淺談精細(xì)化學(xué)品的生物合成進(jìn)展

王開(kāi)明

（山東理工職業(yè)學(xué)院，山東 濟(jì)寧 272067）

精細(xì)化工是化學(xué)工業(yè)的關(guān)鍵和核心產(chǎn)業(yè)，也是衡量一個(gè)國(guó)家化學(xué)工業(yè)水平最重要的標(biāo)準(zhǔn)之一。精細(xì)化率指的是精細(xì)化學(xué)品在整體化學(xué)產(chǎn)業(yè)中所占比重，其已經(jīng)成為評(píng)估一個(gè)國(guó)家整體化學(xué)產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平的關(guān)鍵指標(biāo)。近年來(lái)，傳統(tǒng)的石油化工和基礎(chǔ)化工的發(fā)展空間被進(jìn)一步壓縮，在這種情況下，越來(lái)越多的國(guó)家開(kāi)始大力發(fā)展精細(xì)化工，此外，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)于化學(xué)產(chǎn)品的要求越來(lái)越高，這也使精細(xì)化工得到了進(jìn)一步發(fā)展。數(shù)據(jù)顯示，部分發(fā)達(dá)國(guó)家的精細(xì)化率已經(jīng)達(dá)到60%[1]。不僅如此，近年來(lái)，精細(xì)化率還會(huì)得到進(jìn)一步提高，說(shuō)明精細(xì)化學(xué)品的需求越來(lái)越多。

我國(guó)的化學(xué)產(chǎn)業(yè)發(fā)展起步較晚，但是經(jīng)過(guò)30 多年的發(fā)展，已經(jīng)形成了系統(tǒng)完備產(chǎn)品豐富的化學(xué)產(chǎn)業(yè)體系，不僅如此，近年來(lái)我國(guó)精細(xì)化學(xué)產(chǎn)業(yè)也得到了發(fā)展，并為世界各地提供大量的精細(xì)化學(xué)品。數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)已經(jīng)成為世界上最大的精細(xì)化學(xué)品供應(yīng)地。需要注意的是，雖然我國(guó)的精細(xì)化學(xué)品產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，但是與發(fā)達(dá)國(guó)家相比依然存在較大差距，這主要表現(xiàn)在精細(xì)化學(xué)品生產(chǎn)技術(shù)水平以及對(duì)環(huán)境的污染等，因此有必要進(jìn)一步提高我國(guó)精細(xì)化學(xué)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平，為促進(jìn)我國(guó)化學(xué)產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展提供支持[2]。精細(xì)化學(xué)品的生物合成是一種新型技術(shù)，其生產(chǎn)效率更高，而且在生產(chǎn)過(guò)程中減少了對(duì)自然環(huán)境的破壞，同時(shí)還可以提高整體生產(chǎn)效率。

1 生物催化技術(shù)及精細(xì)化學(xué)品生物合成

1.1 生物催化技術(shù)的發(fā)展

生物催化技術(shù)主要依托微生物以及酶進(jìn)行，研究顯示，基本上所有的有機(jī)反應(yīng)都可以找到對(duì)應(yīng)的生物催化反應(yīng)。生物催化反應(yīng)具有諸多優(yōu)勢(shì)，具體包括催化效率高、對(duì)反應(yīng)條件要求不高、催化過(guò)程中不容易產(chǎn)生副反應(yīng)以及具有良好的選擇性等，此外，生物催化技術(shù)反應(yīng)過(guò)程中使用的催化劑無(wú)毒而且可以降解，因此其生產(chǎn)過(guò)程安全性很高，而且不會(huì)對(duì)周?chē)鷳B(tài)環(huán)境產(chǎn)生污染，具有綠色安全的良好效果?；谏锎呋倪@些優(yōu)點(diǎn)，生物催化技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，并逐漸取代了傳統(tǒng)的有機(jī)催化和金屬有機(jī)催化技術(shù)[3]。使用生物催化技術(shù)，能夠減少生產(chǎn)過(guò)程中傳統(tǒng)化學(xué)品的使用，從而降低生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)原材料的消耗，同時(shí)提高生產(chǎn)效率，改善生產(chǎn)工藝，有效簡(jiǎn)化生產(chǎn)過(guò)程，同時(shí)減少生產(chǎn)過(guò)程中的廢棄物排放，減少對(duì)環(huán)境的污染，達(dá)到綠色安全高效的效果。

雖然利用全細(xì)胞或者酶作為生物催化劑進(jìn)行精細(xì)化學(xué)品的生產(chǎn)歷史悠久，但是由于長(zhǎng)期受限于各種因素，導(dǎo)致以酶作為催化劑進(jìn)行化學(xué)品的生產(chǎn)始終難以大范圍開(kāi)展。這是因?yàn)樵趯?shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，很多作為催化劑的酶難以大量獲取，此外，很多酶的性質(zhì)不適用化學(xué)生產(chǎn)，例如穩(wěn)定性較差、底物譜很窄等。近年來(lái)，通過(guò)應(yīng)用重組DNA 技術(shù)，有效制備得到大量酶，并用于化學(xué)生產(chǎn)[4]。全細(xì)胞催化劑在使用過(guò)程中也具有較多的局限性，例如培養(yǎng)成本高、代謝途徑復(fù)雜等，影響其實(shí)際生產(chǎn)效果。

1.2 精細(xì)化學(xué)品的生物合成技術(shù)

我國(guó)高度重視生物催化以及生物轉(zhuǎn)化技術(shù)在精細(xì)化學(xué)品生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用，近年來(lái)，國(guó)家先后出臺(tái)了相關(guān)政策措施，為推動(dòng)生物催化技術(shù)以及生物轉(zhuǎn)化技術(shù)的發(fā)展起到了積極的作用。在這些政策的幫助下，我國(guó)發(fā)現(xiàn)了大量新生物催化劑，同時(shí)發(fā)現(xiàn)了新的催化劑改造方法，并建立系統(tǒng)完善的催化劑理論，在很多關(guān)鍵環(huán)節(jié)取得了新的突破。研究顯示，我國(guó)在脂肪酶、腈轉(zhuǎn)化酶、氧化還原酶的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究方面已經(jīng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，在這些方面取得了大量研究成果，并發(fā)展出具有豐厚專(zhuān)業(yè)知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的工作隊(duì)伍，這為推進(jìn)我國(guó)精細(xì)化學(xué)品的發(fā)展提供支持[4]。

2 生物合成的精細(xì)化學(xué)品

2.1 醫(yī)藥用精細(xì)化學(xué)品

醫(yī)藥用精細(xì)化學(xué)品是精細(xì)化學(xué)品的重要組成部分，也是市場(chǎng)上最受關(guān)注的精細(xì)化學(xué)品之一。醫(yī)藥用精細(xì)化學(xué)品是典型的技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，同時(shí)對(duì)相關(guān)方面的專(zhuān)業(yè)知識(shí)要求較高，也是臨床上得到廣泛應(yīng)用的精細(xì)化學(xué)品市場(chǎng)。近年來(lái)，用于醫(yī)藥的精細(xì)化學(xué)品產(chǎn)業(yè)得到迅猛發(fā)展，其中利用生物催化技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)制造取得了較高成就，為廣大市場(chǎng)提供了大量新型產(chǎn)品。

很多藥用的生理活性分子都存在相應(yīng)的對(duì)映異構(gòu)體，此外，相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，臨床上35%的藥用分子是手性的，此外，研究還發(fā)現(xiàn)，這個(gè)比例還處于上升過(guò)程中。具有良好對(duì)映體專(zhuān)一性的酶在生產(chǎn)藥物過(guò)程中具有諸多優(yōu)勢(shì)，因此，生物催化劑在藥用分子的制作方面得到廣泛應(yīng)用，并逐漸成為最主要的生產(chǎn)手段[5]。

2.2 食品和飼料添加劑

食品和飼料添加劑也是精細(xì)化學(xué)品的主要產(chǎn)品，也是生產(chǎn)生活過(guò)程中需要大量使用的精細(xì)化學(xué)品。一般來(lái)講，食品添加劑的種類(lèi)較多，當(dāng)前利用生物催化劑制造的食品添加劑主要是各種甜味劑、色素、營(yíng)養(yǎng)劑、酶和防腐劑等，此外，還有一種產(chǎn)品是近年來(lái)得到迅速發(fā)展并廣泛應(yīng)用的，那就是功能性寡糖。采用生物催化劑生產(chǎn)制造的飼料添加劑主要是各種營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)給劑、酶、抗生素、酸化劑等。由于市場(chǎng)廣大，飼料添加劑的生產(chǎn)規(guī)模也比較大，這也帶動(dòng)精細(xì)化學(xué)品產(chǎn)業(yè)得到進(jìn)一步發(fā)展。

2.3 日用精細(xì)化學(xué)品

日用化學(xué)品種類(lèi)很多，主要是個(gè)人日常生活用品以及家居用品，也是精細(xì)化學(xué)品的主要產(chǎn)品類(lèi)型。一般來(lái)講，可以將常用的精細(xì)化學(xué)品分為洗滌用品、化妝用品、衛(wèi)生用品和護(hù)理用品等，此外，日常生活中經(jīng)常需要使用的墨水、膠水等也屬于精細(xì)化學(xué)品產(chǎn)品。在具體生產(chǎn)過(guò)程中，能夠用于日化產(chǎn)品生產(chǎn)的精細(xì)化學(xué)品也很多，具體包括各種油脂、酸、堿、鹽、香料、香精等，此外還包含各種類(lèi)型的助劑。一生物催化得到的香料香精為例，很多香料香精都是使用生物催化的方法進(jìn)行生產(chǎn)，其產(chǎn)品種類(lèi)豐富，具體包括各種萜類(lèi)、花香和果香內(nèi)酯類(lèi)、呋喃酮類(lèi)、芳香醛類(lèi)、芳香醇及其酯類(lèi)等香料香精等。

以薄荷醇為例，這是一種多用途香料，可以作為日常用品如牙膏香水、飲料等產(chǎn)品的賦香劑，此外，薄荷醇還可以用在醫(yī)藥方面，可以作為刺激藥物，能夠?qū)ζつw和黏膜產(chǎn)生治療作用，達(dá)到清涼止癢的效果。此外，薄荷醇還可以?xún)?nèi)服，有助于治療疼痛、炎癥。薄荷醇可以從天然薄荷中提取，也可以應(yīng)用合成方法進(jìn)行制造。

2.4 助劑

助劑也叫做工業(yè)味精，助劑是工業(yè)生產(chǎn)制造過(guò)程中非常關(guān)鍵的精細(xì)化學(xué)品。隨著工業(yè)的發(fā)展，助劑產(chǎn)業(yè)也得到迅猛發(fā)展，并逐漸成為一門(mén)新興產(chǎn)業(yè)。研究顯示，助劑廣泛應(yīng)用于各種產(chǎn)品各個(gè)行業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中，具體包括材料、紡織、醫(yī)藥、食品、農(nóng)藥、建筑、汽車(chē)和金屬加工等。

塑料工業(yè)的生產(chǎn)需要多種助劑，以常用的無(wú)毒增塑劑為例，研究顯示，我國(guó)每年需要無(wú)毒增塑劑120 萬(wàn)噸，其市場(chǎng)價(jià)值達(dá)到200 億元。不僅如此，以無(wú)毒增塑劑為主的附屬市場(chǎng)也非常巨大，能夠帶動(dòng)大量產(chǎn)業(yè)發(fā)展。例如在食品行業(yè)，生物無(wú)毒增塑劑可以用于食品包裝，這是一個(gè)巨大的市場(chǎng)；在醫(yī)藥行業(yè)，生物無(wú)毒增塑劑也可以用于大量器械以及藥物包裝，如各種注射器、輸液袋和膠囊等，其產(chǎn)業(yè)價(jià)值達(dá)到2 000 億元。在玩具行業(yè)中，生物無(wú)毒增塑劑逐漸取代了具有一定毒性的石化鄰苯類(lèi)增塑劑，因此帶動(dòng)了生物無(wú)毒增塑劑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?；谏餆o(wú)毒增塑劑自身的安全性和無(wú)毒性，其市場(chǎng)價(jià)值更加突出，其發(fā)展前景廣闊，對(duì)于推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要作用。

棕櫚酸異辛酯具有良好的熱穩(wěn)定性，同時(shí)還可以達(dá)到耐寒耐堿效果，還具有內(nèi)潤(rùn)滑作用，這種增塑劑在生產(chǎn)過(guò)程中得到廣泛應(yīng)用。此外，棕櫚酸異辛酯還是一種非常重要的非離子表面活性劑，這種產(chǎn)品在化妝、紡織等化工行業(yè)也具有廣闊的應(yīng)用前景。我國(guó)的研究人員開(kāi)發(fā)出固定化假絲酵母脂肪酶催化合成棕櫚酸異辛酯的技術(shù)，能夠達(dá)到降低能耗的效果，同時(shí)還可以減少生產(chǎn)過(guò)程中的污染物排放，同時(shí)具有較高的轉(zhuǎn)化率，具有良好實(shí)踐生產(chǎn)效果。

3 趨勢(shì)與展望

近年來(lái)，化學(xué)產(chǎn)業(yè)得到進(jìn)一步發(fā)展，精細(xì)化學(xué)品產(chǎn)業(yè)的發(fā)展更為迅猛，尤其是生物合成技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，為精細(xì)化學(xué)品的發(fā)展帶來(lái)強(qiáng)大支撐。很多西方發(fā)達(dá)國(guó)家在精細(xì)化學(xué)品產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方面取得領(lǐng)先地位。我國(guó)的生物合成技術(shù)在精細(xì)化學(xué)品產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用也得到有效發(fā)展，表現(xiàn)出良好的發(fā)展態(tài)勢(shì)。很多精細(xì)化學(xué)品的生產(chǎn)水平已經(jīng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，同時(shí)為國(guó)際提供了大量精細(xì)化學(xué)品產(chǎn)品。

從總體上來(lái)看，我國(guó)已經(jīng)是一個(gè)精細(xì)化學(xué)品生產(chǎn)大國(guó)，但是在相關(guān)技術(shù)方面依然存在較大局限性，無(wú)法達(dá)到精細(xì)化學(xué)品生產(chǎn)強(qiáng)國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)。近年來(lái)，生物合成技術(shù)得到迅猛發(fā)展和應(yīng)用，尤其是在精細(xì)化學(xué)品產(chǎn)業(yè)方面的應(yīng)用，有效促進(jìn)了精細(xì)化學(xué)品產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，給精細(xì)化學(xué)品產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了新的動(dòng)力。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著對(duì)生物催化劑改造手段的日益豐富，很多關(guān)鍵生產(chǎn)技術(shù)得到改進(jìn)，能夠提高生產(chǎn)效率，降低能耗，同時(shí)可以減少生產(chǎn)過(guò)程中污染物的排放，避免對(duì)自然環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重污染，進(jìn)而達(dá)到更好的整體生產(chǎn)效果。在這些技術(shù)的支持下，一些傳統(tǒng)上我國(guó)產(chǎn)量大、產(chǎn)值高，但是環(huán)境污染比較嚴(yán)重的精細(xì)化學(xué)品生產(chǎn)領(lǐng)域，如醫(yī)藥中間體、染料和色素、膠黏劑和密封劑等，能夠在新技術(shù)的幫助下實(shí)現(xiàn)高效安全綠色生產(chǎn)，尤其是能夠大規(guī)模采用綠色環(huán)保的生物制造技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)升級(jí)，這種技術(shù)的應(yīng)用，不僅可以從整體上提高生產(chǎn)效率，還可以減少生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)資源的消耗，降低對(duì)環(huán)境的污染，提高整體生產(chǎn)效率，從而實(shí)現(xiàn)我國(guó)精細(xì)化學(xué)品產(chǎn)業(yè)緊追國(guó)際先進(jìn)水平，甚至實(shí)現(xiàn)彎道超車(chē)。