生物技術(shù)與化學(xué)工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展

生物技術(shù)與化學(xué)工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展可持續(xù)發(fā)展面臨的問題資源能源水源環(huán)境土地人口保持可持續(xù)發(fā)展的對策1.循環(huán)經(jīng)濟(jì)（資源循環(huán)使用）2.節(jié)約資源（能源），發(fā)掘新資源3.利用國際資源4.提高資源（能源）利用效率5.綠色產(chǎn)品、綠色工藝6.采用生物技術(shù)7.保護(hù)環(huán)境及土地8.控制人口減少資源能源消耗減少廢棄物排放改變原料路線改變物質(zhì)生產(chǎn)工藝世界各國產(chǎn)出1美元的能源消耗比較日本1.00意大利1.33法國1.50德國1.50英國2.17美國2.67加拿大3.50中國11.50生物技術(shù)能做些什么？改變產(chǎn)品生產(chǎn)原料路線改變產(chǎn)品生產(chǎn)工藝生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的特點(diǎn)利用再生性資源符合可持續(xù)發(fā)展生產(chǎn)過程溫和污染少，多為可利用廢料自身效率提高潛力大生物技術(shù)改造后自身效率提高實(shí)例α-淀粉酶熱穩(wěn)定性提高，活力增加2500倍6-磷酸葡萄糖脫氫酶酶活性提高1000倍洗滌劑用蛋白酶抗螯合劑性能提高1000倍半乳糖苷酶特異性提高1000倍腈水合酶酶活性提高1500倍井岡霉素250倍7051殺蟲素300倍生物技術(shù)生產(chǎn)化學(xué)品的方式生物質(zhì)原料產(chǎn)物相關(guān)底物產(chǎn)物多酶系統(tǒng)催化（發(fā)酵）單酶催化（生物催化）生物直接生產(chǎn)的化學(xué)品1.

醫(yī)藥品6.

色素2.

農(nóng)藥7.

化工原料3.

維生素8.

能源產(chǎn)品4.

氨基酸9.高分子聚合物5.

有機(jī)酸10.

保健品生物技術(shù)生產(chǎn)農(nóng)用抗生素赤霉素井岡霉素7051殺蟲素瀏陽霉素Spinosaid多氧霉素多醚類抗生素放線酮黃霉素多粘菌素生物質(zhì)原料生產(chǎn)的主要有機(jī)酸世界產(chǎn)量中國產(chǎn)量檸檬酸105萬噸30萬噸乳酸15萬噸15000噸衣康酸3萬噸6000噸生物質(zhì)原料生產(chǎn)的主要氨基酸世界日本中國L-谷氨酸150萬噸8.5萬噸72萬噸L-賴氨酸40萬噸500噸20000噸L-谷氨酰胺2100噸1200噸－L-脯氨酸500噸250噸250噸L-蘇氨酸30000噸5000噸400噸L-精氨酸1500噸1000噸－生物技術(shù)生產(chǎn)維生素β-胡蘿卜素維生素C維生素D維生素B2泛酸菸酰胺生物素維生素B12生物技術(shù)生產(chǎn)保健品不飽和脂肪酸冬蟲夏草蝦青素靈芝輔酶Q10云芝有益微生物異黃酮生物質(zhì)原料生產(chǎn)高分子化合物蛋白質(zhì)（大豆蛋白、絲蛋白）核酸殼聚糖纖維素（木質(zhì)纖維、棉纖維）黃原膠多聚β-羥基丁酸聚谷氨酸聚賴氨酸聚精氨酸生物技術(shù)生產(chǎn)化工原料甲醇乙醇丙酮丁醇乳酸丙酸二元酸衣康酸乙酸琥珀酸甘油1,3-丙二醇生物技術(shù)的能源路線太陽能陸地：1150億噸/年海洋：550億噸/年碳水化合物生物柴油農(nóng)業(yè)生物技術(shù)25噸/公頃甲醇乙醇甲烷氫1700億噸/年生物技術(shù)生產(chǎn)乙醇生產(chǎn)工藝的進(jìn)步糖蜜淀粉葡萄糖乙醇淀粉乙醇化學(xué)品纖維素葡萄糖乙醇酒精濃度10％20％生產(chǎn)用菌種：耐高溫、耐乙醇、耐滲透壓自凝絮、快發(fā)酵傳統(tǒng)化工工藝乙醇代替汽油的可能性美國巴西燃用乙醇400萬噸1200萬噸石油有關(guān)的生物技術(shù)生物脫臘生物三次采油生物脫硫石油制品中含硫量受到控制1996年2000年目標(biāo)汽油美國400ppm50－100ppm歐共體500ppm100ppm柴油美國2500ppm500ppm歐共體500ppm350ppm日本2000ppm500ppm韓國2000ppm500ppm泰國5000ppm500ppm生物催化脫硫流程生物催化反應(yīng)1.氧化9.縮合15.核苷化2.還原10.氨基化16.鹵化3.脫羧11.乙?；?7.轉(zhuǎn)移4.脫氨12.脫甲基18.重排5.水解13.酰胺化19.異構(gòu)化6.甲基化14.脫甲氧基8.脫水生物催化技術(shù)生產(chǎn)化學(xué)品淀粉麥芽糖、葡萄糖葡萄糖果糖富馬酸L-天冬門氨酸富馬酸L-蘋果酸環(huán)氧琥珀酸L-酒石酸丙烯腈丙烯酰胺丙烯腈丙烯酸苯對苯二酚L-天冬門氨酸L-丙氨酸肉桂酸L-苯丙氨酸淀粉酶、糖化酶異構(gòu)酶天門冬氨酸酶蘋果酸酶水合酶腈酶水合酶加氧酶脫羧酶加氨酶酶催化在光學(xué)活性手性化合物合成中的應(yīng)用1.水解5.氧化2.還原6.加氨3.羥基化7.水解4.異構(gòu)化手性化酶脂酶醇氰酶腈酶酰胺酶還原酶轉(zhuǎn)氨酶羥基化酶旋光異構(gòu)酶微生物酶異構(gòu)化合成手性化合物NOClNH3BackmanrearrangementreactionH2SO4CyclohexeneNitrosdimerDL-AminocaprolactamD-型L－型L-Lysine異構(gòu)酶水解氨基化合成氨基手性化合物加氨酶水解手性化水解酶還原手性化還原酶DL-（L-）（D-）Microbialreductionofinabenfideketonederivativeto(S)-inabenfideKetonederivativeofinabenfide(s)-inabenfideAgonomycetalessp.yield:98%opticalpurity:ca100%Asymmetricenzymatichydrolysisofracemicallethrolonacetateto(R)-allethrolonmicroorganismorenzymeacetateofracemicallethrolon(R)-allethrolon(S)-allethrolon生物技術(shù)在工業(yè)中應(yīng)用的問題生物技術(shù)效率低、成本高產(chǎn)物濃度稀在水溶液中反應(yīng)水消耗量大酶（生物體）安定性差易污染雜菌工藝過程復(fù)雜、控制點(diǎn)多計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)控制較難操作者技術(shù)素質(zhì)要求高動植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)問題更多胰腺癌手術(shù)前后如何護(hù)理生物技術(shù)在化工領(lǐng)域應(yīng)用

優(yōu)先研發(fā)的課題實(shí)現(xiàn)幾個關(guān)鍵化工原料產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)業(yè)化從可再生資源開發(fā)新產(chǎn)品更廣泛地發(fā)現(xiàn)新生物源改造生物，提高生物加工效率開發(fā)生物催化的新領(lǐng)域開發(fā)未利用的生物資源生產(chǎn)有用物質(zhì)解決生物技術(shù)規(guī)模生產(chǎn)的工程問題，控制及過程檢測問題基因重組技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用利用生物質(zhì)開發(fā)生物源農(nóng)藥靜絲霉素（Cystamycin）鏈絲霉素新多氧霉素殺粉蝶素潮霉素抗霉素三烯霉素Starosporine莫能霉素放線酮滅瘟素發(fā)現(xiàn)的新生物源農(nóng)藥活性物質(zhì)磷氮霉素白肽霉素制黃桿菌素?cái)M鰣霉素變構(gòu)霉素RS-22A、B、C磷氮霉素類化合物的結(jié)構(gòu)AntifungalavtivityofphosphazomycinCTestorganismMIC(μg/mL)*AspergillusoryzaeIFO52391.6A.niger1.6Penicilliumchrysogenum0.4TrichophytonmentagrophytesIFO62020.4CochliobolusmiyabeanusIFO52771.6PyriculariaoryzaeIFO59440.8RhizoctoniasolaniIFO625825ColletotrichumlagenariumIFO7510.05BotryotiniafuckelianaIFO53650.0004GlomerellacingulataIFO97670.2AlteriariamaliIFO89840.025FusariumoxysporumIFO976112.5*Conventionalagardilutionmethodwasemployedusingpotato-sucrosemedium.MICswereobservedafter72hoursincubation.磷氮霉素對黃瓜灰霉病的效果（盆栽）組份濃度ABCDE25ppm99.398.598.598.599.350ppm100100100100100磷氮霉素對菌核病的效果（盆栽）組份濃度ABCDE25ppm10081.368.883.178.150ppm100100100100100磷氮霉素增加血小板作用

（體內(nèi)試驗(yàn)）劑量mg/kg投藥天數(shù)血小板數(shù)×1040.1382.180.1488.560.15110.060.16115.060.3386.620.34101.780.35125.040.36152.22對照384481.14586.54688.68變構(gòu)菌素的結(jié)構(gòu)TautomycetinAntimicrobialactivityoftautomycinTestorganismMIC(μg/ml)BotrytiscinereaIFO536512.5AlternariamaliIFO898450PyriculariaoryzaeIFO599450ColletotrichumlagenariumIFO751325GlomerellacingulataIFO976750Cochliobulusmivabeanus25RhizoctoniasotaniIFO6258200Fusariumoxysporum200Aspergillusniger50Penicilliumchrysogenum50Theconventionalagardiutionmethodwasused.Medium:potato–sucroseagar.擬鰣霉素的結(jié)構(gòu)擬鰣霉素的抗菌作用抑菌圈直徑（30μg/disc）黃瓜灰霉病菌(Botrytiscinerea)40mm黃瓜炭疽病(Colletotrichumlagenarium)20mm水稻稻瘟病(Pyriculariaoryzae)0格鏈孢菌(Alternariamali)0水稻黃單孢菌(Xanthomonasoryzae)0大腸埃希氏菌(Eschiacoli)0金色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)0白色念珠菌(Candidaalbicans)0擬鰣霉素的抗菌作用試驗(yàn)化合物噴藥濃度防治效果藥害SR-105096無2594無12.587無6.2577無苯萊特*25092對照處理-0－*1－（丁基氨基甲酰）－2－苯并咪唑白肽霉素的結(jié)構(gòu)白肽霉素的抗菌活性TestorganismMinimalinhibitoryconentration(mcg/ml)AlbopeptinAAlbopeptinBAlternariamaliIFO898412.512.5BotrytiscinereaIFO536512.512.5CollectotrichumlagenariumIFO751312.512.5PyriculariaoryzeaIFO59942525FusriumoxysporumIFO97615025RhizoctoniasolaniIFO625812.525AspergillusoryzeaIFO52395050GlomerellacingulataIFO97672525CochliobollusmiyabeanusIFO52772512.5TrichophytonmentagrophytesIFO620210010CandidaalbicansIFO15945050SaccharomycescerevisiaeIFO03045050StaphylococcusaureusIFO127322512.5BacillussubtilisIFO35132512.5EscherichiacoliIFO3301＞100＞100PseudomonasaeruginosaIFO13130＞100＞100制黃桿菌素的結(jié)構(gòu)制黃桿菌素的抗菌活性TestorganismMinimalinhibitoryconcentration(mcg/ml)XanthomonasoryzaeIFO33122XanthomonasoryzaeIFO37814EscherichiacoliIFO3301＞1,000SalmonellatyphimuriumTV119＞1,000Staphylococcusaureus209PIFO12732＞1,000BacillussubtilisIFO513＞1,000RS-22活性成份的化學(xué)結(jié)構(gòu)RS-22A:R1=H,R2=HRS-22B:R1=CH3,R2=HRS-22C:R1=CH3,R2=CH3實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的研究成果可再生資源生產(chǎn)活性物質(zhì)井岡霉素7051殺蟲素瀏陽霉素Lovastatin2098FK506金核霉素Tautomycin胰腺癌食欲差怎么辦井岡霉素A白色吸濕性粉末，微堿性分子式：C20H35NO13分子量：497.5熔點(diǎn)：無固定熔點(diǎn)，約102℃開始熔化，135℃分解旋光性：旋光〔α〕110°±10（C=1H2O）溶解性；溶于水、甲醇、DMF、DMSO；微溶于乙醇、丙酮；不溶于酯、醚、苯等有機(jī)溶劑穩(wěn)定性：pH5～9時(shí)穩(wěn)定井岡霉素對主要病害的防治作用DiseaseConcentrationa.i.(ppm)Preventionefficacy(%)水稻小球菌核病Helminthosporiumsigmoideum40ppm95黃瓜立枯病Rhizoctoniasolani40ppm100菜豆菌核病Sclerotiniasclerotirum25ppm80水稻稻曲病Ustilaginoideadvirens80ppm100小麥紋枯病Rhizoctoniasolani80ppm85水稻紋枯病Pelliculariasasakii30ppm100井岡霉素年產(chǎn)量及防治面積（億畝/次）年份1971～19791980～19831984～19861987～19941995～2003產(chǎn)量（t）450190036001500～20003000～4000可防面積0.93.87.23～4/Y6～8/Y井岡霉素的發(fā)酵水平（微克/毫升）年份19701976197719781979～19811982～發(fā)酵單位80300060001200020000～3000020000～30000井岡霉素和有機(jī)砷制劑的比較有機(jī)砷井岡霉素原料非再生性資源可再生性資源對動物毒性40－50mg/kgLD50＞5000mgkg對植物和其他生物毒性對水稻有毒害無毒對土壤污染殘留在土壤中易分解，無殘留生產(chǎn)過程中的三廢廢氣、廢渣、廢水除釋放CO2外無其他廢料每畝用藥量30－50克3－5克7051殺蟲素原料淀粉黃豆粉等農(nóng)副產(chǎn)品微生物發(fā)酵7051殺蟲素和目前常用殺蟲劑效果的比較藥劑類型田間用藥量（克/公頃）有機(jī)氯500－3000有機(jī)磷600氨基甲酸酯700除蟲菊酯類10－2007051殺蟲素1－107051殺蟲素生產(chǎn)的工藝路線生產(chǎn)菌種制備種子罐發(fā)酵罐放罐壓濾上柱吸附解吸濃縮結(jié)晶制劑7051殺蟲素產(chǎn)業(yè)化后的經(jīng)濟(jì)效益年份新增產(chǎn)值（萬元）新增利稅創(chuàng)收外匯1993～1994年7290.002754.704176.001995年12537.004420.008759.001996年15205.004485.006229.001997年22010.007800.0012500.00瀏陽霉素結(jié)構(gòu)及其急性毒性藥物動物給藥部位LD50（mg/kg）純品小鼠口服＞10000大鼠口服＞10000制劑小鼠口服＞5000經(jīng)皮＞2000R1,R2,R3,R4=methyl;nonactinR1,R2,R3=methyl,R4=ethyl;monactinR1,R2=methyl,R3,R4=ethyl;dinactinR1=methyl;R2,R3,R4=ethyl;trinactinR1,R2,R3,R4=ethyl;tetranactin瀏陽霉素對抗性螨害的防治效果藥劑藥前基數(shù)（螨頭數(shù)/葉）用藥后減退率（％）8天22天36天5％復(fù)方瀏陽霉素16697.895.699.5三菊殺螨醇25增加160％瀏陽霉素對天敵昆蟲的影響天敵濃度（mg/cm2）死亡率金小蜂4.35×10-4017.4×10-40回斑目瓢蟲50ppm孵化率98.9%100ppm孵化率86.8%2098抗生素2098＝FR900520

R＝CH2CH3

FK-506R＝CH2-CH=CH2Compactin類降低膽固醇藥物CompactinProvastatinLovastatinSimvastatin變構(gòu)霉素的結(jié)構(gòu)AntimicrobialactivityoftautomycinTestorganismMIC(μg/ml)BotrytiscinereaIFO5365125ColletotrichumlagenariumIFO7513125PyriculariaoryzeaIFO5994125RhizoctoniasolaniIFO6258125Aspergillusniger125AlternariamaliIFO8984500GlonerellacingulataIFO9767500XanthomonasoryzaeIFO331232X.CitriIFO378132StaphylococcusaureusIFO12732＞500EscherichiacoliBE1186＞500BacillussubtilisIFO3513＞500Theconventionalagardilutionmethodwasused.Medium:Potato-sucroseagarforyeastsandfungi.Bouillonagarforbacteria.腈酶、腈水合酶在工業(yè)上的應(yīng)用丙烯酰胺工業(yè)化生產(chǎn)脂肪腈化合物的催化水合芳香腈化合物的催化水合雜環(huán)腈化合物的腈化水合手性催化中的應(yīng)用分解腈類化合物的微生物BacillusEnterobacterBacteridiumEscherichiaMicrococcusFravobacteriumBrevibacteriumAeromonasCorynebacteriumMycoplanaNocardiaCellulomonasPseudomonasErwiniaRhodococcusCandidaArthrobacterusAspergillusRhizobiu