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天津时时彩开奖走势上皇巢网:工业生物技术研究进展与展望ppt

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  • 素材授权:免费下载
  • 更新时间:2017-12-07
  • 素材类别:医疗健康ppt
  • 素材上传:huangyixuan
  • 素材格式:.ppt
  • 关键提要:工业生物技术研究进展与展望,生物
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这是工业生物技术研究进展与展望ppt下载,主要介绍了工业生物技术的崛起;工业生物技术产业的主要形式;工业生物技术发展的关键技术;工业生物技术的未来展望,欢迎点击下载。

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工业生物技术研究进展与展望ppt

PPT内容

工业生物技术的研究 现状与发展趋势
生物生产过程
生物工程(技术)的核心是建立生物生产过程
1、工业生物技术的崛起 2、工业生物技术产业的主要形式 3、工业生物技术发展的关键技术 4、工业生物技术的未来展望
◆人类活动需求的基本物质是人类文明的基础,而生物质一直是人类文明的重要物资基础。事实上,今天在地球上所发生的最大的物质和能量的循环(如C、N、O和太阳能)也是由生物加工所完成的。
生物工程是解决人类
面临危机的有效途径
生物质作用
木质纤维素的成份
因化石资源不断枯竭、环境污染日益加剧
  目前化学工业的生产模式必须要进行彻底的变革,转向以生物可再生资源为原料,生物可再生能源为能源,环境友好、过程高效的新一代物质加工模式。其核心技术是工业生物技术。 
1、工业生物技术是生物质资源利用的关键
2、工业生物技术的核心是生物催化
生物催化剂与普通化学催化剂(通常为强酸和强碱等)相比,具有以下特点:
(1)催化效率的高效性。每公斤天冬氨酸转氨酶可以催化生产本身质量10万倍的天冬氨酸。
(2)专一性强。酶只选择催化某种反应并获得特定的产物,所以其位点专一性、化学专一性和立体专一性强。生物催化法可高效地生产大量的光学活性化合物。
(3)环境友好。生物催化剂(酶与微生物)的本质是蛋白质,在使用后可方便地被消除。反应条件温和,一般在常温常压下进行,其能耗和水耗低,可大大降低化石能源和水资源的消耗,减少了温室气体的排放。是绿色化学与绿色化工发展的重要趋势之一。  
3、工业生物技术的贡献
1)制造路线变更
    生物催化过程 (生物催化剂---绿色技术的重要应用)
    1) 高效率,高转化率
    2) 高选择性
    3) 环境友好
传统化学催化过程
    1) 高能耗
    2) 高物耗
    3) 污染环境
工业生物催化技术的原料是生物质
     中国生物质可利用的数量
     我国属于太阳能资源丰富的国家,每年辐射总量在3.3×103~8.4×106 kJ/m2之间。我国陆地面积每年接受的太阳能相当于2.4×104亿吨标准煤。
    如果将中国8%的土地覆盖上高能作物,达到世界平均水平的森林覆盖面积,按光合效能6.6%计算,相当于产生126亿吨标准煤。 随着生物技术的发展,生物质数量将更大。
      发展工业生物催化技术,实现生物质能源的高效利用,中国可以走向一条通往绿色生态现代化之路。 
3)以生物质为原料采用工业生物技术能 实现大多数产品的生产
EMP的化学历程
三羧酸循环   (TCA)
生物质加工的产品体系
工业生物技术应用于大规模化学品生产已初见端倪,如农用化学品、精细化学品、大宗化学品、药物及高分子材料等领域。21世纪是工业生物技术崛起的新纪元。
中国也十分重视工业生物技术的发展。国家中长期科学与技术规划中将工业生物技术列为重点研究的领域。国家重大基础研究计划(973计划)将生物催化项目立项。国家高技术研究计划(863计划)中增列工业生物技术专题。我国工业生物技术产业发展也较快。如目前我国的谷氨酸和柠檬酸产量为世界第一,但是技术水平和国外还有一定差距。总体来说,我国是工业生物技术产业大国,但还不是强国。
二、工业生物技术产业的主要形式
1、生物能源产业
2000-2020年将是世界各国大力发展生物质能的关键时期。目前,生物能源的主要形式有
       1)燃料乙醇
       2)生物柴油
       3)沼气
       4)生物制氢
清洁可再生生物能源的开发和利用是公众关注热点之一。其中,生物质能具有资源量大、相对集中、能量品位较高的特点。植物将低品位能源太阳能浓缩转变为高品位的化学键能,消耗CO2,产生大量氧气。木质纤维素和纤维素每年以约1.640ⅹ1011t的速度不断再生,以能量换算,相当于目前石油年产量的15-20倍。在基因工程、代谢工程发展的带动下,新一代能源作物和微生物物种的诞生将会大大地推动生物能源技术的进步。
1)燃料乙醇
       目前乙醇作为燃料,政府必须补贴。
2)生物柴油
3)沼气是有机物质在厌氧条件下,经过微生物发酵作用而生成的以甲烷为主的可燃气体。由葡萄糖厌氧消化产甲烷的能量转换效率可高达87%,是其他加工技术所难以达到的。沼气发酵可以综合利用有机废物和农作物秸秆,对水资源和土壤等再生和资源化有促进作用。许多国家已把沼气开发列入国家能源战略。我国是世界上沼气利用开展得最好的国家,沼气技术相当成熟,目前已进入商业化应用阶段。
  4)生物制氢是利用某些微生物代谢过程来生产氢气的一项生物工程技术,所用原料是阳光和水,也可以是有机废水、秸秆等,来源丰富,价格低廉,生产过程清洁、节能。德国、英国、美国、日本、以色列、瑞典等许多同家的政府部门,对氢能源的开发及其应用技术的研究都给予了高度重视。我国对该领域的基础研究也给予大力支持。
2 、 生物材料
与石油化工材料相比,生物材料具有可再生、可生物降解、应用前景广阔的突出优点,但实现商业化还需要在价格上形成竞争力。目前已成功实现商业化的有Cargill  Dow公司的聚乳酸工厂和DuPont公司由1,3-丙二醇生产PTT的工厂。这两项成果标志着用生物原料生产的生物材料已经开始具备市场竞争优势(前者能耗降低30%~50%,后者降低25%)。
聚乳酸是性能优异的功能纤维和热塑性材料,具有优异的成膜和成纤维的能力,可以用来做包装材料和纺织材料。聚乳酸的生产主要是通过生物法将葡萄糖转化成乳酸,然后再通过化学法进行高分子聚合反应,生成聚乳酸。
采用1,3-丙二醇与对苯二甲酸进行缩聚,制造的聚酯PTT纤维材料具有良好的抗腐蚀性,又具有尼龙66的弹性,且更容易印染,被认为是一种优质的高分子纤维材料。
3、生物质资源化(生物基大宗化学品和化工原料 )
生物质加工的重大产品体系
生物乙醇是最重要C2平台化合物
       目前乙醇作为燃料,政府必须补贴。
我国生物乙烯面临重大需求
巨大的市场需求和经济可行性为生物乙烯的产业化提供了巨大的动力。
选择低成本的原料路线是降低生物乙醇、生物乙烯乙烯生产成本和提高市场竞争力的关键。
目前用于发酵生产乙醇的原料主要为
▲淀粉质原料(80%)
▲糖蜜原料(10%)。
我国利用淀粉质原料生产乙醇和利用糖蜜原料生产乙醇的工艺成熟稳定,技术可行,糖转化率已达92~96%的水平。
但是粮食类淀粉质原料,如玉米等价格较高,达到1400元/吨,使得乙醇的生产成本较高。
五碳糖利用是降低成本的关键
乳酸是最重要C3平台化合物
三、工业生物技术的关键技术问题
微生物物种巨大的多样性及其基因改造的巨大潜力,将其与精妙现代工程技术结合,为人类提供了新的巨大机遇,工业生物催化技术的发展前景十分诱人。
微生物物种巨大的多样性及其基因改造的巨大潜力,将其与精妙现代工程技术结合,为人类提供了新的巨大机遇,工业生物催化技术的发展前景十分诱人。
几种重要模式微生物的全基因已经被测序
定向进化技术,大大加速了人类改造酶原有功能和开发新功能的步伐。
蛋白质定向进化技术最大的优势在于可操作性强,可在实验室试管中操作。它可以使蛋白质(酶)在自然界需要几百万年才能完成的进化过程缩短到几年甚至几个月。
分子定向进化技术已被用于上百个酶的进化。如枯草杆菌蛋白酶E在有机溶液中(60%DMF)的活性提高了170倍;β-内酰胺酶的耐抗菌素cefotaxime浓度提高了32000倍;胸苷激酶对新底物(gancyclovir)的利用提高了43倍;卡那霉素核苷酸转移酶在60~65℃的热稳定性提高了200倍;细胞色素P450酶对完全新底物(过氧化氢)的利用提高了5~20倍;辣根过氧化酶在酵母中表达产量提高了88倍。 
      定向进化目前主要研究方向是:提高热稳定性、提高有机溶剂中酶的活性和稳定性,扩大底物的选择性,改变光学异构体的选择性等。定向进化的核心技术为易错PCR技术、DNA  shuffling技术及高通量筛选技术。     各类工业微生物的基因组学和蛋白质组学研究的飞速发展,产生了海量信息,随着高性能计算机和数据管理分析方法的进步,大大促进了工业微生物的生物信息学的发展,从而使得人们对酶的认识加深,使得应用传统的理性分子设计方法制造新的酶更加容易。这些技术在增加酶的反应多样性、改变酶的各种性能等方面已有应用。  
RNAi技术
基因微阵列技术
快速筛选和检测基因
Cell 工厂
3)  重要工业微生物的代谢工程 
代谢工程:随着对微生物代谢网络研究的深入及DNA重组技术的日趋完善,通过基因克隆技术改变微生物代谢途径的某些关键步骤,大大提高了产物产率;通过基因重组技术改变微生物的代谢途径,还生产出传统发酵工业无法获得的新产品。
微生物基因组学和代谢组学的快速发展,对代谢工程有极大的推动作用。大量新生物化学合成途径的解析,为生产化学品创造了前所未有的特殊机会。
例如在分析代谢流的基础上,找到刚性节点,通过化学小分子调节关键酶,从而可以实现1,6-二磷酸果糖的超量生产。在木素纤维素为原料的燃料酒精工艺中,美国学者利用基因工程手段,将五碳糖产乙醇的代谢途径和六碳糖产乙醇的代谢途径整合到一个微生物中,构建出优良的产乙醇重组菌(Zymomonas  mobilis),能同时发酵利用五碳糖和六碳糖产乙醇,大大降低了燃料乙醇的生产成本。 
微生物代谢途径(生物催化网络)
微生物代谢工程(组合生物催化)
4)生物反应器工程与过程放大
5)生物分离技术
工业试验平台
四、工业生物技术的未来展望
中国的人均资源,尤其是人均化石资源很低,中国面临严重的资源、环境与人口矛盾。目前,我国已成为世界第一资源加工消费大国和第二能源耗用大国。大力发展工业生物技术对解决我国资源和能源短缺问题是十分迫切的。
我国属于太阳能资源丰富的国家,每年辐射总量在3.3×103~8.4×106 kJ/m2之间。我国陆地面积每年接受的太阳能相当于2.4×104亿吨标准煤。如果将中国8%的土地覆盖上高能作物,达到世界平均水平的森林覆盖面积,按光合效能6.6%计算,相当于产生126亿吨标准煤。 
     发展工业生物技术,实现生物质的高效利用,中国可以走向一条通往绿色生态现代化之路 
我国农业所生产的废弃生物量近14亿吨 (包括7.5亿吨秸秆与农林加工废弃物)
      工业生物技术将在我国开创新的加工模式和调整产品结构方面发挥重大作用。预计在未来20年内,生物能源、生物材料和生物质资源化技术将得到实际应用。预计工业生物技术在我国国民经济GDP中的贡献达到2.2万亿元/年(2020年)。     传统的加工工业是以化石资源为原料和能源进行的,面临着化石资源的日益枯竭,世界正孕育着一场用生物可再生资源代替化石资源的资源战略大转移。一个全球性的产业革命正在朝着以碳水化合物为基础的经济发展,这是可持续发展的一个重要趋势。
      目前正在开发的多聚乳酸、多聚氨基酸、多羟基烷酸、燃料乙醇以及各种功能寡糖等可视为这个碳水化合物经济时代来临的前奏。到2020年,预计将有50%的有机化学品和材料产自生物质原料。
思考题
1、什么是工业生物技术,工业生物技术产业的主要形式有哪些,现阶段工业生物技术发展的关键技术是什么?
 

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