面向資源與環境的生物基化學品技術創新與展望

徐鑫，陳驍，咸漠

（中國科學院生物基材料重點實驗室，中國科學院青島生物能源與過程研究所，山東 青島266100）

面向資源與環境的生物基化學品技術創新與展望

徐鑫，陳驍，咸漠

（中國科學院生物基材料重點實驗室，中國科學院青島生物能源與過程研究所，山東 青島266100）

生物基化學品是以可再生的生物質為原料，以生物細胞或酶蛋白為催化劑合成的產品。由于擺脫了對化石原料的依賴，同時避免了石油基產品制備過程的高能耗高污染，為了資源和環境的綠色、可持續發展，以可再生的生物質資源為原料，以生物轉化技術制備化學品是未來發展的主要趨勢。本文對目前國內外生物基化學品研發及生產概況進行綜述，預測生物基化學品制造業將朝著為原料多元化、生物轉化過程高效化、產品高值化的方向發展，針對生物轉化過程高效化的關鍵科學問題進行深入探討，提出生物學科與其他學科交叉融合是生物基化學品制造技術未來的發展方向，包括生物技術自身融合、生物與化工技術融合及生物與過程控制技術融合。

生物基化學品；制備技術；轉化體系；學科融合

生物基化學品是指利用可再生的生物質（淀粉、葡萄糖、木質纖維素等）為原料生產的高需求量的大宗化學品和高附件值的精細化學品等產品。由于擺脫了對化石原料的依賴，同時避免了石油基產品制備過程的高能耗和高污染，基于資源和環境可持續發展的雙重考量，以可再生的生物質資源替代不可再生的化石資源制備化學品是未來發展的主要趨勢。據世界經濟合作與發展組織預計，到2025 年，生物基化學品的產值將超過5000億美元，占全部化學品的25%左右。

世界各國政府、跨國企業、研究機構均高度重視生物基化學品的研發和生產。歐盟發布“創新可持續發展：歐洲生物經濟”戰略，提出增加研發投入和開發生物基產品市場等內容。美國2012 年發布的“國家生物經濟藍圖”將發展生物基化學品作為生物經濟的主要內容之一[1]。我國政府自“九五”起就不斷加大對生物基化學品的研發投入，“十二五”將生物產業作為大力發展和重點扶持的戰略新興產業，并出臺相關財稅政策扶持。全球范圍內，能源及化工制造業正在從不可再生的“碳氫化合物”時代向可再生的“碳水化合物”時代過渡[2]。

2015年3月24日，中央政治局會議中首次提出“綠色化”的概念，即加快推動科技含量高、資源消耗低、環境污染少的產業結構和生產方式。生物轉化技術的重金屬、有機溶劑、化學助劑使用少，對化石資源依賴程度低，是符合“綠色化”標準的環保的生產方式。因此，應大力發展生物基化學品制備技術，并以此為基礎，構建綠色新型產業結構和工業體系，逐步實現資源、環境及社會的可持續發展。

1 國內外生物基化學品研發與生產概況

生物質原料替代石油基原料、生物法替代化學法是國際化學品制造業發展的重點方向。近年來基因組學、蛋白組學、代謝組學及系統生物學等技術的進步，共同構建了化學品的生物合成通道。在各國政府政策和計劃的鼓勵和刺激下，英國石油公司（BP）、殼牌（Shell）、巴斯夫（BASF）、拜爾（Bayer）、杜邦（Dupont）、道化學（Dow Chemical）等大型跨國石油和化工集團斥巨資投入生物化工產業，發展面向生物制造的工業生物技術。目前已建立1,3-丙二醇、3-羥基丙酸、丁二酸、類異戊二烯、1,4-丁二醇、異戊醇、丙烯酸等傳統石油化工產品的生物制造路線，生物合成技術已經或即將產業化[3-9]。全球生物基化學品技術迅猛發展，目前已成功合成生物概念橡膠、生化纖維及生物塑料等產品已進入產業化應用。隨著綠色生物催化技術的進步，生物催化劑在化妝品、藥物及其中間體，或其他精細化學品合成中的應用正逐步擴大[10-14]。部分跨國公司生物基化學品生產規模見表1。

表1 部分跨國公司生物基化學品生產規模[15-18]

作為國家重點扶持的戰略新興產業，我國具備發展生物基化學品制造業的迫切需求與良好基礎。在政府的支持及企業、研究機構的努力下，我國生物基化學品方面的研究取得了一些成果。例如，中國科學院青島生物能源與過程所通過代謝工程技術在大腸桿菌中構建了異戊二烯的生物合成途徑，形成具有自主知識產權的制造技術[4]。清華大學的1,3-丙二醇生物轉化技術打破了杜邦等跨國企業的技術壁壘，并已與河南天冠集團等企業建成年產5000t的工業生產線[9,19]。南京工業大學與中國石化集團公司共同開發生物發酵法合成丁二酸技術，已建成1000t/a丁二酸生產中試裝置[20-22]。安徽豐原格拉特乳酸有限公司是亞洲/大洋洲地區最大的L-乳酸生產廠家，年生產能力為30000t，可以為聚乳酸項目提供高質量乳酸單體[18]。

當前，工業生物技術已進入大規模產業化階段，全球生物經濟處于起步向快速發展的躍升期，生物制造產業勢頭強勁，已成為現代生物經濟和生物產業發展的重點。然而，原料利用局限、產品種類單一、轉化效率不高，是制約生物基化學品產業化的極大障礙，也是生物基化學品基礎研究的關鍵攻關方向。加大生物基化學品的研發投入，培育與環境協調的高效生物煉制與生物轉化體系，盡快與國際接軌，成為我國工業生物技術領域重要的戰略任務。

2 生物基化學品發展與創新展望

2.1 原料利用多元化

原料成本占到生物基化學品總成本的30%～40%，乃至更高，開發價格低廉的多元化原料，是綠色化學品制備面臨的重要任務。我國目前每年約有11×108t各類農林廢棄物、15×108t畜禽糞便、1.6×108t城市垃圾、0.05×108t餐飲廢油，另外還有1×108多公頃不宜耕種農田可用于種植能源植物，這些低劣生物質的可用量經不同轉化途徑得到的能源約折合10億噸標準煤，是我國發展綠色化學品產業的重要的可持續資源[23-24]。此外，我國擁有豐富的煤炭資源，由煤炭而來的C1資源也是化學品轉化的重要原料之一，這些都是對短缺的石油資源的有效補充。

圖1示意了采用不同原料制備重要化學品丁二酸的合成路線[25-27]。以合成氣、葡萄糖和丁烷為原料制備丁二酸的理論產率分別為92.2%、117%和203%，盡管合成氣到丁二酸的原子利用效率較低，但是考慮其相對低廉的價格，較其他原料更具有優勢。此外，合成氣厭氧發酵還可轉化為乙醇、丁醇、乙酸、乳酸、丁酸、2,3-丁二醇、丙酮等化學品，是極具潛力與競爭力的原料[28]。

圖1 采用不同原料制備丁二酸

采用兩段式生物轉化技術從廢水中提煉生物能源與生物基化學品，是拓展原料來源的又一重要案例。該技術第一階段通過水解、酸解微生物將廢水中的有機物轉化成有機酸、醇中間體；第二階段利用特殊功能微生物合成其他高附加值化學品[29]，技術路線見圖2。對有機廢水進行回用，一方面可以解決環境污染問題，另一方面降低了生物基化學品的成本。從資源利用、產品應用前景及經濟性等角度看，有機廢水是生物基化學品制造業值得探索的重要原料之一。

圖2 以有機廢水為原料合成生物基化學品

CO2是主要的溫室氣體，也是取之不盡的廉價碳源。我國2013年的CO2排放總量達到100×108t，居全球首位，如能有效利用，一方面可提高碳資源的利用率，一方面可緩解高排放的壓力。以CO2為原料合成化學品、染料或高附加值材料，在國內外已有成功案例。例如，美國Michael Adams課題組構建成功可利用CO2和H2生成3-羥基丙酸甲酯的微生物，該研究結果已發表于PNAS雜志[30]。中國科學院天津工業生物技術研究所馬延和課題組通過構建光合藍細菌，實現以CO2為底物，生物合成酸、醇、酮等典型化學品，為化學品的原料拓展提供了新的思路[31-32]。

2.2 生物轉化體系高效化

生物轉化技術制備化學品具有綠色、可持續的特點，是發展低碳經濟的關鍵技術。以生物轉化技術應用于大規模能源、材料、化學品的制造，是傳統化石經濟向低碳經濟過渡的必要工具，也是轉變經濟增長模式，保障社會可持續發展的有效手段。目前開發較好的生物基化學品有1,3-丙二醇、L-乳酸等[33-34]。然而，相對于建立在“三苯三烯”基礎上已完全成熟的傳統化工體系，建立在糖類醇類為構筑單元的生物基化學品工業還很年輕，有很大發展空間，許多平臺化合物的生物合成方法還不成熟，存在合成效率不高、分離純化困難、難于產業化等問題，而理想的綠色工業技術應滿足高轉化率、高選擇性、易分離等特點。通過汲取傳統生物技術與其他技術之長，實現學科的創新與交叉融合，提高生物催化體系的催化效率及耐受性，提升生物基化學品制備技術的產業化能力，是未來生物轉化技術的重要發展方向，包括生物技術自身融合、生物與化工技術融合及生物與過程控制技術融合。

提升微生物的催化效率是實現高效生物轉化體系的核心。由于體內的各類反應并非孤立存在，而是在復雜代謝網絡中，受到胞內的各項調控與制約，因此基于單一途徑代謝改造的方法常常達不到理想催化效率或者無法構建復雜的合成路線。近年興起的合成生物學通過轉錄組學、蛋白組學、代謝組學等相關學科的融合，可較好地解決這個問題。通過合成生物學技術，可從全細胞代謝網絡角度改造、優化或從頭創建具有特定功能的人工生物轉化體系，提高細胞的生物制造能力及對目標產物的耐受能力，是構建高效生物轉化體系的創新技術（見圖3）。異丁醇的生物合成是人工生物轉化體系構建的經典案例。傳統化工過程制備異丁醇，通常以石油為起始原料，通過丙烯羰基合成法生產，工藝繁瑣，催化劑價格高。美國加州大學洛杉磯分校James Liao課題組利用構建啟動子元件、基因敲入、代謝途徑替換等手段，在大腸桿菌中重構了異丁醇的合成途徑：首先由2-酮酸脫羧酶催化2-酮異戊酸脫羧生成異丁醛，然后由乙醇脫氫酶催化，將異丁醛還原為異丁醇。該菌株在常溫常壓下以葡萄糖為原料合成高級醇及其衍生物，避免了傳統化學法催化劑成本高、工藝復雜等問題。該工作發表于Nature雜志，并在次年由杜邦公司應用于生產[8,35]。抗癌藥青蒿素前體青蒿酸的生物合成是合成生物學應用的又一例證。加州大學伯克利分校的Keasling課題組通過合成生物學方法設計、重組并優化人工生物轉化體系，在酵母菌中構建了青蒿酸的生物合成途徑，青蒿酸產量達到25g/L，實現了生物發酵法的低成本生產[36]。

圖3 人工生物轉化體系構建

充分發揮生物、化工技術的優勢，使傳統化工與生物轉化過程有效融合，是提高反應體系轉化效率的又一創新思路。化學品制備過程的多步反應可以通過化學過程或生物過程實現，兩種方式可以分解或集成，根據每步反應的效率、綠色、成本、放大等問題選擇所使用的過程。采用兩段式制備戊內酯是生物-化學分步反應的典型案例。該技術第一階段利用重組大腸桿菌為生物催化劑發酵合成甲羥戊酸，并萃取出來，第二階段將甲羥戊酸酯化生成β-甲基-δ-戊內酯，然后聚合成嵌段共聚物用于橡膠合成。以生物發酵過程與有機化學結合，充分發揮兩種技術優勢，達到綠色、高效合成化學品的目的（見圖4）。該工作已發表于PNAS雜志[37]。美國杜邦公司采用類似的生物-化學分步反應合成聚酯材料PTT，即首先以工程菌發酵生成1,3-丙二醇單體，然后化學聚合生成PTT。以玉米淀粉為原料采用生物-化學法制造PTT的總成本低于環氧乙烷羰基化法、丙烯醛水合氫化法等傳統石化路線，且能耗降低25%。杜邦公司因此榮獲美國綠色化學總統獎[9,38]。

圖4 兩段式生物-化學技術合成戊內酯聚合物

綜合生物過程與化工過程的優勢，將兩種學科有機融合、集成，是提高轉化效率，實現原子經濟性高，選擇型好的綠色反應過程的又一方式。以纖維素水解催化劑為例，催化劑與纖維素表面作用與調控以及提高纖維素分子與催化劑的可及度是實現纖維素高效水解的關鍵，以生物酶與底物的作用機制為指導開展化學催化劑的結構優化，通過對酸性催化劑的設計，制備仿酶酸性共聚高分子以及可分離納米固體酸催化劑，實現酸性催化位點在纖維素表面富集，可有效提高化學催化劑的選擇性[39]（見圖5）。反應分離耦合技術是生物-化工技術集成的另一案例。該技術利用表面活性劑在水溶液里形成50～100nm大小的膠束，作為貴金屬催化反應的納米反應器。其反應濃度高，速率快；產品產率高，可直接分離；催化劑可重復使用，活性降幅小。該技術可利用不純的化合物作為原料，拓展了更多選擇性方法，拓展了能在水相中催化的催化劑，拓展了低耗能的分離技術，拓展了多組分體系的轉化方法——將從生物質中得到的多組分體系直接轉化為所需的多組分產品[40]。加州大學圣巴巴拉分校的Lipshutz教授因此獲得了2011年第十六屆美國總統綠色化學挑戰獎的學術獎。

圖5 纖維素水解催化劑設計思路

較低的生產強度是制約生物基化學品產業化的瓶頸。強化生物轉化過程控制，將生物技術與過程控制技術集成，是提高工業生物轉化效率的重要手段。其核心問題是物質/能量微觀傳遞規律及其與反應過程的協同機制。由于微生物發酵在氣-液-固三相體系中進行，當達到一定培養密度時，發酵液呈高密度及高黏度狀態，其物質、能量傳遞速率及均衡度與細胞的生長代謝、底物利用及產物生成均處于動態變化中，且實時相互作用，因此生物轉化過程的工程化控制具有高度復雜性。引進現代控制理論，建立以過程工程為基礎的動力學模型，對操作單元即生物反應器進行控制與優化，是提升轉化效率的研究方向。如采用計算機在線數據采集系統對發酵過程進行控制，應用遺傳算法或神經網絡對生物過程局部或全局進行優化和模擬，利用混沌算法對經驗數據進行修正或延伸擴展等。清華大學程易課題組[41-43]利用紅外光纖探頭及離子成像測速技術，研究了攪拌反應器的流場及氣-液-固三相體系中物質傳遞特性，并建立了模擬流動模型，揭示了細胞等固體顆粒的運動規律，為生物反應器的優化設計提供了理論支持。具體到工業化生產中，主要通過生物技術與過程工藝集成，發展高性能攪拌反應器和設計非攪拌式新型高效反應器來提高工業生物過程轉化效率。如美國Chemineer公司研發的輪軸式攪拌槳，可有效避免發酵體系的表面張力及攪拌剪切力，保證高密度發酵的傳質效率，提高產能20%～30%[44]。

2.3 產品高值化

當前，部分大宗化學品同質化競爭嚴重，同時面臨一定程度的產能過剩。而高端化學品，如新型化學品、專用化學品、新材料等短缺，其中化工新材料及部分單體缺口突出，發展空間較大。據美國IHS 化學咨詢公司預測，2010—2015年全球高端化學品年均需求增長率保持在3.5%左右，整體高于大宗化學品增長水平，在亞洲和新興地區的高端化學品需求增速將高達10%～15%[45]，我國高端化學品進口依存度見表2。傳統化工產品產能過剩與高端專用化學品缺乏的矛盾日益突出，化工行業的結構性失衡局面日益突顯。結合化工產業綠色化的環境需求，瞄準高附加值的產品開發，是未來生物基化學品技術發展的重要方向。強化生物基高端化學品的研究和布局，包括特種橡膠、特種工程塑料、新型復合材料、表面活性劑、精細化工（如手性化合物等）等領域進行技術開發和生產，加大研發投入力度，開發新型、高性能產品。高端化學品制造的核心是其中間體及聚合單體的生產技術。例如，高品質的長鏈二元酸是制約生物基尼龍（即生物基聚酰胺）生產的瓶頸，因此，為獲得高性能生物基尼龍，精制長鏈二元酸的研發尤為重要。

表2 部分專用化學品進口依存度（2013年）

3 結 語

基于工業生物技術的生物基化學品產業是保障環境、經濟與社會協調永續發展的重要支撐，將為實現低碳經濟與綠色化工業可持續發展提供助力。推動我國生物基化學品產業的發展，可以此為牽引，從產業鏈上游形成國際競爭力，促使傳統化工制造業向著規模化、集成化、綠色化發展。生物基化學品制備工業的發展將給基礎產品加工業帶來根本性的變革，并將極大地影響一個國家的經濟地位以及資源、環境安全。

結合世界科技發展前沿和我國國情，我國的生物基化學品制備技術要走有中國特色的發展道路，特別要考慮資源的融合、過程的環境效益和產品的經濟效益。通過科技創新，突破生物基化學品開發中制約產業發展的核心技術，提高規模化、產業化能力與產品競爭力，構建從可再生原料到終端制品的全產業鏈，建立良好的產業發展環境，從而推動我國生物基化學品產業整體水平向前發展。

[1] 陳方，鄧勇. 工業生物制造技術進入世界先進行列[J]. 中國科學院院刊，2013，28（5）：618-621.

[2] 陳洪章，邱衛華，邢新會，等. 面向新一代生物及化工產業的生物質原料煉制關鍵過程[J]. 中國基礎科學，2009（5）：32-37.

[3] 馬延和. 合成生物學及其在生物制造領域的進展與治理[J]. 科學與社會，2014，4（4）：11-25.

[4] Yang Jianming，Zhao Guang，Sun Yuanzhang，et al. Bio-isoprene production using exogenous MVA pathway and isoprene synthase inE.coli[J].Bioresource Technology，2012，104：642-647.

[5] Murali M R，Singaravelu Vivekanandhan，Manjusri Misraa，et al. Biobased plastics and bionanocomposites：Current status and future opportunities[J].Progress in Polymer Science，2013，38（10-11）：1653-1689.

[6] Raj S M，Rathnasingh C，Jo J E，et al. Production of 3-hydroxypropionic acid from glycerol by a novel recombinantEscherichia coliBL21 strain[J].Process Biochem.，2008，43：1440-1446.

[7] Cheng K K，Zhao X B，Zeng J，et al. Biotechnological production of succinic acid：Current state and perspectives[J].Biofuels Bioprod Biorefining，2012，6（3）：302-318.

[8] Atsumi S，Hanai T，Liao J C. Non-fermentative pathways for synthesis of branched-chain higher alcohols as biofuels[J].Nature，2008，451：86-90.

[9] Bhatia S K，Kurian J V. Biological characterization of Sorona polymer from corn-derived 1,3-propanediol[J].Biotechnology Letters，2008，30（4）：619-623.

[10] Yue Y，Lian J N，Tian P F，et al. Cloning of amidase gene from Rhodococcus erythropolis and expression by distinct promoters inBacillus subtilis[J].Journal of Molecular Catalysis B：Enzymatic，2009，56（2）：89-95.

[11] Nallia S，Coopera D G，Nicellb J A. Metabolites from the biodegradation of diester plasticizers byRhodococcus rhodochrous[J].Science of the Total Environment，2006，366（1）：286-294.

[12] Vishal S，Nikki G，Datta M. Lactic acid fermentation in cellrecycle membrane bioreactor[J].Applied Microbiology and Biotechnology，2006，128（2）：171-184.

[13] Adrie J J，Susana S，Telma T F，et al.Feasibility of acrylic acid production by fermentation[J].Applied Microbiology and Biotechnology，2005，67（6）：727-734.

[14] Michael S，Barbel K. Roland W S W，et al. 3-Hydroxypropionic acid as a nematicidal principle in endophytic fungi[J].Phytochem.，2004，65：2239-2245.

[15] 紅楓. 生物質化工產品拓展開發和應用[J]. 精細化工原料及中間體，2009（3）：35 - 40.

[16] 錢伯章. Myriant公司以非食物的纖維素為原料生產琥珀酸和乳酸[J]. 橡塑資源利用，2011（5）：48.

[17] 李雅麗. 美國Genomatica公司推進生物基1,4-丁二醇/丁二烯工業化進程[J]. 石油化工技術與經濟，2011，27（5）：56.

[18] 譚天偉，蘇海佳，楊晶. 生物基材料產業化進展[J]. 中國材料進展，2012，31（2）：1-6.

[19] 劉宏娟，杜偉，劉德華. 生物柴油及1,3-丙二醇聯產工藝產業化進展[J]. 化學進展，2007，19（s2）：1185-1189.

[20] Bao H J，Liu R M，Liang L Y，et al. Succinic acid production from hemicellulose hydrolysate by anEscherichia colimutant obtained by atmospheric and room temperature plasma and adaptive evolution[J].Enzyme Microb. Technol.，2014，66：10-15.

[21] Wang D，Li Q，Yang M H，et al. Efficient production of succinic acid from corn stalk hydrolysates by a recombinantEscherichia coliwith ptsG mutation[J].Process Biochem.，2011，46：365-371.

[22] Wang C，Zhang H L，Cai H，et al. Succinic acid production from corn cob hydrolysates byenetically engineered corynebacterium glutamicum[J].Appl. Biochem. Biotechnol.，2014，172（1）：340-350.

[23] 陳國強，陳學思，徐軍，等. 發展環境友好型生物基材料[J]. 新材料產業，2010（3）：54-62.

[24] 馬延和. 生物煉制細胞工廠：生物制造的技術核心[J]. 生物工程學報，2010，26（10）：1321-1325.

[25] Litsanov B，Brocker M，Oldiges M，et al. Succinic acid//Bioprocessing of Renewable Resources to Commodity Bioproducts[M]. New York：John Wiley & Sons，Inc.，2014：435-472.

[26] Beauprez J J，de Mey M，Soetaert W K. Microbial succinic acid production：Natural versus metabolic engineered producers[J].Process Biochem.，2010，45（7）：1103-1114。

[27] Bengelsdorf F R，Straub M，Durre P. Bacterial synthesis gas（syngas）fermentation[J].Environ. Technol.，2013，34：1639-1651.

[28] Burk M J，Schilling C H，Burgard A P，et al. Methods and organisms for utilizing synthesis gas or other gaseous carbon sources and methanol：US，8323950 B2[P]. 2011.

[29] Li W，Yu H. From wastewater to bioenergy and biochemicalsviatwo-stage bioconversion processes：A future paradigm[J].Biotechnol. Adv.，2011，29：972-982.

[30] Keller M W，Schut G J，Lipscomb G L，et al. Exploiting microbial hyperthermophilicity to produce an industrial chemical，usinghydrogen and carbon dioxide[J].PNAS，2013，110（15）：5840-5845.

[31] Jin H，Chen L，Wang J，et al. Engineering biofuel tolerance in non-native producing microorganisms[J].Biotechnology Advances，2014，32（2）：541-548.

[32] Zhou J，Zhang H，Zhang Y，et al. Designing and creating a modularized synthetic pathway in cyanobacteriumSynechocystisenables production of acetone from carbon dioxide[J].Metabolic Engineering，2012，14（4）：394-400.

[33] 蔣劍春. 生物質能源轉化技術與應用（Ⅰ）[J]. 生物質化學工程，2007，43（3）：59-65.

[34] 何鳴元，孫予罕. 綠色碳科學——化石能源增效減排的科學基礎[J]. 中國科學：化學，2011，41（5）：925-932.

[35] Liao J C，Brynildsen M P. An integrated network approach identifies the isobutanol response network ofEscherichia coli[J].Molecular Systems Biology，2009，5（1）：277.

[36] Keasling J D. Manufacturing molecules through metabolic engineering[J].Science，2010，330（6009）：1355-1358.

[37] Xiong Mingyong，Schneiderman Deborah K，Bates Frank K，et al. Scalable production of mechanically tunable block polymers from sugar[J].PNAS，2014，111（23）：8357–8362.

[38] Otero J M，Cimini D，Patil K R，et al. Industrial systems biology of Saccharomyces cerevisiae enables novel succinic acid cell factory[J].PLOS ONE，2013，8（1）：e54144.

[39] Li X，Jiang Y，Li S，et al. Sulfonated copolymers with SO3H and COOH groups for the hydrolysis of polysaccharides[J].J. Mater. Chem.，2012，22：1283-1289.

[40] Gladysz J A. Award winning green organometallic chemistry：The Presidential Green Chemistry Challenge[J].Organometallics，2011，30：6059-6059.

[41] Wang W T，Zhao S F，Shao T，et al. Visualization of micro-scale mixing in miscible liquids using μ-LIF technique and drug nanoparticle preparation in T-shaped micro-channels[J].Chemical Engineering Journal，2012，192：252-261.

[42] Bao Y Y，Chen L，Gao Z M，et al. Temperature effects on gas dispersion and solid suspension in three phase stirred reactor[J].Industrial ＆ Engineering Chemistry Research，2008，47（12）：4270-4277.

[43] Wu C N，Cheng Y，Ding Y L，et al. CFD-DEM simulation of gassolid reacting flows in fluid catalytic cracking（FCC）process[J].Chemical Engineering Science，2010，65（1）：542-549.

[44] 譚天偉，元英進，程易，等. 工業生物技術的過程科學基礎研究[J].中國基礎科學，2009（5）：21-26.

[45] 謝在庫，劉志成，王仰東. 面向資源和環境的石油化工技術創新與展望[J]. 中國科學：化學，2014，44（9）：1394-1403.

·產品信息·

浙江力普納米級碳酸鈣粉碎生產線成省級技術創新項目

浙江省科技廳公布了“2014年度省科技型中小企業技術創新項目清單”，中國粉碎技術領航者——浙江力普粉碎設備有限公司承擔的“低成本、節能和無污染納米級碳酸鈣的粉碎成套生產線”榜上有名, 列入2014年度省級科技計劃。與此同時，該生產線在“2014中國碳酸鈣行業專家組工作年會”上，經專家評審、企業答辯，最后全票通過，成為中國碳酸鈣行業協會專家組唯一向全行業推薦應用的節能降耗納米碳酸鈣粉碎設備。這是該生產線繼獲得國家發明專利、列入浙江省新產品和科技創新專項資金支持之后的又一殊榮。

該生產線的創新之處在于自主研發了旋風粉碎機、分級機、集料裝置、除塵裝置、回料回風裝置等設備，優化布置組成用于納米碳酸鈣粉碎的成套生產線，實現了粉料超細粉碎的連續、高效和清潔生產。該生產線能耗低、噪聲小，其解聚后的納米碳酸鈣的粒徑分布均勻。核心技術已申請7項國家專利保護，處于國內領先水平。整條生產線集粉碎、分級、集料、除塵于一體，處于封閉狀態下完成，不會產生粉塵污染，清潔環保，實現納米鈣的規模化生產。

該生產線在業界廣泛使用，口碑良好。特別受到上市公司山西蘭花集團的充分肯定，評價這條線產線能耗低、產量大、細度集中、振實密度好，是進行納米碳酸鈣的活化、分散、粉碎處理的理想設備。

目前，該生產線暢銷山西、安徽、山東、四川、廣東、江西等省，遠銷俄羅斯、日本、中東等國家和地區，深受客商的青睞。

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Bio-based chemicals technology innovation and prospects facing resource and environment challenges

XU Xin，CHEN Xiao，XIAN Mo
（CAS Key Laboratory of Biobased Materials，Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology，Chinese Academy of Sciences，Qingdao 266100，Shandong，China）

Bio-based chemicals are synthesized from sustainable and renewable biomass by biological catalysts. The superiorities of the new industrial mode are obvious，such as independence of fossil resources，and avoidance of energy consumption and pollution. Taking account of the sustainable development of resource and environment，green synthesis will dominate in future bio-based chemicals manufacturing，i.e. using renewable biomass to substitute fossil resources. In this article，development of bio-based chemicals was reviewed from the aspects of research and industrialization. In the future，bio-based chemicals technology will be diversified in terms of feedstocks，efficient transformation systems and high-valuable products. The key scientific problems related to high-effective bio-transformation process was discussed，together with the future development direction of bio-based materials production，which combined biological technology with other technologies (e.g. biology，chemical or process control).

bio-based chemicals; preparation technology; transformation system; discipline integration

T 19

：A

：1000-6613（2015）11-3825-07

10.16085/j.issn.1000-6613.2015.11.001

2015-04-08；修改稿日期：2015-05-19。

中國科學院重點部署項目（KGZD-EW-606-1-3）及山東省科技發展計劃項目（2014GGF01070）。

徐鑫（1981—），女，助理研究員。聯系人：咸漠，研究員，從事生物化工領域研究。E-mail xianmo@qibebt.ac.cn。