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21世纪生物化工发展及对策

时间:2007-1-27栏目:化学化工论文

  众所周知,21世纪最具发展潜力的两大产业是信息技术(IT)和生物技术。信息技术发展迅猛,并已渗透到社会生活的各个角落。有关信息技术的报道——多媒体、互联网、信息全球化等,不但频频亮相于媒体,而且与我们的日常生活息息相关。而与IT的轰轰烈烈相比,生物技术看起来却平平淡淡,虽然基因、克隆、人类基因组计划、生物多样性等字眼经常见诸报端,但离我们的生活似乎还很遥远。所以,也有专家这样评论:20世纪不是生物技术的世纪,而是生物工程蓄势待发的世纪,21世纪才是生物工程的世纪。克隆羊多利的诞生,人类基因组90%测序工作的完成,欧美、日本等发达国家对生物技术产业投资的逐年加大,世界各大公司生命科学产业的合并浪潮一浪高过一浪,所有这一切,都使我们相信,21世纪的的确确是生物技术的时代。

生物化学工程(又叫生化工程或生物化工)是化学工程与生物技术相结合的产物。生物化工是生物技术的重要分支。与传统化学工业相比,生物化工有某些突出特点:①主要以可再生资源作原料;②反应条件温和,多为常温、常压、能耗低、选择性好、效率高的生产过程;③环境污染较少;④投资较小;⑤能生产目前不能生产的或用化学法生产较困难的性能优异的产品。由于这些特点,生物化工已成为化工领域重点发展的行业。

1. 世界生物化工行业的现状

生物化工发展至今已经历了半个多世纪,最早主要是生产抗生素;随后,是为氨基酸发酵、舀体激素的生物转化、维生素的生物法生产、单细胞蛋白生产及淀粉糖生产等工业化服务。自20世纪80年代起,随着现代生物技术的兴起,生物化工又利用重组微生物、动植物细胞大规模培养等手段生产药用多肽、蛋白、疫苗、干扰素等。而且,生物化工的应用已涉及到人民生活的方方面面,包括农业生产、化轻原料生产、医药卫生、食品、环境保护、资源和能源的开发等各领域。随着生物化工上游技术——生物工程技术的进步以及化学工程、信息技术(IT)和生物信息学(bioinformatics)等学科技术的发展,生物化工将迎来又一个崭新的发展时期。

生物化工行业经过50多年的发展,已形成了一个完整的工业体系,整个行业也出现了一些新的发展态势。下面简要描述生物化工行业的现状。

1.1工业结构

由于生物化工涉及面广,涉及的行业多,所以从事生物化工的企业较多。据报道,90年代中期,美国生物化工企业有:000多家,西欧有580多家,日本有300多家。近年来,虽然由于行业竞争日趋激烈,生物化工企业有较大幅度减少,但与生命科学(主要指医药和农业生化技术)诸侯割据的局面相比,生物化工行业依然是百花齐放,百家争鸣。既有象诺华、捷利康等从事生命科学的世界性大公司,也有象DSM、诺和诺德等大型的精细化工公司,当然也有在某一方面有专长的小公司如Altus等。而且,由于世界大公司正把注意力向生命科学部分转移,生物化工行业百花齐放的局面在很长一段时间内不会有什么改变。

1.2产品结构

传统的生物化工行业主要是指抗生素(如青霉素等)、食品(如酒精、味精等)等行业,而在目前,它已几乎渗透到人民生活的各方面如医药、保健、农业、环境、能源、材料等。同时,生物化工产品也得到了极大的拓展:医药方面有各种新型抗生素、干扰素、胰岛素、生长激素、各种生长因子、疫苗等;氨基酸和多肽方面有赖氨酸、天冬氨酸、丙氨酸、苏氨酸、脯氨酸等以及各种多肽;酶制剂有160多种,主要有糖化酶、淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶、青霉素酶、过氧化氢酶等;生物农药有Bt、春日霉素、多氧霉素、井岗霉素等;有机酸有柠檬酸、乳酸、苹果酸、衣康酸、延胡索酸、已二酸、脂肪酸、卜酮戊二酸、l亚麻酸、透明质酸等。还有微生物法1,3.丙二醇、丙烯酞胺等。

目前,全球生物化工年销售额在400亿美元左右,每年约以7%~8%的速率增长。从产品结构来看,生物化工领域生产规模范围极广,市场年需求量仅为千克级的干扰素、促红细胞生长素等昂贵产品(价格可达数万美元/g)与年需求量逾万吨的抗生素、酶、食品与饲料添加剂、日用与农业生化制品等低价位产品(部分价格不到:美元/g)几乎平分秋色。高价位的产品市场份额在50%~60%,低价位的产品市场份额在40%~50%。而且,根据近年来生物化工的发展趋势及人们对医药卫生的重视来看,高价位产品的发展速率高于低价位产品。

1.3技术水平

生物化工经过80年代以后的蓬勃发展,不仅整个行业技术水平有大幅度提高,而且许多新技术也得到广泛应用。

1.3.1发酵工程技术已见成效

据估计,全球发酵产品的市场有120~130亿美元,其中抗生素占46%,氨基酸占16.3%,有机酸占13.2%,酶占10%,其它占14.5%。发酵产品市场的增大与发酵技术的进步分不开。现代生物技术的进展推动了发酵工业的发展,发酵工业的收率和纯度都比过去有了极大的提高。目前世界最大的串联发酵装置已达75 m\许多公司对发酵工艺进行了调整,从而降低了生产成本。如ADM(Archer Danie1s Mid1and)和Cargill公司在20世纪90年代初对其发酵装置进行改造,将以碳水化合物为原料的生产工艺改为以玉米粉为原料,从而降低

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