生物工程技术

河南理工大学 生物技术应用及影响                       姓名：江山                                 学院：计算机学院                                 专业：软件java                               班级：12-02                               学号：311209060213                                 序号：32     生物技术应用及影响     随着全球人口不断增多，人类消费需求量的增加，我们正面临着各种原来越多的挑战。而生物技术作为现代研究生产技术的前沿，必然要在问题的解决上发挥着重要作用。下面将主要谈谈生物技术在食品、医学、环境保护、新型能源等领域的应用、开发的前景。 1.  生物技术在新型食品开发和生产     从早期开始，因重组DNA技术的发现,食品生物技术开始进入快速发展阶段。另外,发酵技术、细胞生理学、菌株的改良,生物反应器技术。这一时期的典型产品为柠檬酸、多糖、氨基酸、维生素及酒精。自20世纪70年代以来,生物技术明确提出了食品生物技术的概念,生物技术在食品工业中应用的现状,对其前景进行了展望,并探讨影响食品生物技术发展的一些问题。生物工程下游技术、细胞固定化技术、细胞融合技术、代谢工程等众多技术的发展,也对现代食品生物技术的快速发展起了极大的推动作用。通过开发新生物资源,利用基因和代谢工程的手段,实现现代生物技术在营养和功能食品开发上的应用方面做了重点阐述。因此可更有效地利用微生物和有机碳源及氮源等原材料来生产发酵产品。 中国可食用的生物资源十分丰富,很多品种尚待开发,其中部分有十分优良的遗传特性。生物技术在食品上的应用最早可追溯到几千年前,那时就已经有面包、奶酪、葡萄酒和啤酒等发酵食品。生物技术在食品上的应用的第二阶段大约是100年前左右。在这一阶段,就可以对柠檬酸、多糖、氨基酸、维生素、乙醇等食品进行代谢控制发酵来生产。如果能用现代生物技术,对这些品种进行开发和利用,相信中国食品工业及生物技术工业,尤其是功能食品工业,定会有长足的发展,在世界食品工业中占据领先的地位。 食品生物技术 - 前景 现代食品生物技术的发展，其范围十分广泛，大体可分为工程和生物两方面。工程方面的进展局限性较大，例如通过研究各种环境及营养条件对生物反应过程的影响、建立模型，以及优化生物生产过程等工程手段，虽然可以有效提高生产效率，却难以大幅度提高生产率，这是由于生物固有遗传特性的限制，正如奥运会的游泳冠军在速度上，无论如何也赶不上海里的鲨鱼，所以要大幅度提高生产率及适应性，最重要的是改变生物的遗传特性，所以现代生物技术尤以生物方面的贡献为主。 生物技术是生物工程在产品生产上的应用,实际上是利用了自然的生物反应过程。由于微生物技术及化学工程原理已经建立,基因工程、蛋白质工程、细胞工程、酶工程和发酵工程等生物技术在食品工业中的应用及最新研究近况明食品生物技术作为一项高新技术将为食品工业的发展起着重要推动作用 食品生物技术 - 发展趋势 生物技术在食品工业中的应用首先是在基因工程领域，即以DNA重组技术或克隆技术为手段，实现动物、植物、微生物等的基因转移或DNA重组，以改良食品原料或食品微生物。如利用基因工程改良食品加工的原料、改良微生物的菌种性能、生产酶制剂、生产保健食品的有效成分等。 其次是在细胞工程的应用，即以细胞生物学的方法，按照人们预定的设计，有地改造遗传物质和细胞培养技术，包括细胞融合技术及动、植物大量控制性培养技术，以生产各种保健食品的有效成分、新型食品和食品添加剂。 再次是在酶工程的应用。酶是活细胞产生的具有高度催化活性和高度专一性的生物催化剂，可应用于食品生产过程中物质的转化。继淀粉水解酶的品种配套和应用开拓取得显著成效以来，纤维素酶在果汁生产、果蔬生产、速溶茶生产、酱油酿造、制酒等食品工业中应用广泛。最后是在发酵工程的应用，即采用现代发酵设备，使经优选的细胞或经现代技术改造的菌株进行放大培养和控制性发酵，获得工业化生产预定的食品或食品的功能成分。 作为一项极富潜力和发展空间的新兴技术，生物技术在食品工业中的发展将会呈现出以下趋势。大力开发食品添加剂新品种目前，国际上对食品添加剂品质要求是：使食品更加天然、新鲜；追求食品的低脂肪、低胆固醇、低热量；增强食品贮藏过程中品质的稳定性；不用或少用化学合成的添加剂。因此，今后要从两个方面加大开发的力度，一是用生物法代替化学合成的食品添加剂，迫切需要开发的有保鲜剂、香精香料、防腐剂、天然色素等；二是要大力开发功能性食品添加剂，如具有免疫调节、延缓衰老、抗疲劳、耐缺氧、抗辐射、调节血脂、调整肠胃功能性组分。   2． 生物制药技术的发展和应用 基因组科学的建立与基因操作技术的日益成熟，使基因治疗与基因测序技术的商业化成为可能，正在达到未来治疗学的新高度。转基因技术用于构造转基因植物和转基因动物，已逐渐进入产业阶段，用转基因绵羊生产蛋白酶抑制剂ATT，用于治疗肺气肿和囊性纤维变性，已进入Ⅱ，Ⅲ期临床，预计2001年上市。大量的研究成果表明转基因动、植物将成为未来制药工业的另一个重要发展领域。 20世纪80年代以来仅美、日开发的生物新药200多种。如：干扰素、白细胞介素、胰岛素、生长激素、乙肝疫苗等。除了遗传学之外，生物技术还可以继续改进预防和治疗疾病的疗法。这些新疗法可以封锁病原体进入人体并进行传播的能力，使病原体变得更加脆弱并且使人的免疫功能对新的病原体作出反应。这些方法可以克服病原体对抗生素的耐受性越来越强的不良趋势，对感染形成新的攻势。 除了解决传统的细菌和病毒问题之外，人们正在开发解决化学不平衡和化学成分积累的新疗法。例如，正在开发之中的抗体可以攻击体内的可卡因，将来可以用于治疗成瘾问题。这种方法不仅有助于改善瘾君子的状况，而且对于解决全球性非法毒品贸易问题具有重大影响。可见新兴的生物技术在医学应用上肩负着举足轻重的作用。 3、 生物技术在新能源方面的发展前景 生物能源是指利用生物可再生原料及太阳能生产的能源，包括生物质能、生物液体燃料及利用生物质生产的能源等，在中国是仅次于煤炭、石油和天然气的第四位能源。大力发展我国的生物能源不仅有利于能源的多样性保护和提高国家经济的安全性，而且有利于减少环境污染和缓解能源危机。既符合现阶段我国的国情，又符合经济可持续健康发展的战略。 目前，生物能源的主要形式有燃料酒精、沼气、生物制氢和生物柴油等。其中，燃料酒精和生物柴油将是我国当前的发展重点。目前，采用纤维素为原料大规模生产燃料酒精的关键问题是纤维素原料的预处理和高效的发酵工艺。生物柴油大规模生产的挑战性在于脂肪和油的来源有限，且原料成本占到生物柴油成本的60％～75％。但从技术上讲，生物柴油的生产比燃料酒精和生物制氢简单。 燃料酒精燃料酒精又称变性燃料乙醇，可分为替代燃料和燃料添加荆两种，是清洁汽油的主要代替物，已在一些国家和地区得到大量使用。目前燃料酒精正处于类似当年石油化工初级发展阶段和石油取代煤炭成为主要能源的商业萌芽阶段。许多农业资源丰富的国家如巴西、美国、英国、荷兰、德国等国的政府均已制定规划，积极发展燃料酒精工业。我国酒精年产总量仅次于巴西和美国，排位世界第3。 以多种能源作物比较，土地单位面积产量以甘蔗为最高；产酒精量也名列前茅；以甘蔗为原料制燃料酒精技术完全可行；加工费也是以甘蔗为原料最低。但从经济收益方面同产糖或产燃料酒精比较。则当前产糖效益会高于产酒精，因为产糖1吨只需甘蔗8～10吨，而产酒精则需13．5～15吨，而两种产品近年售价较接近，虽加工费产糖高于酒精，但原料费占生产成本是主要的。因此单从经济效益考虑则产糖优于酒精，但糖的消费量有限，放开发展可能会出现供大于求，然而发展燃料酒精则消费量很大，可以大力发展。为此，笔者认为应对甘蔗发展燃料酒精经剂政策方面作深入的研究。 北美和欧洲等国广泛使用以谷物淀粉作原料生产燃料酒精，巴西以甘蔗作为原料生产燃料酒精。在南美洲如巴西、阿根廷等国使用糖蜜生产燃料酒精。以植物秸秆等纤维素为原料生产燃料酒精是现在很多国家重点研究的课题，因为纤维素在自然界中量比较大。 4. 生物技术在未来环境保护方面的作用 现代生物技术是以DNA分子技术为基础，包括微生物工程，细胞工程，酶工程，基因工程等一系列生物高新技术的总称。现代生物技术不仅在农作物改良、医药研究、食品工程方面发挥着重要作用，而且也随着日益突出的环境问题在治理污染、环境生物监测等方面发挥着重要的作用。自20 世纪 80年代以来生物技术作为一种高新技术，已普遍受到世界各国和民间研究机构的高度重视，发展十分迅猛。 当今生物技术已广泛应用于环境监测、工业清洁生产、工业废弃物和城市生活垃圾的处理，有毒有害物质的无害化处理等各个方面。 污水的生物净化   污水中的有毒物质的成分十分复杂，包括各种酚类、氰化物、重金属、有机磷、有机汞、有机酸、醛、醇及蛋白质等等。微生物通过自身的生命活动可以解除污水的毒害作用，从而使污水中的有毒物质转化为有益的无毒物质，使污水得到净化。当今固定化酶和固定化细胞技术处理污水就是生物净化污水的方法之一。 污染土壤的生物修复   重金属污染是造成土壤污染的主要污染物。重金属污染的生物修复是利用生物(主要是微生物、植物)作用，削减、净化土壤中重金属或降低重金属的毒性。其原理是:通过生物作用(如酶促反应)改变重金属在土壤中的化学形态，使重金属固定或解毒，降低其在土壤环境中的移动性和生物可利用性，通过生物吸收、代谢达到对重金属的削减、净化与固定作用。污染土壤的生物修复过程可以增加土壤有机质的含量，激发微生物的活性，由此可以改善土壤的生态结构，这将有助于土壤的固定，遏制风蚀、水蚀等作用，防止水土流失。 化学农药污染的消除   一般情况下，使用的化学杀虫剂约80%会残留在土壤中，特别是氯代烃类农药是最难分解的，经生态系统造成滞留毒害作用。因此多年来人们一直在寻找更为安全有效的办法，而利用微生物降解农药已成为消除农药对环境污染的一个重要方面。能降解农药的微生物，有的是通过矿化作用将农药逐渐分解成终产物CO2和H2O，这种降解途径彻底，一般不会带来副作用；有的是通过共代谢作用，将农药转化为可代谢的中间产物，从而从环境中消除残留农药，这种途径的降解结果比较复杂，有正面效应也有负面效应。为了避免负面效应，就需要用基因工程的方法对已知有降解农药作用的微生物进行改造，改变其生化反应途径，以希望获得最佳的降解、除毒效果。要想彻底消除化学农药的污染，最好全面推广生物农药。 总而言之，生物技术作为新世纪兴起的一个重要学科技术。为了满足将来的生存和发展需要，我们更应该关注它的发展，投入更多的研究以促其前进发展。结合实际，科学合理的开发应用，使之更好、更全面、更高效的服务于人类文明事业的发展当中去。