以生物技术代替化学工艺

2020年9月25日文章 

Biotechnologische Produktion

不论是药品、食品还是日常用品,如洗涤剂、清洁剂等:生物技术已成为工业生产过程中不可或缺的一部分,原因就在于这种生产工艺更加环保。细菌、藻类或真菌等微生物在常温常压下便能以高产率实现复杂的物质转化。相比之下,化学过程往往需要高温和高压,而且还会产生污染环境的废物。

以表面活性剂为例,生物技术生产的过程如下:在一个容器中,用制糖剩余物的提取物,或使用木材提取物、昆虫等喂养微生物,并添加空气,微生物借此便会产生所需的表面活性剂。这些均是重要的活性清洁成分,能够溶解和结合脂肪。

要获得最佳表面活性剂量,必须养殖足够的微生物,也就是生物量。为此,必须加入空气和一定种类和数量的糖,同时重新调整温度和PH值。如何调整框架条件,需要根据生物量的生长速度来决定。例如,如果生物量太少,那么就应添加比原计划更多的养分,使生物量能够更快生长。

简而言之,糖类和氧气的喂养决定了生物量的生长。生物量的代谢产物是二氧化碳。
简而言之,糖类和氧气的喂养决定了生物量的生长。生物量的代谢产物是二氧化碳。

借助软传感器技术,能够以低成本相对精确地确定生物量

生物量的测量是诸多挑战之一。在价格敏感型工业化生产过程中,生物量的测量不够精确或过于昂贵,因此采用生物技术大规模生产表面活性剂等产品不具竞争优势。在这些方面,化学生产仍然是首选工艺。

为了降低成本,费斯托正在研究相对精确和成本效益更高的软传感器技术方法,以确定生物量,即细菌数量。此方法利用现有测量数据和其他已知信息来计算未知量——在此例中为微生物之和,也就是生物量。

计算中将考量营养物质和空气的供给,以及温度、溶解氧、压力、反应器填充度、pH值和细菌呼出的二氧化碳量等测量值。因为数据会连续获得在线记录,因此能够优化工艺,提高产品产量。得益于这种极具成本效益的计算方法,生物技术工艺正日益成为化学工艺的替代品。

生物量计算主要考量例如营养物质和空气供给、反应器填充度和细菌呼出的二氧化碳量等。
生物量计算主要考量例如营养物质和空气供给、反应器填充度和细菌呼出的二氧化碳量等。

针对其他产品同样已推出可替代化学工艺的生物技术方案,且与表面活性剂所采用的工艺非常相似。例如,在食品工业中,会使用霉菌生产柠檬酸,而且转基因细菌还可以生产人胰岛素等医疗制剂。