生物化工产品的发酵工艺及发展趋势的立项申请

第一节 生物化工产品的定义

生物化工产品products of bioprocesses是一大类为数众多的由各种生物反应过程，即包括、或等过程所获得的产品。它们的共同特点是以生物来源为主的物料为原料，通过的作用，在生物反应器中形成，并通过的有关手段将其提取纯化。（立项申请）

第二节 生物化工产品的发酵工艺

丙－丁发酵是严格厌气发酵，生产用菌种是丙丁梭菌，以淀粉质、糖质和纤维质为培养基。丙－丁发酵可用分批或连续发酵法进行。大规模工业生产大都采用连续发酵（图1[连续式丙-丁发酵工艺流程示意]连续式丙-丁发酵工艺流程示意）。将合格的丙丁菌种试管斜面接入 61种子瓶，于38±1℃，培养18～22h；然后接入种子罐，于40～41℃培养24h，镜检合格后输入活化罐，于40～41℃培养4h，然后从活化罐上部不断进入蒸煮醪（经灭菌和冷却后的料液），经活化的种子液不断从活化罐底部流向发酵罐；若干个发酵罐相互串联，发酵醪流向是下进上出，从进入第一级罐到最后一级罐流出需时 24～36h左右。成熟发酵醪经多塔精馏，分别得到丙酮、正丁醇、乙醇和杂醇油。丙酮正丁醇、乙醇质量比约为3:6:1,每吨总溶剂可得CO、H等气体1.7t,其质量比氢气占2.7%,CO占97.3%，因原料、菌种不同，溶剂比和废气比有所变化。

柠檬酸介绍

又名枸橼酸，是一种重要的有机酸，基本上用发酵法制得。1883年发现青霉能在含碳水化合物的上积累柠檬酸，从此开始了发酵法生产的研究。到1923年固体浅盘发酵柠檬酸投入工业生产；1938年开始液体深层培养的研究，为柠檬酸深层发酵奠定了基础。

发酵工艺

柠檬酸发酵是好气发酵。培养基以糖质、淀粉质和石油(正构石蜡烃)等原料，另加入少量无机氮源和微量元素，如(NH)SO、KHPO、MgSO7HO 等。菌种是黑曲霉和解脂假丝酵母（石油发酵用菌种）。发酵过程最适pH2.0～2.5，培养80～100h。发酵结束后，发酵液经过滤、脱色、浓缩、结晶、分离、干燥得柠檬酸成品。柠檬酸主要用于食品工业作酸味剂，也作油脂的抗氧剂。医药工业上柠檬酸铁铵、柠檬酸钠作为补血剂和输血剂。化学工业上柠檬酸酯作为无毒增塑剂，用于制包装食品用塑料薄膜。还可作为工业管道的清洗剂和混凝土的缓凝剂等。

氨基酸介绍

是一类具有一个或多个氨基和一个或多个羧基的有机化合物。将蛋白质或多肽用酸水解可得到20种左右重要的氨基酸，这也是较原始的氨基酸生产方法。1957 年，日本协和发酵公司用谷氨酸棒状杆菌从葡萄糖发酵生产L-谷氨酸（用发酵法生产的氨基酸均为L-氨基酸）。现在绝大多数的重要氨基酸都可通过及生产。氨基酸主要用于医药、食品添加剂、人造皮革、化妆品等方面。酶的来源为微生物、动物和植物。由于动、植物生产的酶几乎均可从微生物制取，而微生物又容易培养、繁殖快、产量高，所以酶制剂的工业生产主要指工业上应用微生物学方法进行酶的大量生产。

发酵工艺

中国古代的制曲酿酒或作酱，实际上就是一种最早的微生物酶类的生产方式。1949年，日本采用深层培养法生产细菌 －淀粉酶，微生物酶制剂的生产才进入大规模工业化阶段。中国生产微生物酶制剂是从1964年开始的，20多年来中国酶制剂工业发展很快，目前生产的酶制剂已有30多种。酶制剂的具体生产过程有多种，因微生物种类多，产生的酶系不同而有所差别，这些过程可分成两大类：液体深层发酵法和半固体培养法(图2[深层发酵和半固体培养流程示意]深层发酵和半固体培养流程示意)。目前多采用前者,半固体培养法是传统的生产淀粉酶和蛋白酶的方法。酶分为胞内酶和胞外酶两种，胞内酶须先进行菌体破碎再抽提,胞外酶则可直接从发酵液中提取。经离心或过滤,低温真空蒸发浓缩至一定浓度，浓缩液可直接作为商品。经浓缩后的浓缩液也可进行沉淀、过滤、干燥后制成酶粉。在实际使用中随着目的的不同，酶成品的剂型和纯度要求也不同，大多数酶制剂是以自然制取的混合物作为商品,混合物中次要成分在应用上也起着重要作用,可加盐、淀粉等惰性物质把酶的含量调节到所需浓度。

第三节 生物化工产业未来三大发展趋势

20世纪后期，以基因工程为代表的高新技术的迅速崛起，为生物化工的进一步发展开辟了新的领域，它将为解决人类所面临的资源、能源和环境等重大问题起到积极的作用。目前已有部分国家成立了专门的研究组织并制订了该产业发展的中长期规划，在国家相关政策以及资金等方面都给予了大力支持，使得生物化工产业发展潜力巨大。

近些年来，我国生物化工产业发展迅猛。有机酸中柠檬酸工艺和技术都已位居世界前列；乳酸，氨基酸中，赖氨酸和谷氨酸生产工艺和产量在世界上都占有一定的优势；微生物法生产丙烯酰胺已实现了工业化生产；甘油发酵水平也在不断提高；微生物法生产丙烯酰胺、已二酸、透明质酸、天门冬氨酸等产品的生产已具有一定的工业生产规模；纤维素制乙醇技术已开始应用；生物法生产高性能高分子、高性能膜、高性能液晶、生物可降解塑料等技术也在不断完善等。

当前的首要任务是要加大对生物高技术医药产品、农业及天然生物工程产品、及可再生资源生物加工工艺、动植物细胞培养的工艺与工程的开发力度。另外，在产业化方面，要充分利用现代生物化工技术改造现有及传统生化产品的生产工艺及设备，加速走向现代化步伐;大力发展氨基酸工程、蛋白质工程等技术，为改变我国现有食品结构，解决未来粮食缺乏的局面做出应有的贡献；利用现代生物化工技术，大力开发众多的精细生物化工产品，如生物色素、甜味剂、酶制剂；深入开展生物催化剂和生物转化的酶工程研究，其反应过程比起传统的化工过程具有不可比拟的优越性；开展新型生化分离方法和工程研究，包括新型高效分离设备、分离介质以及新的分离工艺和流程的研制开发。

由于生物化工产业的发展与传统化工相比优势明显，目前国家对生物化工产业的发展十分重视，尤其是在生物化工技术方面，如生物技术下游国家重点实验室和国家生物化工研究开发中心的建设等，为我国生物化工产业提供了较好的技术支持。

目前生物化工产业出现了一些新的发展趋势：一、工业结构方面，行业与行业间的划分将日趋模糊，企业间的合作将加大；二、产品结构方面，生物化工产品正向专业化、高科技、高附加值方向发展；三、技术水平方面，不断提高菌株活力、发酵水平、生化反应过程、分离纯化水平，依然是目前生物化工面临的课题。

生物化工在工业技术进步和产业调整等方面的发展起着非常关键的作用。生物化工的发展将有力地推动生物技术和化工生产技术的变革和进步，产生巨大的经济效益和社会效益。未来20%-30%的化学工艺过程将会被生物技术过程所代替，生物技术产业将成为重要的化工产业。今后，随着国内生物技术水平的提高以及相关技术产业化进程的加快，我国生物化工产业或将迎来一个崭新的发展时期。

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