前言：本站為你精心整理了生物技術(shù)及應(yīng)用范文，希望能為你的創(chuàng)作提供參考價(jià)值，我們的客服老師可以幫助你提供個(gè)性化的參考范文，歡迎咨詢。

工業(yè)生物技術(shù)已經(jīng)成為繼生物制藥、生物農(nóng)業(yè)后的第三次生物技術(shù)浪潮，具有巨大發(fā)展前景的領(lǐng)域，將對(duì)物質(zhì)制造和加工，生物能源及生態(tài)與環(huán)境保護(hù)產(chǎn)生極其深遠(yuǎn)的影響。工業(yè)生物技術(shù)的核心是生物催化，作為生物催化劑的酶在工業(yè)生物催化中起著關(guān)鍵性的作用。

工業(yè)生物技術(shù)是人類實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。眾所周知，以化石原料為基礎(chǔ)的物質(zhì)制造業(yè)在現(xiàn)代工業(yè)社會(huì)中占據(jù)著重要的位置，但它正面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)：化石原料可用量日益減少，環(huán)境污染日益嚴(yán)重。以再生資源為基礎(chǔ)的循環(huán)產(chǎn)業(yè)的形成是解決現(xiàn)代工業(yè)社會(huì)危機(jī)的重要途徑。生態(tài)環(huán)境脆弱和資源短缺是我國(guó)的基本國(guó)情，也是限制我國(guó)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。工業(yè)生物技術(shù)被OECD（OrganizationofEconomicCooperationandDevelopment）定位為構(gòu)建和環(huán)境協(xié)調(diào)產(chǎn)業(yè)體系的關(guān)鍵技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)人類可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的重要領(lǐng)域。世界各國(guó)對(duì)工業(yè)生物技術(shù)都給予了極大的重視。目前，據(jù)統(tǒng)計(jì)至少有129個(gè)利用生物技術(shù)進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)的例子。但是，工業(yè)生物技術(shù)的工業(yè)化成功的例子仍然很有限。這主要是因?yàn)樽匀唤绲纳锎呋瘎┐蠖贾荒茉跍睾偷臈l件下起作用，往往難以直接用于工業(yè)過程，比如通常酶或細(xì)胞很難在高溫、高壓、有機(jī)溶劑等條件下起作用，其穩(wěn)定性低，容易失活。但是，隨著對(duì)生物酶來源的多樣性、酶催化機(jī)理、結(jié)構(gòu)及功能之間關(guān)系認(rèn)識(shí)的逐步提高和現(xiàn)代工業(yè)社會(huì)發(fā)展對(duì)生物技術(shù)需求的高漲，建立發(fā)現(xiàn)、改造和使用生物催化劑技術(shù)平臺(tái)成為工業(yè)生物技術(shù)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域之一。

化學(xué)物質(zhì)是人類社會(huì)賴以發(fā)展的基礎(chǔ)。但人工化合物的大規(guī)模制造和使用造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，成為被全球普遍關(guān)注的嚴(yán)峻問題。眾多的人工化合物釋放到生態(tài)環(huán)境中后，微生物還沒有足夠的時(shí)間和充分的環(huán)境條件來“進(jìn)化”其代謝途徑，因此表現(xiàn)出有機(jī)化合物的難生物降解性?；衔飳?duì)環(huán)境產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)（Risk）可由以下的公式來表示，取決于化合物本身的危害度（Hazard）和在環(huán)境中的暴露程度（Exposure）。

Risk＝Hazard×Exposure

因此，為降低化學(xué)物質(zhì)對(duì)環(huán)境帶來的危害或負(fù)擔(dān)，開發(fā)清潔生物生產(chǎn)工藝生產(chǎn)環(huán)境友好的化合物具有重要的意義，與此同時(shí)必須開發(fā)減少化學(xué)物質(zhì)在環(huán)境中的暴露程度（濃度和時(shí)間），即化合物的生物降解或生物處理技術(shù)。隨著難降解化合物的污染問題的表面化和人們對(duì)環(huán)境污染問題認(rèn)識(shí)加深，于上世紀(jì)90年代形成了環(huán)境生物技術(shù)這一學(xué)科方向。環(huán)境生物技術(shù)是生物技術(shù)與環(huán)境科學(xué)和化學(xué)工程等領(lǐng)域交叉的學(xué)科，是工業(yè)生物技術(shù)領(lǐng)域的新方向。2002年10月的美國(guó)科學(xué)雜志（Science）刊登了環(huán)境微生物技術(shù)的研究特輯，英國(guó)的自然生物技術(shù)雜志（NatureBiotechnology）于2003年2月刊登了具有芳香化合物降解能力的假單胞桿菌（Pseudomonassp.）作為多樣生物催化劑的可能性,近幾年，國(guó)外還涌現(xiàn)出了大量的有關(guān)環(huán)境生物技術(shù)的書籍，足見環(huán)境生物技術(shù)研究在國(guó)際上已成為重要的前沿研究領(lǐng)域。

本文以利用融合蛋白技術(shù)高效生產(chǎn)工業(yè)用肝素酶及剩余污泥減量化好氧－厭氧反復(fù)耦合廢水生物處理技術(shù)研發(fā)過程為主，介紹工業(yè)生物技術(shù)在醫(yī)藥化學(xué)品、生物能源及環(huán)境中的應(yīng)用研究進(jìn)展。

1）肝素酶的重組大腸桿菌高效生產(chǎn)、分離耦合及其應(yīng)用技術(shù)研究

肝素酶I（heparinaseI,EC4.2.2.7，商品名Neutralase,Hepzyme，IBEX,加拿大蒙特利爾公司生產(chǎn)）是一種特異作用于肝素（heparin）和類肝素分子的多糖列解酶。肝素酶具有重要的應(yīng)用價(jià)值，肝素酶及其底物多糖肝素之間的相互作用有助于闡明多糖裂解酶的作用機(jī)制；肝素酶可以用于解析肝素等復(fù)雜粘多糖的結(jié)構(gòu)及其生物學(xué)功能；肝素酶可以用于解析人體內(nèi)的凝血和抗凝血機(jī)制；肝素酶可以用于制備具有高效抗凝血作用的低分子肝素；肝素酶還可以用作臨床血液肝素化的去除，防止手術(shù)后出血。我國(guó)是肝素原料的生產(chǎn)大國(guó)，開發(fā)酶法低分子肝素生產(chǎn)技術(shù)具有重要的意義。

商業(yè)化的肝素酶I從肝素黃桿菌（Flavobacteriumheparinum）中純化得到，但表達(dá)需要價(jià)格昂貴的肝素誘導(dǎo)，同時(shí)由于肝素酶II和III的共表達(dá)增加了純化的困難和成本[1]。肝素酶I的基因已被克隆并在大腸桿菌中表達(dá)，但產(chǎn)生的都是無(wú)活性的包涵體，需要蛋白質(zhì)復(fù)性才能獲得有活性的酶[2-4]。

我們利用融合蛋白技術(shù)構(gòu)建了一套大腸桿菌的表達(dá)系統(tǒng)，能夠高效的表達(dá)可溶性的肝素酶I，并同過親和分離簡(jiǎn)化了肝素酶的純化操作。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明在我們的肝素酶表達(dá)生產(chǎn)體系中，90％以上的肝素酶I以有活性的可溶性蛋白形式存在，從而省去了復(fù)性的操作，降低了操作成本；目前酶活可達(dá)16000IUl-1，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于肝素黃桿菌的表達(dá)水平；通過一步親和分離，回收的肝素酶純度達(dá)95％以上。同時(shí)利用綠色熒光蛋白（GFP）基因，構(gòu)建了利用熒光快速定量酶活的新方法，而且肝素酶與GFP的融合蛋白有助于肝素酶失活機(jī)理的研究。

利用融合蛋白的親和吸附能力容易實(shí)現(xiàn)肝素酶I的定向固定化，使開發(fā)高效肝素酶反應(yīng)器成為可能。通過實(shí)驗(yàn)證明融合肝素酶I能夠和商品酶一樣有效的降解肝素，制備出理想的低分子量肝素（LMWH）。通過控制酶解反應(yīng)條件，得到了一系列分子量分布范圍窄的低分子量肝素（平均分子量在5000－6000）。本研究為肝素酶的工業(yè)化生產(chǎn)及其應(yīng)用奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

2）好氧-厭氧反復(fù)耦合生物反應(yīng)器處理廢水新工藝研究進(jìn)展

活性污泥法作為有機(jī)廢水的生物處理技術(shù)被廣泛的應(yīng)用。但是活性污泥法的最大缺點(diǎn)是產(chǎn)生大量的剩余污泥，因其含水率高，體積大，易腐爛，易產(chǎn)生惡臭味,造成污泥處理和處置困難。目前由于經(jīng)濟(jì)效益問題難以徹底解決污水處理普遍存在的污泥問題，因此從源頭上減少污泥產(chǎn)率或?qū)崿F(xiàn)剩余污泥原位降解的污水生物處理技術(shù)的開發(fā)是值得重視的方向。

剩余污泥的產(chǎn)生速度取決于微生物的產(chǎn)率和內(nèi)源呼吸速度，降低剩余污泥量的主要思路是減少微生物的得率和增大微生物的內(nèi)源呼吸。由于微生物的內(nèi)源呼吸常數(shù)比其比增殖速度一般要小1到2個(gè)數(shù)量級(jí)，因此減少活性污泥的產(chǎn)率是實(shí)現(xiàn)剩余污泥減量化的積極方法。目前針對(duì)剩余污泥問題，污水的生物處理方法研究主要集中在三個(gè)方面（如圖2）：一是對(duì)已經(jīng)產(chǎn)生的剩余污泥進(jìn)行處理后再返回到曝氣池作進(jìn)一步的處理，二是在污水處理過程中減少污泥產(chǎn)量，三是通過剩余污泥的原位降解開發(fā)不產(chǎn)生剩余污泥的污水處理技術(shù)。為了研發(fā)剩余污泥原位分解型廢水生物處理技術(shù)，我們利用多孔微生物載體，構(gòu)建了在廢水的流動(dòng)方向上具有好氧/微好氧/厭氧區(qū)域交替出現(xiàn)的生物反應(yīng)器，對(duì)該反應(yīng)器的廢水處理過程特性及其機(jī)理進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的研究，并進(jìn)一步進(jìn)行了中試研究和工業(yè)應(yīng)用。

長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)表明，該反應(yīng)器對(duì)有機(jī)物的去除效率很高，未經(jīng)沉淀的處理水中的SS濃度很低，長(zhǎng)期維持在很低的水平以下。在實(shí)驗(yàn)室研究的基礎(chǔ)上，開展了不同廢水的中試試驗(yàn)。其中對(duì)某生化制藥廠的發(fā)酵廢水進(jìn)行的中試試驗(yàn)結(jié)果表明，廢水的COD濃度變化范圍是500~5600mg/L，氨氮為50mg/L左右，容積停留時(shí)間為17.67～22.08h，廢水流量為120～150L/h時(shí)，經(jīng)過好氧－厭氧耦合反生物應(yīng)器處理后，出口的COD為150~300mg/L，處理水SS濃度在50mg/L以下，而且出水色度好，硝化反應(yīng)徹底（氨氮濃度在5mg/L以下）。裝置運(yùn)行正常，沒有出現(xiàn)任何污泥堵塞的現(xiàn)象，沒有排過污泥。在此基礎(chǔ)上，天津某制藥公司采用我們的技術(shù)用于其高濃度制藥工業(yè)廢水的處理，目前投入運(yùn)行，效果良好。大量的基礎(chǔ)和應(yīng)用實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明利用多孔載體和好氧－厭氧反復(fù)耦合原理能夠開發(fā)出剩余污泥原位降解型廢水生物處理技術(shù)，該技術(shù)將對(duì)廢水生物處理行業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。