生物化工產(chǎn)品products of bioprocesses
生物化工產(chǎn)品按產(chǎn)品性質(zhì)可分為：①大宗化工產(chǎn)品，如乙醇、丙酮、正丁醇、甘油、檸檬酸、乳酸、葡萄糖酸等；②精細化工產(chǎn)品，如各種氨基酸、酶制劑、核酸產(chǎn)品等；③醫(yī)藥產(chǎn)品，如各種抗生素、多種甾體激素和維生素、常規(guī)菌苗、疫苗等；④其他產(chǎn)品，如生物農(nóng)藥、食用及藥用酵母、飼料蛋白(單細胞蛋白)、沼氣等；⑤現(xiàn)代生物技術(shù)產(chǎn)品，即通過重組DNA技術(shù)和細胞融合技術(shù)等方法生產(chǎn)的產(chǎn)品，如干擾素、單克隆抗體、新型疫苗等。
丙酮、丁醇 發(fā)酵生產(chǎn)丙酮和正丁醇（簡稱丙－丁或丙酮－丁醇）工業(yè)始于1913年。第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)后，丙酮用于制造炸藥和航空機翼涂料等用量激增。英國首先改造酒精廠為丙－丁工廠，繼而又在世界各地建立分廠，以玉米為原料大規(guī)模生產(chǎn)丙－丁。戰(zhàn)后由于與丙酮同時制得約有二倍量的正丁醇未發(fā)現(xiàn)可利用價值，丙－丁工業(yè)曾衰退停頓，當發(fā)現(xiàn)正丁醇是制造醋酸丁酯作為硝酸纖維素之最佳溶劑后，此工業(yè)又獲得新生。目前，雖然丙酮和正丁醇主要由石油化工方法生產(chǎn)，但丙-丁發(fā)酵仍占相當比例。
丙－丁發(fā)酵是嚴格厭氣發(fā)酵，生產(chǎn)用菌種是丙丁梭菌，以淀粉質(zhì)、糖質(zhì)和纖維質(zhì)為培養(yǎng)基。丙－丁發(fā)酵可用分批或連續(xù)發(fā)酵法進行。大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)大都采用連續(xù)發(fā)酵（圖1）。將合格的丙丁菌種試管斜面接入 61種子瓶，于38±1℃，培養(yǎng)18～22h；然后接入種子罐，于40～41℃培養(yǎng)24h，鏡檢合格后輸入活化罐，于40～41℃培養(yǎng)4h，然后從活化罐上部不斷進入蒸煮醪（經(jīng)滅菌和冷卻后的料液），經(jīng)活化的種子液不斷從活化罐底部流向發(fā)酵罐；若干個發(fā)酵罐相互串聯(lián)，發(fā)酵醪流向是下進上出，從進入第一級罐到最后一級罐流出需時 24～36h左右。成熟發(fā)酵醪經(jīng)多塔精餾，分別得到丙酮、正丁醇、乙醇和雜醇油。丙酮、正丁醇、乙醇質(zhì)量比約為3:6:1，每噸總?cè)軇┛傻肅O2、H2等氣體1.7t，其質(zhì)量比氫氣占2.7％，CO2占97.3％，因原料、菌種不同，溶劑比和廢氣比有所變化。
檸檬酸發(fā)酵是好氣發(fā)酵。培養(yǎng)基以糖質(zhì)、淀粉質(zhì)和石油(正構(gòu)石蠟烴)等原料，另加入少量無機氮源和微量元素，如(NH4)2SO4、K2HPO4、MgSO4·7H2O等。菌種是黑曲霉和解脂假絲酵母（石油發(fā)酵用菌種）。發(fā)酵過程最適pH2.0～2.5，培養(yǎng)80～100h。發(fā)酵結(jié)束后，發(fā)酵液經(jīng)過濾、脫色、濃縮、結(jié)晶、分離、干燥得檸檬酸成品。檸檬酸主要用于食品工業(yè)作酸味劑，也作油脂的抗氧劑。醫(yī)藥工業(yè)上檸檬酸鐵銨、檸檬酸鈉作為補血劑和輸血劑。化學工業(yè)上檸檬酸酯作為無毒增塑劑，用于制包裝食品用塑料薄膜。還可作為工業(yè)管道的清洗劑和混凝土的緩凝劑等。
氨基酸 是一類具有一個或多個氨基和一個或多個羧基的有機化合物。將蛋白質(zhì)或多肽用酸水解可得到20種左右重要的氨基酸，這也是較原始的氨基酸生產(chǎn)方法。1957年，日本協(xié)和發(fā)酵公司用谷氨酸棒狀桿菌從葡萄糖發(fā)酵生產(chǎn)L-谷氨酸（用發(fā)酵法生產(chǎn)的氨基酸均為L-氨基酸）?，F(xiàn)在絕大多數(shù)的重要氨基酸都可通過發(fā)酵過程及酶反應(yīng)過程生產(chǎn)。氨基酸主要用于醫(yī)藥、食品添加劑、人造皮革、化妝品等方面。（見彩圖）
疫苗 用細菌、病毒、立克次體和衣原體等病原體制備的生物化工產(chǎn)品。在中國把由細菌制成的疫苗稱作菌苗。用弱化毒性或減毒的活病原體制成的為活疫苗，如牛痘、麻疹疫苗等；用化學或物理方法殺死的病原體制成的是死疫苗，如乙型腦炎、狂犬病疫苗等。
中國在16世紀（明隆慶年間）即有以輕癥天花病人的痘疹接種于鼻內(nèi)作預(yù)防的方法。到17世紀已相當風行，并先后傳至俄羅斯、朝鮮、日本及歐洲各國。后來E.詹納發(fā)明了牛痘疫苗，即被廣泛用來代替鼻苗。19世紀，L.巴斯德發(fā)明以弱毒菌為菌苗，使疫苗的制備獲得進一步的發(fā)展。菌苗一般均可在嚴格的環(huán)境和設(shè)備條件下，用微生物培養(yǎng)方法進行生產(chǎn)，而疫苗的生產(chǎn)必須通過動物或人體細胞的培養(yǎng)才能獲得，技術(shù)復(fù)雜，生產(chǎn)規(guī)模也受到限制。若采用重組DNA技術(shù)獲得的工程菌生產(chǎn)疫苗，則可用類似微生物培養(yǎng)的技術(shù)進行。例如乙型肝炎表面抗原 (HBsAg)在大腸桿菌、酵母或哺乳動物細胞中得到表達，通過酵母表達來生產(chǎn)的HBsAg，美國已于1986年獲準使用。
單細胞蛋白 微生物菌體內(nèi)含有豐富的蛋白質(zhì)，大多數(shù)用于生產(chǎn)的微生物是從單一的或者絲狀的個體形式生長的，由此得名，簡稱SCP，可用作動物飼料，生產(chǎn)SCP的微生物除了面包酵母、啤酒酵母、產(chǎn)朊圓酵母、熱帶假絲酵母等常被選為生產(chǎn)菌種外，也可用絲狀真菌或細菌。在工業(yè)生產(chǎn)條件下，單細胞蛋白中蛋白質(zhì)的含量約為50％（干基）。常以制糖廠的廢料糖蜜，某些制酒廠、造紙廠的廢液，農(nóng)、林下腳料中可獲得的諸如糖、淀粉和纖維素等有機物作為原料。所以，減少環(huán)境的污染是研究和開發(fā)這類原料生產(chǎn) SCP的一個動力。以甲醇、乙醇等石油化工產(chǎn)品為原料，生產(chǎn)單細胞蛋白在商業(yè)上已引起廣泛的興趣，若干規(guī)模宏大的生產(chǎn)過程已在進行。
大多數(shù)SCP生產(chǎn)過程是在無菌條件下進行的，成品必須不受其他微生物，尤其是人體病原體的污染。由于設(shè)備投資大，運行動力消耗多，為獲得經(jīng)濟效益，工廠須至少擁有年產(chǎn)萬噸級的規(guī)模，盡量采用連續(xù)培養(yǎng)技術(shù)提高生產(chǎn)率。同時，要求提供價格低廉，供應(yīng)方便的原料。
沼氣 形成于沼澤底部的可燃性氣體。主要成分是甲烷占60％～70％(體積)，其次為二氧化碳及少量氮氣。其成因是沉積在沼澤底部的植物殘體，在隔絕空氣的情況下，由于嫌氣性微生物（包括甲烷化細菌）的作用腐敗分解所致。其簡單的反應(yīng)過程是（以纖維素為例）：
農(nóng)村制造沼氣需要建造不漏氣的發(fā)酵池，并設(shè)有加料、貯氣和清渣裝置。發(fā)酵制氣時須掌握下列條件：①溫度25～35℃；②pH6.8～7.2；③含水量約90％；④常壓并經(jīng)常攪拌；⑤發(fā)酵時間10～20天；⑥適當施加含磷、氮等營養(yǎng)料以助嫌氣細菌的繁殖。
沼氣熱值約為19.6～29.4MJ/m3，可作煤氣使用;產(chǎn)量大的制氣裝置，氣體經(jīng)凈化脫二氧化碳、硫化氫后可作動力燃料；還可使用沼氣點燈照明。
沼氣池內(nèi)經(jīng)發(fā)酵后的殘渣，其氮、磷、鉀等相對含量比新鮮物為高，且其中大量的害蟲卵、雜草籽在發(fā)酵過程中被無害化，是很好的農(nóng)肥。
沼氣與空氣混合，甲烷含量在5％～15％(體積)時形成爆炸性氣體，遇明火即爆炸，故生產(chǎn)、貯運和使用時要防止泄漏，注意安全。
干擾素 在人體細胞經(jīng)受病毒攻擊誘導后可產(chǎn)生一種對抗病毒的人干擾素，大多數(shù)脊椎動物細胞的干擾素是細胞分泌的一類功能性蛋白質(zhì)，它不僅具有抗病毒的活性，還具有參與機體的自然免疫作用。干擾素曾試用于治療多種病毒病和腫瘤，因此引起人們極大的興趣?？晒┥a(chǎn)人干擾素的細胞有三種（表2）。目前，生產(chǎn)上大量獲得干擾素有兩個主要途徑;一是通過動物細胞大量培養(yǎng);二是利用重組DNA技術(shù)。1986年8月，美國食物與藥品管理局(FDA)已批準將重組DNA技術(shù)生產(chǎn)的α－干擾素用于治療多種白血病。
單克隆抗體由于特異性強，靈敏度高，因此主要用于臨床化學試劑作有關(guān)病毒及微生物等病源體的診斷。若將藥物、毒素或同位素與單克隆抗體相結(jié)合，有可能形成有選擇性殺傷某些病害細胞的治療劑。
單克隆抗體的生產(chǎn)除了可將雜交瘤接種于小鼠、白兔等腹腔中進行繁殖外，也可采用動物細胞培養(yǎng)設(shè)備進行懸浮培養(yǎng)，由于單克隆抗體能從雜交瘤細胞中分泌到培養(yǎng)液中，對產(chǎn)品的提取帶來有利條件，它的精制主要采用層析分離法。
版權(quán)：如無特殊注明，文章轉(zhuǎn)載自網(wǎng)絡(luò)，侵權(quán)請聯(lián)系cnmhg168#163.com刪除！文件均為網(wǎng)友上傳，僅供研究和學習使用，務(wù)必24小時內(nèi)刪除。
相關(guān)推薦