发生在外植体,在植物愈伤组织的继代、悬浮细胞培养以及原生质体的分离与培养中也经常发生。褐变产物不仅使外植体、细胞、培养基等变褐,而且对许多酶有抑制作用,从而影响培养材料的生长与分化,严重时甚至导致死亡。本文探讨植物组织培养中褐变现象的影响因素、机理及防范措施,对我们进行科学研究或工厂生产,包括植物组织的培养,原生质体、悬浮细胞和植物器官的培养都有着十分重要的现实意义。

1褐变产生的影响因素

影响植物组织培养褐变的因子是复杂的,因植物的种类、基因型、外植体部位及生理状态等不同,褐变的程度也有所不同。

植物种类及基因型不同的植物和不同的基因型决定了不同的褐化程度。在组织培养中,品种褐化难易可能是与该品种中多酚类物质含量的多少及多酚氧化酶(PPO)活性的差异有关。

外植体部位及生理状态外植体的部位及生理状态不同其褐化程度不同,同

时,不同时期和不同年龄的外植体在培养中褐变的程度也不同。

2褐变产生的机理

2.1非酶促褐变

非酶促褐变是由于细胞受胁迫或其他不利条件影响所造成的细胞程序化死亡或自然发生的细胞死亡,即坏死形成的褐变现象,并不涉及酚类物质的产生。徐振彪等将生长正常的愈伤组织转移到含NaCl的培养基中,组织周围尤其是接触培养基部分发生褐变,但培养基中没有看到扩散的褐化物质。当温度升高时继代保存时间过长,也会发生此类现象。但这种褐变若采取适当措施或者愈伤组织适应了胁迫环境就不再发生了。

2.2酶促褐变

目前认为植物组织培养中的褐变主要是由酶促褐变引起的,培养材料变褐主要是由伤口处分泌的酚类化合物引起的。酶促褐变如同一般的酶促反应,其发生必须具备三个条件,即酶、底物和氧。引起褐变的酶有多酚氧化酶(PPO)、过氧化物酶(POD)、苯丙氨酸解氨酶等。从初次培养和继代培养过程中试管苗的褐变程度和PPO的活性来看,表明PPO活性的高低是引起培养材料褐变的关键。引起褐变的酶的底物主要是酚类化合物,按其组成可分成3类:苯基羧酸(包括邻羟基苯酚、儿茶酚、没食子酸、莽草酸等),苯丙烷衍生物(包括绿原酸、肉桂酸、香豆酸、咖啡酸、单宁、木质素等),第三类是黄烷衍生物(包括花青素、黄酮、芸香苷等),但并非所有的酚类物质都是PPO的底物。

3防止外植体产生褐变的对策

从理论上讲,酶促褐变可以通过以下三种方法加以抑制:一是除去引起氧化的物质——氧;二是捕捉或减少聚合反应的中间产物;三是抑制有关的酶。实际操作上,下列措施是被认为行之有效的。

3.1适当外植体的选择

取材时应注意选择褐变程度较小的品种和部位作外植体。成年植株比幼苗褐变程度厉害,夏季材料比冬季及早春和秋季材料的褐变要严重。冬季的芽不易生长,宜选用早春和秋季的材料作为外植体。王异星用荔枝无菌苗不同组织的诱导试验表明,茎最容易诱导出愈伤组织,培养2周后长出浅黄色的愈伤组织;叶大部分不能产生愈伤组织或诱导出的愈伤组织中度褐变;而根极大部分不产生愈伤

组织,诱导出的愈伤组织全部褐变。

3.2对外植体的处理

通过对较易褐变的外植体材料的预处理能减轻醌类物质的毒害作用。处理方法如下:外植体经流水冲洗后,在2-5℃的低温下处理12-24小时,再用升汞或70%酒精消毒,然后接种于只含有蔗糖的琼脂培养基中培养5-7天,使组织中的酚类物质部分渗入培养基中。取出外植体用0.1%漂白粉溶液浸泡10分钟,再接种到合适的培养基中。若仍有酚类物质渗出,3-5天后再转移培养基2-3次,当外植体的切口愈合后,酚类物质减少,这样可使外植体褐变减轻或完全被抑制。何琼英等用抗坏血酸预处理香蕉吸芽外植体,能减轻外植体褐变,从而提高芽丛诱导率。

3.3适宜的培养基培养基的成分与褐变程度有关,要考虑所选培养基的状态和类型。

适当和适量的激素王异星在荔枝的组织培养过程中,培养基中添加1 mg/L BA + 0.5mg/L 2,4-D时,愈伤组织较坚硬,增殖缓慢,易产生褐变。培养基中添加1mg/L BA+1mg/L 2,4-D 时,愈伤组织浅黄疏松,增殖也快。

培养基的硬度在一定范围内,琼脂用量大,培养基硬度大,褐变率低,这可能是培养基的硬度影响了酚类物质的扩散速度的缘故。

3.4 添加褐变抑制剂和吸附剂

褐变抑制剂主要包括抗氧化剂和PPO抑制剂。在培养基中加入偏二亚硫酸钠、L-半胱氨酸、抗坏血酸、柠檬酸、二硫苏糖醇等抗氧化剂都可以与氧化产物醌发生作用,使其重新还原为酚[12]。由于其作用过程均为消耗性的,在实际应用中应注意添加量,其中L-半胱氨酸和抗坏血酸均对外植体无毒副作用,在生产应用中可不受限制。在水稻细胞的培养基中,添加植酸(PA),可防止褐变,PA分子中众多的羟基产生抗氧化作用,使生色物质的含量下降或PA与PPO分子中的Cu2 +结合,从而降低了其活力。

五生物技术在现代中药研究中的应用

中药是我国制药工业的重要组成部分。我国拥有世界上最丰富的天然药用资源。我国现有中药资源12807种。近年来,随着盲目挖掘捕猎,不仅使野生资源日益减少,造成全国经常使用的400余种药材每年有20%的短缺,而且严重破

坏了生态环境,使人类遭受到巨大的生命财产损失。人工栽培品种又面临着品质退化、农药污染和种子带病等问题,严重影响了对药材品质的保证和控制。使得我国中药生产加工总体上仍处于与现代科学技术严重脱节状态。因此除了制定有关政策法律保护占我国药材市场80%供应量的野生资源以外,还必须找到切实可行的新技术途径彻底改变我国中药生产的落后面貌。

生物技术是一门应用生物科学研究成果工程手段增加生物制品数量、提高质量,从而满足人类日益增长需求的技术,它的具体内容包括细胞工程、发酵工程、酶和蛋白质工程、基因工程等4个方面。生物技术作为一种综合了生命科学与多种现代科学理论与研究手段的高新技术,在中药资源研究领域具有广阔的应用前景[1,2,9]。

1、细胞工程生产药材原料或药用有效成分、部位

植物能生产30000多种化合物,是微生物来源的4倍。有些物质是很难用化学方法合成的,有些很难用微生物生产或增加产量。植物细胞培养不受环境、生态和气候条件限制,生长比整体植株快,次生代谢物质的含量是自然植株的数倍甚至数千倍,如人参皂苷在组织培养中含量占干重的27%,全株中只有4.5%;紫草素在细胞培养物中占12%,而全株只有1.5%。药用植物三七、人参、雪莲、银杏、紫草、洋地黄、长春花、丹参、红豆杉等的培养已进行了系统研究,并优化了培养条件。人参细胞培养物的化学成分和药理活性分析表明与种植人参无明显差异。

2、发酵工程技术的应用

发酵工程中药发酵研究始于20世纪80年代,人工条件下利用细胞的快速增殖与次生代谢产物的产生,为人工资源的生产提供技术平台。水蛭素不与血小板反应,在治疗血小板减少症(HIT)方面具有其它抗凝药物无法比拟的效果。在5L发酵罐中重组毕赤酵母能够高密度发酵产生水蛭素,最高总产量1.8g/L,为大规模工业化铺平了道路。周晓燕等用经选育的猪芩PU-99菌作生产菌株,在1t罐中生产,菌丝体干重2.3%,含粗多糖31%。利用微生物生长代谢来炮制中药,比一般的物理或化学炮制手段优越,可较大幅度地改变药性,提高疗效,降低毒副作用,为中药活性成分结构修饰提供新途径,产生新药效,扩大适应症,保护中药活性成分免遭破坏,节省药源。

3、基因工程技术的应用

基因工程 基因工程是利用分子生物学和微生物遗传学的现代研究方法和手段发展起来的。由于这些领域的迅速发展,如今已有可能人工定向改变药用植物的遗传性状,培育出一些具有抗病、抗虫、抗除草剂等药用植物新品种。如在抗虫害研究方面Delannay等用HD-1菌株的毒蛋白基因转入到蕃茄细胞之后所做的大田试验的结果向人们表明,转基因番茄的植株系上虫害确实得到了有效的控制。我们可将这种基因转入到药用植物的植物细胞之中以改造药用植物的品质。而在实际研究中这些技术的关键在于用什么方法将外源基因导入植物的基因组,并得到高效表达,在目前各式各样的研究方法之中农杆菌做载体将外源基因导入植物基因组的方法比较成熟。

基因水平研究中药的作用机理,还可以利用基因工程技术以DNA为标志物进行新药的检测。

4、酶工程技术的应用

药用植物的有效成分大多是属于植物次生代谢产物。植物的次生代谢非常复杂,是由不同的代谢途径,分许多步在不同的酶类参与下完成的。次生代谢调控的研究,首先必须明确某一化合物的生物合成途径及其有关的酶类。用改变次生代谢关键酶的基因来调控次生代谢物的产生是较理想的途径,这方面的研究已有报道。Hashimoto等以发根农杆菌介导,用花椰菜花叶病毒35s为启动子改造Ri质粒,将天仙子羟化酶导入富含莨菪碱的颠茄中,并在卡那酶素培养基上筛选出抗卡那酶素毛状根。在转化后的颠茄毛状根中羟化酶活性增高,6β-羟基莨菪碱较用野生型发根农杆菌诱导毛状根含量高,东莨菪碱的含量也提高了5倍。此项研究结果表明,利用次生代谢物生物合成途径中某些关键酶基因的转化,来生产次生代谢物是可能的。

另外中药经口服后其中有些成分是经过体内酶的作用才转化为有用化合物,因此通过研究生物体的酶的作用可以解释某些中药的作用机理。

参考文献

刘新平.中国生物多样性及其保护的综述[J].南昌高专学报.2006.4(2):97~100.

杨秀娟.生物入侵对生物多样性的影响[J].林业调查规划.2005.Feb.30(1):36~38.

徐振彪等.植物组织培养过程中的褐化现象.国外农学——杂粮作物,1997(1):55~56. 何琼英等.抗坏血酸预处理阻止香蕉吸芽外植体褐变的研究初报.华南农业大学学报,1995,16(3):79~82.

金坚敏.水稻幼穗和成熟种子诱导胚状体时的有关因子探讨.植物学通报,1992,9(2):53~54.

姚洪军,罗晓芳,田砚亭.植物组织培养外植体褐变的研究进展.北京林业大学学报,1999,21(3):78~83.

许铁峰.张汉明.张磊等.生物技术在中药材品质改良,保护和鉴定等方面的应用.中国药学 杂志,2003,38 (3):167

范文十:现代生物技术研究进展 投稿:宋瘏瘐

现代生物技术研究进展

luojuan

摘要:生物技术是21世纪最具有发展前景和活力的学科,世界各国都将生物技术视为一项高新技术,生物技术在相关领域中的应用也成为应用技术研究中的热点。生物技术又叫生物工程,是综合运用生物学、细胞生物学、微生物学、生物化学等基础科学和生化工程等原理和技术而形成的一门综合性的科学技术。

关键词:现代生物技术 细胞工程 酶工程 发酵工程 基因工程 蛋白质工程 研究进展

现代生物技术概述[1]

生物技术包括传统生物技术和现代生物技术。传统生物技术主要是自然发酵技术和自然杂交育种技术。现代生物技术是指以现代生物学研究成果为基础,以基因工程为核心的新兴学科。现代生物技术主要包括:细胞工程、酶工程、发酵工程、基因工程、蛋白质工程。

二、 细胞工程研究进展[2]

细胞工程的概念及其基本操作细胞工程属于广义的遗传工程,是将一种生物细胞中携带的全套遗传信息的基因或染色体整个导入另一种生物细胞,从而改变细胞的遗传性,创造新的生物类型。它包括细胞融合、细胞重组、染色体工程、细胞器移植、原生质体诱变及细胞和组织培养技术。

近年来,在该领域的研究最引人注目的是细胞融合技术和细胞杂交,并取得一些突破性研究进展。应用细胞融合技术可以培育新型生物物种。可实现种间育种。

1975年英国科学家研制成功了淋巴细胞杂交瘤技术,由此技术获得的单克隆抗体很快应用于临床实践,被称为20世纪80年代的“生物导弹”。目前单克隆抗体技术已用于治疗诊断癌症、艾滋病等多种疑难疾病,及快熟诊断人类、动物和农作物病害等方面,成为细胞工程在医学上最重要的成就之一。

日本秋田生物技术公司和遗传资源开发利用中心联合采用细胞工程的原生质体突变,将“秋田小町”稻育成“新秋田小町”新品种。该稻试种过程中,产量大大提高,取得了明显的经济效益。我国科学家利用细胞工程的原生质体育种在世界上首创了食用菌属间原生质体杂交。这种属间杂交新品种,既有香菇的独特香味和优良品质,又有平菇的高产量、生长周期短、易栽培、抗逆性强等特性。

随着细胞工程技术的不断发展,植物细胞和组织培养这一细胞工程技术也无例外地得到发展,目前已在许多植物上,特别是在农林生产实践中得到了广泛应用。尤其在林木优良品种和无性系的快速繁殖方面进展较快。

细胞工程已成为当代社会经济重要支柱性技术之一。

三、 酶工程的研究进展[3]

酶工程就是在一定的生物反应装置中,利用酶的催化功能,将相应的原料转化成有用物质的一门技术。

化学酶工程又称初级酶工程,主要由酶学与化学工程技术相互结合而形成。在开发自然酶制剂方面,大规模生产和应用的商品酶只有数十种,如水解酶、凝乳酶、果胶酶等。在食品工业中的应用主要是淀粉加工,其次是乳品加工、果汁加工、食品烘烤及啤酒发酵;在轻化工业中的应用主要包括洗涤剂制造、毛皮工业、明胶制造、胶原纤维制造、牙膏和化妆品的生产、造纸、废水废物处理和饲料加工等;在能源开发上的应用主要是利用微生物或酶工程技术从生物体中生产燃料,也可利用微生物作为石油勘探、二一、

次采油、石油精炼等;在环境工程上的应用主要是利用微生物的新陈代谢过程净化废水;在医药行业上的应用主要是用于药用酶、抗体酶和酶标药物的研究开发及新型的溶栓酶、艾滋病毒蛋白酶等的研究备受关注。在酶的化学修饰方面,可改变酶的理化性质,最终达到改变酶的催化性能的目的。在酶的固定化方面,可使酶活性讲到最低,这种有序的、定向固定化技术已经用于生物芯片、生物传感器、生物反应器、临床诊断、药物设计、亲和层析以及蛋白质结构和功能的研究中。

生物酶工程是在化学酶工程基础上发展起来的,是以酶学和DNA重组技术为主的现代分子生物学技术相结合的产物,也可称为高级酶工程。随着PCR技术的优化和基因工程的发展,酶基因克隆与表达技术将不断发展,而且将会获得更多的新酶工程菌。

四、 发酵工程的研究进展

发酵工程又称微生物工程,是将微生物学、生物化学和化学工程学的基本原理有机结合起来,利用微生物的生长和代谢活动来生产有用物质及提供服务的工程技术。现代的发酵工程不仅包括菌体的生产和代谢产物的发酵生产,还包括微生物本身功能的利用。其主要内容包括工业价值菌种的选育,“工程菌”的生产,发酵工艺条件的优化与控制,发酵设备(发酵罐)的设计及产物的分离、提取与精制和微生物功能的利用等内容。[1]

国际上用发酵工程法或酶法已开发并生产出了18种氨基酸,年产量接近百万吨。用淀粉酶、糖化酶和异构酶生产的高果糖浆已都进入规模化生产阶段。

我国自20世纪50年代以来,在发酵工程领域的研究与应用方面取得了一大批举世瞩目的成果,使酱油、醋、酒等传统发酵工业得到了改革和更新。还从无到有地建立起了抗生素、氨基酸、柠檬酸、维生素、甾体激素、核苷酸、微生物多糖等一系列发酵工程,并形成了完整的工业体系。

我国在世界范围内首创的二步发酵生产维生素C新工艺,已在国内全面推广,并已向国外转让专利技术。转基因糖化霉新菌种及其生产新工艺在全国推广后,每年仅此一项为国家节约粮食30多万吨,节约资金达1亿元以上。其他如单细胞蛋白、长链二元酸等的研究方面也都获得了重要成果。

我国研究开发的发酵工程产品核苷酸用于医药以及微生物无害农药,杀虫效果好,无污染。利用微生物及其代谢产物提高了石油的采收率。利用发酵工程新工艺生产酒精、保健品不断取得新进展。开发沼气发酵新工艺,为合理利用有机废弃物,变废为宝,改善环境,提高再生能源量起了重要作用。[4]

五、 基因工程的研究进展[5]

基因工程是指在分子水平上将外源基因通过体外重组后导入受体细胞内,使这个基因能在受体细胞内复制、转录、翻译表达的操作过程。[1]

20世纪70年代以来,基因工程技术在世界范围内蓬勃兴起,至今已在多个学科领域得到广泛应用。该技术通过改变生物的遗传组成,增加生物的遗传多样性,由此赋予新型转基因生物的表型特征。

植物基因工程技术在中草药研发中的应用可大大提高药用植物的有效成分含量。如魏小勇等以基因工程技术提高铁皮石斛中的石斛碱的含量,产生了巨大的经济效益。在利用基因工程提高药用植物的抗病性和抗逆性方面,我国学者也取得了显著成果。如抗黄瓜花叶病毒的番茄和抗甜菜坏死黄脉病毒的甜菜等。基因工程应用在植物性食品脱敏中,可以直接作用与过敏源头,即改变内源基因使编码的蛋白质失去致敏性,从而降低过敏病人的不良反应。基因工程应用在哺乳动物遗传育种领域,可以从大量的转基因动物中选出符合人们预想的转基因动物。将转基因技术应用于家畜上,在动物体内转入结合特异抗原抗体基因,可生产出具有抗多种疾病性能的动物。基因工程应用在食品工业

中,如改良糖类、改善发酵食品风味等。

目前,以基因重组和克隆技术为代表的生物技术正以日新月异的速度迅猛发展,给人类带来了巨大的利益和便利,但同时也应该思考转基因食品的安全性问题,这是对基因工程来发展的最大挑战。

六、 蛋白质工程的研究进展[6]

蛋白质工程是在基因工程冲击下应运而生的。它以蛋白质的结构及其功能为基础,通过基因修饰和基因合成对现成蛋白质加以改造,组建成新型蛋白质的现代生物技术。

当前,蛋白质工程修饰、改造的蛋白质为数不算多,但进展较快。随着基因测序的国际联合行动的快速进展,也带来并已出现了蛋白质高速发展的新阶段。

在医药方面,目标主要是设法提高蛋白质的稳定性。在酶反应器中可延长酶的半衰期或增强其热稳定性,也可以延长治疗用蛋白质的贮存寿命或重要氨基酸抗氧化失活的能力。如人的白细胞-2这种抗癌物质的分子结构中有一个不成对的基因,是游离的,因而很不稳定,会使蛋白质失去活性。通过蛋白质工程修饰这种不稳定的结构就可以提高该种抗癌物质的生物活性。农业上,主要应用于如核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶的改造,从而提高植物光合作用效率,增加粮食产量。也可用于设计优良微生物农药,使微生物农药的杀虫率提高10倍。工业上,可利用蛋白质(酶)生产模仿羊毛、蚕丝、蜘蛛丝等。

参考文献:

[1]现代生物技术及其应用 李存胜 焦作师专

[2]细胞工程的研究进展及前景展望 孙毅 《科技情报开发与经济》 2006年12期

[3]酶工程的研究进展 黎海彬,郭宝江 《现代化工》 2006年第26卷

[4]发酵工程新进展 李夏 《赤子》 2012年第3期

[5]基因工程的研究进展 刘欣鹤 《现代农业科技》 2012年第10期

[6]蛋白质工程的研究进展及前景展望 孙毅 《科技情报开发与经济》 2006年第9期16卷

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