——访中国工程院院士欧阳平凯

         欧阳平凯 中国工程院院士，南京工业大学校长。长期致力于生物化学工程领域的研究，先后主持了国家“973”项目2项、国家自然科学基金重点项目2项等多项国家和省部级项目，上世纪90年代以来共计发表论文300余篇，申请专利100余项，出版专著7部，培养博士、硕士100余名。2007被评为江苏省“教学名师”。先后获得国家科技进步一等奖1项，国家技术发明二等奖1项，杜邦科技创新奖1项，省部级一等奖3项，并荣获何梁何利科技进步奖、联合国发明创新科技之星奖，荣获国家有突出贡献中青年专家、“全国杰出专业技术人才”称号。担任中国生物工程学会理事长，中国石油和化学工业联合会副会长，江苏省科学与技术协会主席，江苏省生物技术协会理事长，江苏省化学化工学会理事长，中国化工学会生物化工专业委员会主任，世界化工联合会中方理事。担任国务院学位委员会学科评议组成员，国家工程技术研究中心评审委员，国家科技奖励委员会评审组委员，国家重点实验室验收专家组成员，国家中长期科技规划专家组成员。1991年起享受政府特殊津贴，2001年获“全国模范教师”称号。

前不久在国家会议中心举办的国家“十一五”重大成就展上，生物质能源成为展会一大亮点。普普通通的玉米芯经过加工处理就可以生产出木质素、纤维素乙醇、低聚木糖和木糖醇等物质。

       中化新网讯   随着生物化工上游技术——生物工程技术的进步以及化学工程、信息技术和生物信息学等学科技术的发展，生物化工将迎来又一个崭新的发展时期。目前世界大公司正把注意力向生命科学部分转移，生物化工行业百花齐放的局面在很长一段时间内将不会改变。

       记者：与传统化工相比，生物化工最突出的特点是什么？未来面临怎样的发展机遇？

       欧阳平凯：生物化学工程又称生化工程或生物化工，是化学工程与生物技术相结合的产物。生物化工是生物技术的重要分支。与传统化学工业相比，生物化工有其突出特点：主要以可再生资源作原料；反应条件温和，多为常温、常压，生产过程能耗低、选择性好、效率高；环境污染较少；投资较小；能生产目前不能生产或用化学法生产较困难的性能优异的产品。由于这些特点，生物化工已成为化工领域重点发展的行业。

       生物化工发展至今已经历了半个多世纪，最早主要是生产抗生素，随后为氨基酸发酵、舀体激素的生物转化、维生素的生物法生产、单细胞蛋白生产及淀粉糖生产等工业化服务。自20世纪80年代起，随着现代生物技术的兴起，生物化工又利用重组微生物、动植物细胞大规模培养等手段生产药用多肽、蛋白、疫苗、干扰素等。生物化工的应用领域已涉及到人类生活的方方面面，包括农业生产、化轻原料生产、医药卫生、食品、环境保护、资源和能源的开发等各领域。随着生物化工上游技术——生物工程技术的进步以及化学工程、信息技术和生物信息等学科技术的发展，生物化工将迎来又一个崭新的发展时期。

传统不可降解地膜耗费大量石油资源，而且破坏深层土壤结构。可生物降解地膜以可再生资源作原料，环境污染小，经济和社会效益大。图为使用了生物降解地膜的作物。

       记者：许多从事传统化工生产的公司纷纷涉足生物化工，这一产业出现了哪些值得关注的新趋势？

       欧阳平凯：由于生物化工涉及面广，涉及的行业多，所以从事生物化工的企业较多。据报道，上世纪90年代中期，美国生物化工企业数量有1000多家，西欧有580多家，日本有300多家。近年来，尽管行业竞争日趋激烈，生物化工企业有较大幅度减少，但与生命科学（主要指医药和农业生化技术）诸侯割据的局面不同，生物化工行业依然是百花齐放、百家争鸣。既有诺华、捷利康等从事生命科学的世界性大公司，也有帝斯曼、诺和诺德等大型精细化工公司，当然也有在某一方面有专长的小公司如Altus等。而且，由于国际大公司正把注意力向生命科学部分转移，生物化工行业百花齐放的局面在很长一段时间内不会有什么改变。

       行业与行业间的划分将日趋模糊，企业间的合作将加大。目前，许多从事医药、农业、环境、能源等方面生产的企业，正在从事生物化工生产。特别是某些从事传统化工生产的企业，也纷纷涉足生物化工领域。如杜邦公司长期以来主要从事有机化工和聚合材料的生产，现在正加大生物化工技术的开发力度，已开发成功了生物法1,3-丙二醇工艺，用改性大肠杆菌生产己二酸的工艺也在开发之中。帝斯曼公司以前主要从事抗菌素方面的生产，现也加大了生物化工的投资力度。

       由于生物化工涉及面广，许多生化公司都有自己的专长，它们之间为了商业利益的合作非常活跃。此外，随着从事传统行业生产的厂家加入，由于技术与生产方面的原因，它们与从事生物化工开发与生产的企业合作也很频繁。所有这一切，都使生物化工行业的合作越来越广泛。如杜邦公司与杰宁科乐公司合作开发用生物法生产1,3-丙二醇，并进一步生产PTT树脂。荷兰的Purac公司与美国卡吉尔公司合资建设年产3．4万吨L-乳酸装置，并计划进一步发展到6．8万吨。帝斯曼公司与美国Maxygen公司签定了三年的研究合同，利用Maxygen的DNA重排和分子培养技术，开发用于7－ADCA和其它青霉素生产的酶和菌种。

酶工程DNA克隆，也称基因克隆或重组DNA，即应用酶学的方法, 在体外将各种来源的遗传物质DNA与载体DNA接合成具有自我复制能力的DNA分子，再通过转化或转染宿主细胞，筛选出含有目的基因的转化子细胞，经扩增提取获得大量同一DNA分子。

       记者：生物化工市场既有年需求量仅为千克级的昂贵产品，也有逾万吨的低价产品，这个领域未来发展方向是什么？可否具体举例说明？

       欧阳平凯：目前，全球生物化工年销售额在400亿美元左右，每年以7％～8％的速率增长。从产品结构来看，生物化工领域生产规模范围极广，市场年需求量仅为千克级的干扰素、促红细胞生长素等昂贵产品（价格可达数万美元／克）与年需求量逾万吨的抗生素、酶、食品与饲料添加剂、日用与农业生化制品等低价位产品几乎平分秋色。高价位的产品市场份额在50％～60％，低价位的产品市场份额在40％～50％。而且，从近年来生物化工的发展趋势及人们对医药卫生的重视程度来看，高价位产品的发展速率高于低价位产品。

       生物化工产品正向专业化、高科技含量、高附加值方向发展。传统的低价位产品受到冷落，而高价位产品如生化药物、保健品、生化催化剂等则备受青睐。许多公司为了追求较高利润，都将低附加值的产品剥离。如日本武田药品工业公司不再生产味精，转而生产其它高附加值的调味品如肌甘酸二钠（IMP）和鸟甘酸二钠（GwtP）。另外，生物化工将涉足以前很少涉足的领域，如高分子材料和表面活性剂等。

       生化药物由于附加值高也成为今后生物化工领域发展的重点。1997年生化药物市场销售额达130亿美元，其中细胞分裂素80亿美元，激素30亿美元，其他20亿美元；就具体药物而论，促红细胞生长素35亿美元，人胰岛素18亿美元，粒性白细胞克隆刺激因子16亿美元，人生长激素15亿美元，小干扰素11亿美元。预计今后其市场销售额还将以8％的速率增长。

       在氨基酸方面，虽然用于药物合成氨基酸的量相对较小，但其发展潜力很大。据报道，500种主要药物中，有18％含有氨基酸或由其衍生物合成。在药物合成中，使用最广泛的是L-脯氨酸、D-苯甘氨酸和D-对羟基苯甘氨酸。L-脯氨酸用于血管紧张素转化酶（ACE）的合成，D-苯甘氨酸和D-对羟基苯甘氨酸用于抗生素的合成。另外，多肽也是今后的发展重点之一。多肽是指有2个以上氨基酸用肽键组成的化合物，在临床上使用非常广泛，主要用于治疗癌症、HIV病毒和免疫系统功能减退、对传统抗生素产生抗体的感染以及疫苗等。全球合成多肽原药的产量在100千克左右，但销售额达2．5亿～3亿美元，而做成制剂的销售额则达25亿～30亿美元。多肽原药需求量的年增长率在10％以上。

大多数的DNA分子，包括A-DNA、B-DNA和C-DNA都是右手性的双螺旋结构。20世纪70年代，科学家发现了具有左手性双螺旋结构的Z-DNA。手性结构的发现可以指导科学家更好地认识和发现具有手性的药物。比如，酞胺哌啶酮的“R-对映体”是一种有效的镇痛剂，但其“S-对映体”则是致使胎儿畸形的罪魁。

       碳水化合物方面，用于临床的碳水化合物受到人们越来越多的关注。但是，用于临床的碳水化合物结构复杂，如一对单糖，其不同的化学键就多达22种。因此，用化学法合成复杂的碳水化合物比较困难，难以实现工业化，而用酶法合成则是一条切实可行的途径。

       作为生化催化剂的酶，也将是今后发展的重点。1997年，生化用催化剂销售额约1．3亿美元，在过去的3～5年间，每年增长速率在8％～9％，预计在未来的3～5年间，将以同样速度增长。生化催化剂主要用于手性药物的合成。当前，手性药物已成为国际新药研究与开发的新方向之一。在未来的25年内，约有一半的手性药物要通过生化催化合成，因此，生化催化剂无论从需求量和需求种类来看，都具有很大的发展潜力。

       此外，生化表面活性剂由于具有无毒、生物降解性好等优点，今后可能成为表面活性剂的升级换代产品，但目前还处于探索阶段。与此同时，生物化工在高分子材料、特殊化学品、生物晶片、环保等方面也将有极大的发展潜力。

酶工程示意图

       记者：当前生物化工领域最紧迫的研究课题是什么？

       欧阳平凯：不断提高菌株活力、发酵水平、生化反应过程、分离纯化水平，依然是生物化工面临的课题。

       在菌种开发方面，由于自20世纪70年代以来从自然界中筛选菌种以获得新的代谢产物的机会明显减少，人们便考虑利用已知菌种经适当改变其代谢特性后生产新的产品。如日本协和发酵公司已成功地把生产谷氨酸的菌种改为生产色氨酸。

       在生化反应器方面，反应器放大一直是一个老大难的问题。因此，利用计算机技术对整个生化反应过程进行数字化处理，从而优化反应过程，是今后的发展方向之一。

       在分离纯化方面，亲和层析受到广泛重视，有人研制了一种综合专家系统软件包，可在几分钟内告知对方被分离物系的分离方法和顺序，以便根据产品所需进行取舍。

       另外，在生化过程的在线检测和控制方面，利用生物传感器和计算机监控，依然是今后的发展方向。

       在酶催化反应中将发展有机溶剂中的催化反应。

  比利时建筑设计师文森特-卡尔博特根据蜻蜓的双翼设计了一种所谓的“蜻蜓垂直农场”。这种设计方案或许可以解决纽约罗斯福岛食品长途运输的问题。在这栋132层的巨型建筑中，包括了28个不同的农业生产领域，可以供应水果、蔬菜、肉类、牛奶和鱼类等各种农副产品。这栋建筑还包含有多个实验区、办公区和居住区等生活空间。