21世纪生去世工生长及对策

众所周知,21世纪最具生长潜力的两大财产是信息技能(IT)和生物技能。信息技能生长迅猛,并已渗透渗出到社会生存的各个角落。有关信息技能的报道——多媒体、互联网、信息举世化等,不光反复亮相于媒体,而且与我们的一样平常生存息息相干。而与IT的大张旗鼓相比,生物技能看起来却平庸淡淡,虽然基因、克隆、人类基因组筹划、生物多样性等字眼通常见诸报端,但离我们的生存宛如还很迢遥。以是,也有专家这样品评:20世纪不是生物技能的世纪,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%测序事情的完成,泰西、日本等发达国家对生物技能财产投资的逐年加大,天下各至公司生命科学财产的合并浪潮一浪高过一浪,全部这统统,都使我们信托,21世纪的简直确是生物技能的时期。

生去世学工程(又叫生化工程或生去世工)是化学工程与生物技能相团结的产物。生去世工是生物技能的紧张分支。与传统化学产业相比,生去世工有某些突出特点:①主要以可再生资源作质料;②应声条件温和,多为常温、常压、能耗低、选择性好、屈从高的生产历程;③情况污染较少;④投资较小;⑤能生产现在不能生产的或用化学法生产较困难的性能优秀的产物。由于这些特点,生去世工已成为化工领域重点生长的行业。

1. 天下生去世工行业的现状

生去世工生长至今已履历了半个多世纪,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、单细胞卵白生产及淀粉糖生产等产业化服务。自20世纪80年月起,随着今世生物技能的兴起,生去世工又使用重组微生物、动植物细胞大范围作育等手段生产药用多肽、卵白、疫苗、滋扰素等。而且,生去世工的应用已涉及到人民生存的方方面面,包罗农业生产、化轻质料生产、医药卫生、食品、情况掩护、资源和能源的开发等各领域。随着生去世工上游技能——生物工程技能的前进以及化学工程、信息技能(IT)和生物信息学(bioinformatics)等学科技能的生长,生去世工将迎来又一个崭新的生永劫期。

生去世工行业经过50多年的生长,已形成了一个完备的产业体系,整个行业也出现了一些新的生长态势。下面扼要形貌生去世工行业的现状。

1.1产业结构

由于生去世工涉及面广,涉及的行业多,以是从事生去世工的企业较多。据报道,90年月中期,美国生去世工企业有:000多家,西欧有580多家,日本有300多家。连年来,虽然由于行业竞争日趋猛烈,生去世工企业有较大幅度淘汰,但与生命科学(主要指医药和农业生化技能)诸侯盘据的场所局面相比,生去世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天下性至公司,也有象DSM、诺和诺德等大型的精致化工公司,虽然也有在某一方面有专长的小公司如Altus等。而且,由于天下至公司正把细致力向生命科学部门转移,生去世工行业百花齐放的场所局面在很长一段时间内不会有什么转变。

1.2产物结构

传统的生去世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,而在现在,它已险些渗透渗出到人民生存的各方面如医药、保健、农业、情况、能源、质料等。同时,生去世工产物也得到了极大的拓展:医药方面有种种新型抗生素、滋扰素、胰岛素、生长激素、种种生长因子、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、脯氨酸等以及种种多肽;酶制剂有160多种,主要有糖化酶、淀粉酶、卵白酶、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。

现在,举世生去世工年贩卖额在400亿美元左右,每年约以7%~8%的速率增长。从产物结构来看,生去世工领域生产规模范围极广,市场年需求量仅为千克级的滋扰素、促红细胞生长素等昂贵产物(价钱可达数万美元/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物(部门价钱不到:美元/g)险些中分秋色。高价位的产物市场份额在50%~60%,低价位的产物市场份额在40%~50%。而且,凭据连年来生去世工的生长趋向及人们对医药卫生的珍视来看,高价位产物的生长速率高于低价位产物。

1.3技能水平

生去世工经过80年月以后的发达生长,不光整个行业技能水平有大幅度前进,而且许多新技能也得到普遍应用。

1.3.1发酵工程技能已见效果

据预计,举世发酵产物的市场有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%。发酵产物市场的增大与发酵技能的前进分不开。今世生物技能的希望推动了发酵产业的生长,发酵产业的收率和纯度都比已往有了极大的前进。目宿天下最大的串联发酵装置已达75 m\许多公司对发酵工艺举行了调解,从而低落了生产资本。如ADM(Archer Danie1s Mid1and)和Cargill公司在20世纪90年月初对其发酵装置举行革新,将以碳水化合物为质料的生产工艺改为以玉米粉为质料,从而低落了生产资本,ADM公司生产的赖氨酸资本比原先低落了一半。

1.3.2酶工程技能有了长足的前进

酶工程技能包罗酶源开发、酶制剂生产、酶疏散提纯和牢固化技能、酶应声器与酶的应用。目宿天下酶制剂从酶源开发到酶的应用都已进入了良性生长阶段,各阶段生产企业和用户关连亲昵,相助普遍。据报道,1998年举世产业酶制剂的贩卖额为13亿美元,预计到2010年将增长到30亿美元,每年以6.5%的速率增长。其中食用酶占40%,洗涤用酶占33%,其它(主要是纺织、造纸和饲料等用酶)占27%。

1.3.3疏散与纯化技能也有很猛前进

影响生化产物价钱的因素,首当其冲的是疏散与纯化历程,其用度通常占生产资本的50%~70%,有的乃至高达90%。疏散步骤多、耗时长,通常成为制约生产的“瓶颈”。寻求经济适用的疏散纯化技能,已成为生去世工领域的热门。已大范围应用的疏散纯化技能有:双水相革取、新型电泳疏散、大范围制备色谱、膜疏散等。

1.3.4上游技能普遍应用于鄙俚生产

使用基因工程技能,不光成倍地前进了酶的活力,而且还可以将生物酶基因克隆到微生物中,构建基因菌孕育发生酶。使用基因工程,使多种淀粉酶、卵白酶、纤维素酶、氨基酸合成途径的要害酶得到革新、克隆,使酶的催化活性、稳固性得到前进,氨基酸合成的代谢流得以拓宽,产量前进。随着基因重组技能的生长,被称为第二代基因工程的卵白质工程生长迅速,体现出巨大潜力和鲜丽远景。使用卵白质工程,将可以生产具有特定氨基酸序次、高级结构、理化性子和生理功效的新型卵白质,可以定向革新酶的性能,从而生产出新型生化产物。

1.3.5新技能在生去世工中也得到了极大的应用

好比,在超临界液体状态下举行酶应声,从而大大低落酶应声历程的传质阻力,前进酶应声速率。超临界C02无毒、不行燃、化学情性、易与应声底物疏散。使用超临界CO2取代有机溶剂举行酶应声,具有极大的生长潜力。又好比,微胶羹技能已被普遍用于动物细胞的大范围作育、细胞和酶的牢固化以及卵白质等物质的疏散方面。

2.天下生去世工行业的生长趋向

2.1产业结构

行业与行业间的分别将日趋含糊,企业间的相助将加大。现在,许多从事医药、农业、情况、能源等方面生产的企业,正在从事生去世工生产。特别是某些从事传统化工行业的生产厂家,也纷纷涉足生去世工领域。如杜邦公司,恒久以来主要从事有机化工和聚合质料的生产,如今正加大生去世工的开发力度,已开发乐成了生物法生产1,3-丙二醇工艺,并正在开发用改性大肠杆菌生产己二酸工艺。DSM公司曩昔主要从事抗菌素方面的生产,现也加大了生去世工的投资力度。

由于生去世工涉及面广,许多生化公司都有自己的专长,它们之间为了商业优点的相助也非常生动。另外,随着从事传统行业的生产厂家的加入,由于技能与生产方面的缘故原由,它们与从事生去世工开发与生产的企业相助也很频仍。全部这统统,都使生去世工行业的相助越来越普遍。如杜邦公司与杰宁科乐公司相助开发用生物法生产1,)丙二醇,进一步生产PTT树脂。荷兰的Purac公司与美国Cagill公司合资配置年产3.4万tL。乳酸装置,并筹划进一步生长到6.8万V入DSM公司与美国Maxygen公司签署了三年的研究条约,以使用Maxygen的

DNA重排和分子作育技能,开发在7一ADCA和其它青霉素生产中使用的酶和菌种。

2.2产物结构

生去世工产物正向专业化、高科技含量、高附加值偏向生长。传统的低价位产物受到荒原,而高价位产物如生化药物、保健品、生化催化剂等则备受青睐。许多公司为了寻求较高利润,都将低附加值的产物剥离。如日本武田药品产业公司不再生产味精,转而生产其它高附加值的调味品如肌甘酸二钠(IMP)和鸟甘酸二钠(GwtP)。另外,生去世工将涉足它曩昔很少涉足的领域如高分子质料和外貌活性剂等。

生化药物由于附加值高而成为以后生去世工领域生长的重点。1997年生化药物市场贩卖额达130亿美元,其中细胞破碎素80亿美元,激素30亿美元,其它20亿美元;就具体药物而论,促红细胞生长素35亿美元,人胰岛素18亿美元,粒性白细胞克隆刺激因子16亿美元,人生长激素15亿美元,小滋扰素11亿美元。预计以后其市场贩卖额还将以8%的速率增长。

在氨基酸方面,虽然用于药物合成氨基酸的量相对较小,但其生长潜力很大。据报道,500种主要药物中,有18%含有氨基酸或其衍生物的合成。在药物合成中,使用最普遍的是L。脯氨酸、r苯甘氨酸和r对羟基苯甘氨酸。L。脯氨酸用于血管紧急素转化酶(ACE)的合成,匹苯甘氨酸和r对羟基苯甘氨酸用于抗生素的合成。另外,多肽也因此后的生长重点之一。多肽是指有2以上氨基酸用肽键组成的化合物,在临床上使用非常普遍,主要用于治疗癌症、HIV病毒和兔疫体系功效减退、对传统抗生素孕育发生抗体的熏染以及疫苗等。举世合成多肽原药的产量在100kg左右,但贩卖额达2.5亿~3亿美元,而做成制剂的贩卖额则达25亿~30亿美元。多肽原药需求量的年增长率在10%以上。

碳水化合物方面,用于临床的碳水化合物受到人们越来越多的关注。但是,用于临床的碳水化合物结构庞大,如一对单糖,其差异的化学键就多达22种。因此,用化学法合成庞大的碳水化合物比力困难,难以实现产业化,而用酶法合成则是一条确切可行的途径。