摘要 综述了近年来工业生物催化过程的发展,提出按照生物催化剂的制备和催化过程的特点将工业生物催化分成生长耦联型催化和生长非耦联型催化,通过这两类生物催化成功的范例以及研究进展讨论生物催化工业化的途径和方法及进一步发展的方向和对策。
关键词 生物催化剂 催化过程 生长耦联型 生长非耦联型
引言
自生物技术诞生之日起,人们就一直致力于将其应用到工业生产中。工业生物催化是生物技术应用中一个新兴和关键的领域。生物催化技术首先从与其联系最紧密的医药、农业开始,逐渐涉及化工、材料等行业,并通过它们影响社会生产、生活的各个方面。美国21世纪发展规划中预计,到2020年,通过生物催化技术,将实现降低化学工业的原料消耗、水资源消耗、能量消耗30%,减少污染物的排放和污染扩散30%。
工业生物催化利用酶或微生物作为催化剂,具有高效、专一、条件温和、环境友好等优点。近年来,随着蛋白质工程、代谢工程和合成生物学的发展,生物催化剂的性能得到显著提升,应用范围不断拓展。生长耦联型催化是指生物催化剂的生长与产物合成同时进行,如发酵工程中的传统模式;生长非耦联型催化则是指生物催化剂在生长完成后用于催化反应,如固定化酶或全细胞催化。两种模式各有优势,前者适用于复杂产物的合成,后者则更利于产物分离和催化剂重复使用。
未来,工业生物催化将向高效、低成本、可持续方向发展,重点包括:开发新型酶和微生物资源,优化催化过程,实现多酶级联反应,以及结合人工智能进行过程模拟与优化。这些进展将推动生物制造在化工、能源、材料等领域的广泛应用,助力绿色可持续发展。