时间：2023-08-30 09:16:49
绪论：在寻找写作灵感吗？爱发表网为您精选了8篇生物技术进展，愿这些内容能够启迪您的思维，激发您的创作热情，欢迎您的阅读与分享！
【关键词】生物技术 粮油食品工业
生物技术又可称之为生物工程，主要包括分子生物学、微生物学、细胞生物学、生理学、免疫学、系统生物学等多种学科，并和计算机、化学等学科内容相互渗透成为一个比较综合的学科，主要包括基因工程、细胞工程、酶工程等技术，其中基因工程是其主要的核心技术，该种技术主要应用在农业、植物、医学、食品、动物等领域。应用现代生物技术可以按照人们的意愿创造出人们想要的物种，或者是具有全新的功能，或者是改造原有的功能使其更好的满足人们的需求。
一、生物技术在粮食生产中的应用
生物技术在粮食生产中的应用主要有以下几个方面：可以利用转基因技术获得产量更高，并有一定的抵御虫害的作物品种，获得营养价值更高的作物品种，此外，还可以利用细胞工程技术对植物进行无性繁殖，从而获得高产量的作物，利用生物技术可以制造出无毒生物农药从生产出更多的绿色产品。生物技术培育出的作物主要有三代，第一代是通过培育转基因作物可以提高农作物抗虫害的能力，目前种植面积比较多的是抗除草剂的农作物。第二代是通过转基因来提高农作物的营养价值为主要特征。第三代是通过转基因作物提高食品的免疫功能，即可以利用转基因的作物来生产一些具有新功能的食品以及药物。
二、生物技术在粮油加工中的应用
我国的粮油加工产品主要以初级产品为主，而在食品的精深加工方面比较落后，资源的深层次利用率比较低，而利用生物技术可以将产品原料加工成产品并实现产业化，通过对农产品的二次开发以此形成新的产品。利用生物技术可以快速的提高粮油加工的能力并提升水平，使我国的粮油加工生产能力能够得到跨越式的发展。
三、生物技术在食品加工中的应用
生物技术已经渗透到了食品加工的各个方面，利用基因工程可以有效的改良发酵工业中的微生物菌种，对食品加工原料进行改造，提高氨基酸在食品加工中的含量，此外，利用基因工程还可以改进其生产工艺，进一步提高食品的营养价值。利用蛋白质工程可以创造出人类需求的不同功能的蛋白质新产品，可以更改酶的特性。在食品工程中酶技术的应用比较成熟，在粮油食品加工中应用比较广泛的是酶制剂的应用，主要有酿造酶、蛋白酶、果品酶等。这些酶主要应用在果蔬加工，乳制品加工等方面。
四、生物技术与食品安全
生物技术在食品安全中的应用主要是转基因食品安全问题。任何物种在进化过程中都会经历自然选择或者是人工选择，他们能够幸存的物种都是这两种选择的结果，不过是自然选择还是人工选择其实质都是遗传变异选择，在物种进化中遗传是基础，变异一定会存在。任何物种都是在遗传的基础上经过进化发展而来的，对遗传变异进行人工选择就是常规育种，而转基因育种在本质上和常规育种并没有本质的区别，转基因的食品安全问题和其它新出现的技术一样，只是在人类科学进步进程中新出现的科学问题而已，应该对以抱有正确的态度，深入的对其进行研究和探讨。转基因技术作为发展最快的新技术，正对人们生活的各个方面产生巨大的影响。
五、生物技术与食品安全检测
食品安全越来越受到人们的关注，日常食品安全已成为人们生活的焦点，为了让人们吃到更为安全的食品，对食品安全检测技术的研究已经提上日程，而生物技术在食品安全检测中的应用，发挥了较大的推动作用，并取得了不错的效果。在当前的食品安全检测中比较广泛应用的生物技术有生物芯片、免疫技术等生物技术，通过这些生物技术的应用使得食品安全的检测更加方便快捷而且灵敏度也比较高，人们对食品安全也更加放心。
六、粮油深加工生物技术的进展
在粮油深加工方面，美国主要利用酶以及发酵工程来进行粮油资源的开发，同时还利用基因工程等生物技术来改良农作物的性能，改善农作物所含的营养价值。生物技术在粮油加工中的应用主要有以下几个方面，首先是利用生物技术进一步提高农作物的产量，并为农作物的生产寻找更好地的农业技术。通过新的生物技术的应用进一步改良农作物的品种，另外，还有利用农作物、农业废弃物和加工副产物生产工业制品，包括生物能源、生物材料等。
七、结语
生物技术在食品粮油领域，在食品生产、粮油食品加工以及副产品利用等方面都有重要的应用，随着基因组技术在农作物的成功实施以及深入开展，新一轮的农业技术革命将会展开。为此，要认识在粮油食品安全领域生物技术应用的重要性，并不断在粮油食品加工中引入生物技术，以更好的促进粮油食品加工行业的发展。
参考文献：
【关键词】环境保护工程；生物技术；进展
随着环境保护工程的广泛展开，生物技术的应用已经拓展到各个方面，从单个环境目标治理，发展为全系统的广泛应用。本文主要阐述环境保护工程中生物技术的应用及重要进展进行论述。
1 环境保护与生物技术关系概述
环境保护的涉及面很广，包括空气质量、水资源保护、土地保护、森林保护等内容。由于人类对自然资源的过度开发和不合理利用，环境问题已经日益激化，生物技术作为一项有效的科技手段，对解决环境问题有着积极地作用。在当今资源保护过程中，生物技术已经占有主要的地位，生物净化技术的应用得到广泛认可。
我们享受着经济发展给生活所带来的舒适和方便，却忽视了环境对人类发出的警告。经济发展的代价是环境的严重破坏，随着环境破坏程度越来越严重，人们开始清醒的认识到环境必须要好好治理了。国人环境治理的意识正在不断的加深，生物技术得到了很好地发展，并应用到实际治理污染中[1]。虽然生物技术取得了一定的成绩，但仍然无法高效的解决环境污染问题。因此，我们对生物技术的研究还要继续深入，有效地实现研究成果和工程技术的结合，使之成为成熟的技术并推向市场。
生物技术方向潜力巨大，有很多领域都有新发现，继续挖掘生物技术的潜能，是未来环境治理的主流方法。生物技术的发展给环境保护带来了福音，但是生物技术的应用必须是严谨的，并遵守既定的原则，否则可能会再次对环境造成污染。随着人们生活节奏的不断加快，人们对于快捷方便的生活方式越来越依赖，但是经济发展不能以牺牲环境为代价，人类应该以高效率、低耗能、投入少的方式发展经济。生物技术能够成为经济发展的基本保障，深入研究生物技术，符合我国环境发展的国情。
2 环境生物技术的特点及现状
无数种生物构成了地球的生态系统，依靠这些生物完成了生态系统内的物质循环过程。环境生物技术产生就是利用了物质循环的原理，随着科技的发展生物技术被证明是环境保护的理想手段，这一技术的独特功能在解决环境问题过程中显示出无可比拟的优越性，这充分体现出它是一个纯生态的过程，符合我国可持续发展的战略思想。生物技术对处理环境污染具有很好地作用，同时具有速度快、成本低、效率高、消耗低等优点。因为生物技术来源于自然界中的生物，所以具有无二次污染、反应条件温等显著特点。环境生物技术明显的优势以及其广阔的市场前景，受到了世界各国的高度重视。
目前环境保护对生物技术的应用主要是微生物及其衍生物，少部分生物技术利用植物控制环境污染。目前生物技术是环境保护中应用最广泛、最为重要的技术，其在很多领域发挥作用。大气污染治理、水源污染控制、清洁可再生能源的开发、有毒有害物质降解、
废物资源化、污染环境修复、环境监测和重污染企业的清洁生产等各个方面都有生物技术的身影，并发挥着极其重要的作用[1]。使用环境生物技术处理环境污染物时，最终产物大部分是无毒害且稳定的物质，大部分有机污染物都转化为二氧化碳、水和氮气等。应用生物技术处理污染大多能一步到位，避免了污染物再次转移，因此它可以安全而彻底的消除污染。大部分有机污染物适可作为其他反应的底物，这些有机污染物经过生物转化后变成酒精、沼气、氨基酸、多肽等有用物质。生物转化的技术因此常常作为有机污染物资源化的首选技术。
3 环境生物技术的应用进展
3.1 在治理大气污染和改善空气质量中的应用
雾霾是2014年出现频率非常高的词，整个冬天它都纠缠着我国大部分城市，这样大规的雾霾天气说明我们的空气质量正在急速下滑，大气污染问题已经不容忽视，它已经严重影响人们的生活和身体健康。我国对治理大气污染、空气污染非常重视，生物技术已经应用在大气污染治理上。目前主要采用的方法有生物的吸附、生物的洗涤和生物的过滤等方法[2。生物技术虽然仍需要更大程度的提升，但与传统的废气治理方法相比，生物技术转化废气效果更加明显，而且节省时间，大大提高了工作效率。生物技术对能源的净化和转化更加安全可靠，经过处理的气体不会造成二次污染，甚至可以达到二次利用的效果。
3.2 在改善水体质量，治理水源污染中的作用
生物技术应用最为广泛的领域就是在改善水体质量方面，生物处理是目前水处理技术的重要手段，世界范围内大多都采用这一方法进行污水的处理。我国在污水处理上也会遵循这一趋势，不断研究发展并提升生物处理污水的能力。目前常见的水污染治理的生物技术有活性污泥法、生物膜处理法、稳定塘法、土地处理系统法和人工湿地处理系统法等[1]。生物技术应用突出表现在微生物水处理剂、废水处理、以及生物修复等方面。
3.3 在治理土地污染中的作用
我国针对土壤严重污染的问题，出台了较多政策进行治理。目前我国通常采用物理治理的方法解决土地污染，通过大面积的植树造林，保持水土，启动土壤森林净化循环的作用，避免发生大范围的水土污染和流失。其他物理化学方法以洗脱、吸附）为主 ，不仅投资成本高，而且极易造成二次污染[1]。我国作为农业大国，农业生产对土地的依附性很大，如果不注意土地污染问题的治理，后果不堪设想。但传统方法修复周期过长，治理速度远远不及污染速度，因此必须运用生物技术对土壤污染进行治理，同时保护土壤的有机成分，挽救每况愈下的土地。
3.4 生物技术的其他应用方向
生物转化过程是以酶为反应介质进行的，因为酶是一种活性蛋白，极易受到酸、碱及高温的破坏，所以生物反应的过程必须在常温、常压的环境下进行。生物反应的条件相对比较好达到，因而其投资少、耗能低、速度快好、效果好、操作简便、设备简单。
生物转化代替化学处理可以大大降低反应过程的污染水平，更有利于实现生态化生产或无废生产，从而实现清洁生产的目的。此外，生物反应的产品及副产品大多都是可以加快生物降解，有的甚至是下一次反应的催化剂，且反应产物大多可以作为其他生物的营养源加以利用。用生物反应产物代替一些化学药物、人工合成物、化石能源等，能把产生活动带来的环境污染降到最低，真正使经济发展遵循可持续发展的原理。应用生物技术还可以处理其他方法无法处理的环境问题，比如生物修复技术净化环境，能使受污染的珍贵资源如水资源、土地资源等恢复到健康的水平。
4 结束语
随着经济的不断发展，我国环境问题日益凸显，环境问题亟待解决，现有的生物技术已经不能满足社会发展的需要，因此需要不断挖掘生物技术的潜力，环境治理和技术革新的探索之路还要继续走下去。未来生物技术的研究必须要考虑到经济发展的因素，实现经济发展与环境保护相统一，促进社会进步与环境保护的协调发展。
参考文献：
甲硫氨酸是继谷氨酸之后产量第二大的氨基酸，2011年，针对动物饲料的甲硫氨酸市场年销售额约28.5亿美元，销量85万吨，年增长率5%。据不完全统计，2014年全球甲硫氨酸需求量约100万吨，呈逐年增长趋势。目前甲硫氨酸三大主要生产商为赢创（原德固赛）公司，安迪苏（原普朗克）公司和日本曹达（原孟山都）公司[6]。2006年，中国蓝星有限公司收购安迪苏子公司，并于2010年在江苏南京开始建厂，将最初年产能7万吨的计划翻倍至14万吨。该厂的建成投产将结束中国重要动物饲料添加剂完全依赖进口的局势。赢创公司2011年12月决议，在新加坡建立产能15万吨的甲硫氨酸加工厂，将在2014年第三季度投入生产。韩国杰希公司和法国阿科玛公司于2012年宣布将在东南亚建立产能8万吨的甲硫氨酸加工厂，该厂将采用全新的发酵-化学法联合生产线。德国巴斯夫公司虽然于2007年申请了发酵生产甲硫氨酸的专利，但至今仍不适用于商业生产。法国迈陀保利克公司和罗盖特公司合作致力于L-甲硫氨酸发酵产品的研发[6]。
2生物技术生产甲硫氨酸研究进展
2.1微生物发酵路线的相关研究
2.1.1甲硫氨酸生物合成途径的研究
为构建甲硫氨酸生产菌，首先需要了解甲硫氨酸的生物合成途径，其中最基本的氨基酸生产菌——大肠杆菌(Escherichiacoli)和谷氨酸棒杆菌(Corynebacteriumglutamicum)成为研究者关注的焦点。如图1，细菌中甲硫氨酸合成途径以天冬氨酸为起点，经天冬氨酸激酶(aspartokinase，AK)和高丝氨酸脱氢酶(homoserinedehydrogenase，HSD)两个限速酶催化，生成高丝氨酸，进而分别合成苏氨酸和甲硫氨酸。甲硫氨酸合成存在两个途径：巯基转移途径以胱硫醚为中间体，以半胱氨酸为硫源，而直接巯基化途径则可利用无机硫源。大肠杆菌只通过巯基转移途径合成甲硫氨酸，谷氨酸帮杆菌可同时利用两个途径。2002年Hwang等[14]在谷氨酸棒杆菌中发现了甲硫氨酸生物合成的直接巯基化途径，并对metY或metB进行突变，比较突变株生长参数。两种酶在序列上存在相似性，但微生物优先选择巯基转移途径。因此它们在进化上可能来自同一种酶，而MetY是长期进化过程中突变和自然选择的结果，存在受甲硫氨酸反馈抑制、与底物亲和性低的缺陷。2007年，该课题组[15]对MetB和MetY进行纯化，比较了二者的生化参数。发现MetB和MetY对O-乙酰高丝氨酸催化作用的Km值分别为3.9和6.4mmol/L，与之前的推测吻合。同时，MetY对硫化物离子的Km也过高，证明其与硫化物离子的结合也很微弱，温度和pH耐受性也较MetB差。至此，MetY存在的生理意义和利用价值尚不明晰。2006年，Krmer等[16]在对大肠杆菌和谷氨酸棒杆菌甲硫氨酸代谢途径进行计算机模拟分析时发现，以甲硫醇为硫源时，NADPH的消耗减少，可使甲硫氨酸理论产量得到提高。以甲硫醇或其二聚体二甲基二硫为硫源的原理是将其-S-CH3基团完整地插入甲硫氨酸的R基而直接生成甲硫氨酸。这一理论在2010年被Bolten等[17]证实，并通过基因敲除和14C同位素示踪实验证明，催化这一反应的酶正是MetY。至此，MetY这一独特功能为该领域的研究提供了全新的线索。
2.1.2甲硫氨酸生产菌选育的相关研究
除发酵常用的谷氨酸棒杆菌和大肠杆菌之外，枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)、百合棒杆菌(Corynebacteriumlilium)也常用作改造的出发菌株。2012年，Dike等[3]从不同土样中筛选出三株蜡样芽孢杆菌(Bacilluscereus)RS-16，DS-13,和AS-9，其中最优菌株RS-16经96h发酵产甲硫氨酸1.84mg/mL。但野生型菌株氨基酸的生物合成受到严格的代谢调控，一般不能满足大量生产氨基酸的需要。因此，需要人为打破微生物对甲硫氨酸生物合成的代谢调节。筛选抗结构类似物菌株和营养缺陷型菌株是最常用的育种方法。2003年，Kumar等[18]采用紫外和亚硝基胍诱变技术处理百合属棒杆菌，筛选获得M-128菌株，其甲硫氨酸产量为2.3g/L；2009年，闵伟红等[19-20]通过抗结构类似物的筛选获得北京棒杆菌(Corynebacteriumpekinense)突变株E31，其甲硫氨酸产量达1.479g/L。2011年，该课题组以E31为出发菌株，采用复合诱变和青霉素浓缩法筛选获得12株赖氨酸和苏氨酸双重营养缺陷型突变株，其中突变株GE37的甲硫氨酸产量达3.55g/L。这些传统的改造方法机理难以阐明，工作量大，但突变全面、有效。随着基因技术的发展，2007年，Park等[1]解除了苏氨酸对HSD的反馈抑制，同时敲除了thrB基因，阻止苏氨酸合成。分批发酵过程中甲硫氨酸产量达2.9g/L。2011年，Chen等[21]利用分子动力学模拟与统计耦合分析相结合鉴别出30个关键氨基酸残基，并证明这些残基的突变可在不同程度上解除大肠杆菌AKⅢ的反馈抑制。至此，对于两大限速酶的研究逐渐趋于半理性，能在代谢和进化水平上做出合理的解释，改造目标更明确。在菌种选育过程中，一些新发现也给研究人员以启示。2005年，Mampel等[22]对谷氨酸棒杆菌进行转座子诱变，得到7000个具有乙硫氨酸抗性的突变株，转座子插入位点为ORFNCgl2640，NCl2640失活会导致甲硫氨酸产量增加，证明该位点与L-甲硫氨酸合成途径中某种抑制的解除密切相关。其结构和具体功能有待科研工作者深入研究。2010年，Bolten等[17]发现了MetY的独特功能后，试图对MetY进行过表达以增加甲硫氨酸产量，结果MetY酶活力提高近30倍，但发酵液中并无甲硫氨酸，胞内甲硫氨酸产量也只提高2倍。胞内组分分析发现其底物O-乙酰高丝氨酸已完全耗尽。这说明半理性的单基因修饰难以保证整个代谢网络的平衡，以途径中各代谢物和酶的功能性质及代谢流分布信息为基础，更加理性化的多基因修饰成为下一阶段的研究目标。2002年BiranD发现大肠杆菌[23]中MetA极易被四种依赖ATP催化的蛋白酶水解，且该基因受热转录休克调控。2013年，Dike等[24]对根癌土壤杆菌中MetA进行表征时发现了相同的不稳定性和极端不耐热特性。这极有可能也是赖氨酸和苏氨酸易发酵生产，在同一途径下游的甲硫氨酸却一直难以实现发酵生产的重要原因。
2.1.3甲硫氨酸向胞外输出的研究
发酵法生产甲硫氨酸在合成水平上不易达到增产目标，即便细胞质内甲硫氨酸产量得到提高，释放至培养液中的量却极少。总结有以下两方面原因：①微生物自身调控严格，为趋利避害，甲硫氨酸在自然条件下不会过量积累，即使经改造的菌株，甲硫氨酸的产量与微生物细胞适应性之间的平衡也难把握。②即使细胞质内甲硫氨酸过量积累，但其输出体系不完善，产物被微生物自身再利用或直接伤害细胞。2005年，Trtschel等[25]在已经提高了胞内甲硫氨酸浓度的条件下，利用DNA微阵列技术识别出过量表达的膜蛋白基因brnF（编码BrnFE中较大的亚基），之前研究表明其与异亮氨酸输出体系有关。当BrnFE的合成被氯霉素关闭时，仍能观察到大量甲硫氨酸输出，只有极大提高氯霉素水平，其输出才会减弱。这说明甲硫氨酸输出体系不止一个，还存在不易被识别、但输出能力高的其它体系。发掘并扩增输出通道既可增加发酵液中甲硫氨酸产量，又能避免代谢物积累对微生物的损伤。
2.1.4发酵条件的相关研究
对于甲硫氨酸发酵，最特殊的培养基成分即硫和甲基。以谷氨酸棒杆菌为例，2006年，Krmer等[16]用计算机模拟了不同硫源在甲硫氨酸合成途径中的应用。以硫酸盐为硫源通过直接巯基化途径生成1mol甲硫氨酸消耗8molNADPH，巯基转移途径消耗9molNADPH，而以硫代硫酸盐为硫源，整个代谢过程只需要5.5molNADPH，以硫化物为硫源，NADPH消耗量仅为硫酸盐的一半。但PPP途径和TCA循环所能提供的NADPH是固定的，因此不同硫源的利用效率有待在实践中考证。硫与甲基来源的结合可以考虑比较硫代硫酸盐与甲酸盐、硫化物与甲酸盐及甲硫醇的利用情况。除了这两种关键组分，2014年，Anakwenze等[26]从发酵的油豆种子中分离出甲硫氨酸产量为1.89mg/ml的赤云金芽孢杆菌(Bacillusthuringiensis)EC1，对发酵总体积、接种量、碳源及氮源浓度、促生长物质均进行探索优化，最终赤云金芽孢杆菌EC1甲硫氨酸的产量可以达到3.18mg/mL。对于发酵工艺的探索一直是实际生产中的关键。Sharma等[27]研究了百合棒杆菌产甲硫氨酸中稀释速率与溶解氧对甲硫氨酸产量的影响。最终确定当稀释速率为0.16、溶氧为42%时，甲硫氨酸生产速率最大值为160mg/(L•h)。2012年，贾翠英等[28]研究了不同破壁方法对细菌甲硫氨酸产量的影响。结果表明，经碱破壁、溶菌酶破壁，超声波破壁、碱与超声波复合破壁、溶菌酶与超声波复合破壁后，甲硫氨酸产量分别提高10.9%、12%、18.3%、19.6%、22.2%。这种工艺可以将胞内甲硫氨酸释放出来，增加收率，复合破壁比单一破壁效果更显著。
2.2酶法生产路线的相关研究
2.2.1外消旋混合物拆分生产甲硫氨酸
酶法拆分又分为两种思路，传统的拆分是消除外消旋混合物中的D-甲硫氨酸，另一种路线将D型转化为L型，纯化的同时也增加了产量无疑是更理想的选择。2007年，Findrik等[29]利用原玻璃蝇节杆菌(Arthrobacterprotophormiae)中D-氨基酸氧化酶、过氧化氢酶、红球菌(Rhodococcus)中L-苯丙氨酸脱氢酶、博伊丁假丝酵母(Candidaboidinii)中甲酸脱氢酶串联实现D-甲硫氨酸向L-甲硫氨酸的完全转化。更具意义的是，D-氨基酸氧化酶和L-苯丙氨酸脱氢酶可以作用于不同的底物，因此，该体系也适用于其它D型氨基酸及某种氨基酸外消旋体向L型的转化合成。
2.2.2化合物酶解生产甲硫氨酸
2014年，Jin等[30]对大肠杆菌中经密码子优化的腈水解酶基因进行重新合成和表达，从而有效利用2-氨基-4-甲硫基丁腈水解生产甲硫氨酸。并在催化剂充足的情况下，以固定的底物/催化剂比值探索底物最佳浓度。该课题组也对在填充床反应器中利用固定化静息细胞生产甲硫氨酸进行了研究，结果显示固定化腈水解酶100h后活性仍大于80%，甲硫氨酸总回收率达97%。该项研究表明，重组腈水解酶应用于甲硫氨酸生产具有巨大潜力，酶在微生物体内的过表达与酶的固定化技术相结合可能实现产量突破。
2.3发酵与体外酶催化路线相结合
发酵法即以培养基组分为原料，利用微生物自身体内代谢反应，将低成本原料转化为高价值产品，是最经济环保的氨基酸生产方式。发酵法之所以至今无法应用于甲硫氨酸生产，关键在于其合成途径的每一步均受到严格地反馈抑制，经本课题组改造后的菌株GE37的甲硫氨酸发酵产量也仅为3.55g/L[20]。因此发酵法生产甲硫氨酸仍处于科研阶段。体外酶催化反应目前并没有一套完整的独立生产体系，而是作为化学生产方法的辅助手段，2000年之前即用于DL-同型半胱氨酸向L-甲硫氨酸的合成及DL-甲硫氨酸的分离[31]。近年的研究也多属于化学合成法的下游，目的是获得高纯度的L-甲硫氨酸。酶催化与发酵法相比，反应过程较短，反应体系及条件易灵活操控。因此，发酵与体外酶催化路线相结合可以回避微生物的部分反馈抑制，缩短发酵过程以得到产量较大的中间体，进而以此为底物合成L-甲硫氨酸。韩国杰希公司采用的发酵/化学法联合生产工艺即为两种路线结合的实例，并于2012年宣布在东南亚建立产能80000吨的甲硫氨酸加工厂。该路线以葡萄糖为基质，利用微生物发酵法生产琥珀酰高丝氨酸，随后用酶将这一中间产物转化成甲硫氨酸和琥珀酸。如图3所示，经计算，这种全新的发酵/化学法联合工艺生产的L-甲硫氨酸成本略高于化学合成法[6]。
3面临的问题及展望
3.1发酵法生产面临的问题和建议
甲硫氨酸与其他氨基酸相比至今难以实现发酵法生产，综合上文所述，总结了以下三个方面原因和建议：
3.1.1硫源的利用效率
甲硫氨酸与其他氨基酸最大的不同即对硫源的需求，而发酵法应用最普遍的硫源为硫酸盐，需消耗大量NADPH，但生物体能提供的NADPH有限；硫化物对NADPH需求量虽少，但因多有毒且稳定性差，不适用于培养基；硫代硫酸盐兼具氧化性与还原性，应该对其进行进一步选择和研究。甲硫醇作为硫和甲基的综合供体，可以缩短代谢途径并为最后一步提供更多甲基。因此，应该对硫代硫酸盐与甲硫醇或二甲基二硫的复合使用进行新的尝试。提高NADPH的供应量也是菌株改造的策略之一。
3.1.2代谢途径调控的改造硫和甲基的参与已经使代谢途径增长，而合成途径中涉及到诸多反馈抑制性酶，进一步削弱了代谢流。如何确定关键酶、发现酶的活性中心及抑制剂结合位点，并进一步识别关键残基成为一个艰巨的课题。通过半理性设计，本课题组已找出北京棒杆菌(Corynebacteriumpekinense)天冬氨酸激酶与抑制剂结合位点有直接或间接作用的所有关键氨基酸残基，并通过突变解除反馈抑制得到高活力菌株。2013年，李慧颖[32]得到突变体R169H，酶活较突变前提高2.3倍；同年，郭永玲[33]得到突变体T361N、A362I，酶活分别提高47.99倍、34.60倍；2014年，任军等[34]得到突变体G277K，酶活提高9.48倍；同年，朱运明等[35]得到突变体G377F，酶活提高9.3倍。此外，类似的单基因修饰研究缺少全面性和持续性，还应对改造前后的代谢流变化进行对比分析，尝试针对改造后的缺陷进行多基因修饰，继续对甲硫氨酸产量是否提高进行试验。较成功的理性设计在甲硫氨酸同族氨基酸——赖氨酸生产中有成功的先例。2013年，SKind等人[36]根据TCA循环和赖氨酸合成途径相关知识，通过敲除sucCD在琥珀酰辅酶A合成酶水平上有目的性地阻断TCA循环，使其与赖氨酸合成途径相结合，增加目的产物合成途径代谢流，产量提高60%。由于理性设计需要大量全面准确的生物学信息，直接针对代谢流的整合在甲硫氨酸研究领域还需要尝试和突破。
3.1.3关键酶在代谢过程中的稳定性
在大肠杆菌和根癌土壤杆菌中均证实了高丝氨酸酰基转移酶(homoserinetranssuccinylase,HTS)的不稳定性，这可能也是赖氨酸和苏氨酸易发酵生产，而同一途径下游的甲硫氨酸却一直难以实现发酵生产的重要原因。其极端不耐热和易被蛋白酶分解这两大特性，是发酵法面临的难题。对Biran等人发现的四种可能分解HTS的蛋白酶进行修饰，或与嗜热菌关键基因整合都是菌株改造可以尝试的方向。此外，甲硫氨酸向胞外输出的研究尚不成熟，可在菌株改造后，对胞内组分进行量化分析，以探索胞内甲硫氨酸产量最大时的条件，以及能分泌到胞外营养缺陷型菌种选育。
3.2酶法生产面临的问题和建议
【关键词】含油废水；生物技术；过程；深度处理
一、生物处理技术的概况介绍与应用实例
（一）概述
生物处理技术处理含油废水指的是利用在微生物代谢作用下，将分散到水中的原油、有机污染物进行降解处理，使有机污染物质转化为稳定的无害物质，最终完全无机化。近来较普遍应用且相对成熟的生物处理工艺包括好氧生物处理技术和厌氧生物处理技术两大类。顾名思义，所谓好氧生物处理技术，是指利用好氧微生物代谢作用处理含油废水的技术，按所选材料，分为活性污泥法、SBR法、生物膜法、氧化塘法、AB处理法等形式；而厌氧生物处理技术，则是利用厌氧微生物作用进行含油废水处理的技术，按处理设备，分为厌氧接触法、厌氧生物滤池、升流式厌氧污泥床（UASB）、厌氧生物转盘等处理方法。这两类生物处理技术在有机物负荷、污泥产率，能耗、营养物需要量、应用范围，对水温适应性、启动时间以及处理效果各方面作用不同，相对来说，好氧生物技术在处理效果上较厌氧处理技术好，但两者各有其优缺点，单纯采用一种技术难以达到理想效果。因此，结合使用两种处理技术进行含有废水处理变得较为普遍，遵照分级处理程序，先采用厌氧技术进行初步处理，利用好氧工艺进行处理检验和再处理，以确定合理的技术过程。
（二）实例
学者对含油废水处理技术的综合研究表明，油田污水的处理方法很多，如物理法、化学法等，这两种方法都能够获得一定的处理效果，但存在较多劣势，前者成本高，后者由于投入了化学药剂极易产生二次污染。相比之下，生物处理技术的经济性、适用性最强，对于大规模污水处理收到较好效果。在国内许多油田得到应用，以下对应用该技术的油田及其废水处理工艺作基本介绍：1.胜利油田王家岗废水处理站，该站点建成投产于2002年，利用美国公司菌种，由油田自行设计完成占废水总量约为70%的含油废水处理工程。其技术处理过程为：含油废水—接收罐—两级大罐沉降—溶气浮选—混合池—接触氧化池—沉淀池—计量排放。该站经过生物处理技术的废水指标满足国家废水排放标准。2.大港油田东二废水处理站，该站用美国公司RBC菌种，借助容积为2700m3的接触氧化池每天处理上万立方的废水。其废水处理技术过程为：两级沉降—过滤—隔油—接触氧化池—缓冲池—氧化塘—排放。经处理后的废水符合国家要求排放标准。3.冀东油田高一联废水处理站；该站同样建成并投产于2002年，该工程采用石油大学技术每天实际处理的废水量约3600m3，仅小于设计处理能力400m3，其废水处理技术过程为：两级大罐沉降—过滤—缓冲罐—泵提升—冷却塔—均质池—厌氧池—中沉池—接触氧化池—二沉池—缓冲池—提升—排放。对外排水质的验收报告平均数据进行处理，表明废水排放符合国家标准。
二、含油废水生物处理技术方法
随着油田开采力度加大，采油技术也在不断发展，前后经历了天然能量动力、人工注水方式、改变注入水特性这三次采油变化。目前较普遍采用以人工注水方式保持地层压力，以及通过改变注入水的特性提高采油率的后两种采油方式。由于经电脱水、分离出来的“油田污水”成分复杂，除含原油以外，还溶有各种有害杂质，因此，选取生物处理技术对废水进行处理，方法有：1.曝气生物滤池组合工艺法，该方法是在微生物氧化分解作用，填料及生物膜的吸附阻留作用和食物链分级捕食作用以及反硝化作用下共同完成的。相比传统的活性污泥法，具有生物浓度、有机负荷高，占地面积小，过程简单，成本投入低，抗温性好，菌群组成合理，耐冲击性等优点。包括：1）膜生物反应器—曝气生物滤池法，它能够高效快速过滤超滤膜，同时有效降解高浓度活性污泥生物，且不借助二沉池和污泥回流系统，具有成本小、能耗低以及处理效果好等优点。2）超声气浮—BAF法，在羟基自由基氧化、气泡内高温热解和超临界水氧化三种因素作用下，利用声化学这一边缘科学，在大于20Hz的超声波条件下，提高化学反应速率，超声波有促进有机污染物降解和提高废水的可生化性的功能，但单独应用时去除废水中有毒物质的能力不高。3）A/O—BAF法，此方法模式是“隔油/气浮/二级生化”，处理效果不甚理想。2.氧化沟，氧化沟是在20世纪中期由荷兰开发的一种污水处理工艺，它是在传统活性污泥法的基础上进行改造生成的，污水和活性污泥的混合液可在沟渠形的曝气池中循环流动。其技术过程简单，处理效果良好，排放水达标。3.人工湿地，该方法处理污水最初是借助芦苇之类的人工湿地净化污水，去除其中大量有机和无机物。经过发展，演变为利用基质、微生物和植物，在生态系统的物理、化学和生物协调作用下，通过过滤、吸附、吸收和分解等一些列过程来净化废水，实现废水无害化处理目标。同时通过生物地球化学循环，有利于绿色植物生长。它在出水水质、营养物质去除能力、成本费用、技术含量、综合管理方便等方面具有明显优势。4.氧化塘，将各类微生物和藻类置于氧化塘中，发生氧化反应后，去除有机污染物，使其转变为无机物。研究表明，它对油、酚类有机物、硫化物等的去除效果都较好。5.特种菌类处理，在污水生物处理中，很多细菌具有特殊功能，这些菌类经过分离、培养后，对有机物处理有良好效果。
三、生物处理技术的主要问题及趋势
目前采用高效降解菌的生物深度处理技术在含油废水深度处理领域的研究已取得很大进展，但未来发展中仍存在以下问题，需要重视。体现在：1.由于含油废水所含有机物复杂、繁多的特性，需要结合各种方法，优化各步处理技术，再找出一套综合工艺，满足深度处理技术高效处理废水的要求。2.提高含油废水深度处理器殊菌的浓度与活性。在了解含油废水成分组成的基础上，分离、培养各筛选优势菌种，监测该菌的最佳降解条件。根据反馈信息，提高净化效率。3.基于生物工程技术的处理效果，创新技术。提高更有效处理含油废水的可能性。
国外处理采油废水的技术已经由单一利用一种方法转变为多种方法结合使用，出现了物理化学方法与生物技术综合运用，提高了废水处理效率和达标度。而国内多利用二次、三次采油工艺处理废水，相对较落后，不能达到理想的处理效果，为对油田中这种难降解含油废水进行处理，生物深度处理技术成为国内油田采油废水处理技术的发展趋势。
参考文献
[1]陈进富.油田采出水处理技术与进展[J].环境工程，2000，18（1）.
生物技术已经深入中药研究和开发的各个领域，在高质量中药天然药物原料的研究生产及中药材资源可持续利用中发挥着极大的作用。
【关键词】 生物技术；中药现代化；应用；综述
Abstract：Biotechnology has entered all fields of TCD research and development， exerting great function in research and production of highquality natural medicinal raw materials and sustainable utilization of Chinese herbs resource.
Key words：biotechnology; TCD modernization; application; review
中医药学是我国在自然科学领域最有特色的学科之一，中药现代化就是将传统中医药的优势和特色与现代科学技术相结合，把中药推向国际化。生物技术作为一种综合了生命科学与多种现代科学理论与研究手段的高技术，在21世纪将对生命科学的各个领域产生十分深远的影响。
1 生物技术在高质量中药天然药物原料的研究生产及中药材资源可持续利用中的应用
生产具有国际竞争力的现代中药，其前提是有高质量的中药原料。现代中药必须严格保证所用的药材原料无污染，农药残留和重金属含量在十分安全的范围内，药效物质基础的含量稳定、可靠并有严格的质量标准。我国中药资源达1.2万余种，这些中药材中部分涉及到珍稀濒危物种，因此对珍稀濒危中药材的挽救、保护与合理利用迫在眉睫。迁移珍稀濒危动、植物至饲养地和植物园是保存物种的重要方法，建立相应的基因库用于保存动植物的基因，考察物种的变异具有重要意义。
就中药材栽培而言，GAP的实施已成为业内共识。基因技术在这方面正在逐渐发挥重要作用，如中药材优良品种选育、道地性药材遗传特征分析、抗性基因的转基因药用植物等。
应用RAPD技术对南北苍术间的差异进行了分析，认为苍术的道地性是在遗传和生态两因素长期复杂作用下形成的遗传和化学成分有稳定差异的居群［1］；李萍等将5srRNA基因间区序列的变异用于对金银花药材道地性的分析［2］。有报道用转基因植物可生产外源基因编码的产物（如a栝蒌素、干扰素等），随着表达效率的提高和受体植物范围的不断扩大，将有可能在传统中药材中加入有用的新遗传特性，增加植物的抗病能力等，这将为中药材的绿色栽培奠定良好的基础［3］。
2 细胞工程技术为中药人工资源的开发提供了有效途径
作为中药和天然药物发挥药效活性的物质基础，天然活性成分往往含量很低，而天然野生资源随着药物的开发利用储存量不断下降，其原料来源能否满足批量化生产的需求，是所有天然创新药物开发所面临的重大难题，也是高水平中药能否广泛应用并走向世界的瓶颈。因此，针对特定有效成分或组分生产的中药人工资源开发生产技术引起了研究者的极大关注。为合理利用其资源，可利用生物技术的方法和手段进行一些珍稀濒危品种的快速繁殖，研究其在自然或人工控制条件下个体更新的速率及规律等，如石斛试管苗的快速繁殖。
发酵工程利用生物细胞在人工条件下的快速增殖与次生代谢产物的产生，为人工资源的生产提供了技术平台。目前，以冬虫夏草菌发酵生产的菌丝体及产物已形成产业化规模，并有相应的下游产品畅销。
以微生物、植物、动物细胞为反应器，进行天然活性物质的生产和加工，也已引起研究者的极大兴趣，以此推动的天然产物的生物转化和生物合成研究与开发，在国内中药研究和开发中的作用正为更多的研究和生产部门所重视。许建峰［4］等利用高山红景天培养细胞生物转化外源酪醇生产红景天苷。紫杉醇作为一种作用机理独特的天然抗癌药物，自发现以来受到了人们的广泛重视，但其在植物红豆杉中的含量极低，而红豆杉生长缓慢，资源匮乏，因此严重限制了紫杉醇的进一步开发应用。为此，近年来各国科学家在寻找及扩大紫杉醇的药源途径上进行了大量的工作。甘烦远等对紫杉醇的研究进行了综述，通过两篇综述所反映出的研究内容可以看出为解决紫杉醇的资源问题。全世界的科学家分别从筛选高产红豆杉栽培品种、微生物生物合成、化学合成、生物合成途径探索、生物合成关键酶的发现及其基因表达等多途径进行资源研究，而这些研究中生物合成与生物转化技术起着极为重要的作用。
3 酶工程是中药活性成分生产追求的最佳技术手段之一
就疗效确切的单一天然活性成分而言，能够通过工业化生产获得天然结构复杂的单一产物是人们追求的目标，但天然化合物结构复杂，常有多个不对称碳原子，合成难度较大或合成条件苛刻；而酶工程为这类成分的获得提供了新的途径。如金东史等利用酶转化方法将人参中的主要皂苷成分转化成含量只有十万分之几的人参皂苷Rh2，并达到了月产30kg的生产规模［5］。
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4 生物技术为提高中药品质评价水平提供了新的实验方法
中药材是中药研究开发的基础，基础的质量标准无法控制，以后的研究和开发均属无本之木，其质量标准的制定也就失去了意义。中药材的质量控制主要应包括两个方面的内容，一是品种的控制，主要是解决真伪的问题。其二中药材的有效物质是次生代谢产物，其积累主要与其合成关键酶的表达及表达量等有关。因此建立合理中药材的生产和质量评价体系将对中药现代化尤为重要。
基因分子标记技术在中药品质评价中的应用，使中药材鉴定的方法从传统的形态表征分析推进到对生物遗传物质的分析。在中药的分子鉴别研究中目前主要有以下一些方面：（1）基于PCR方法的DNA分子标记技术，如RAPD、AFLP等；（2）基于分子杂交的DNA分子标记技术，如RFLP；（3）基于DNA序列分析的分子标记技术，如DNA直接测序法、PCRRFLP法［6］。利用这些基因鉴别方法对了解和分析药用动（植）物的遗传特性、基因与药材产地、化合物积累的相关性等均具有重要意义。
5 生物技术为中药和天然药物新药研究与开发提供了新的工具和途径
中药新药的研发是中药现代化和国际化的关键，要研制符合国际标准规范的现代中药，应用现代先进的科学技术势在必行。
5.1 生物芯片为中药新药分子水平的机理研究提供依据：中药鉴定基因芯片，可以对中药材的产地、质量进行鉴定；可以搞清楚中药作用的分子机理，筛选出中药有效成分。
5.2 生物转化及生物组合化学为以天然活性成分为先导化合物发现新药提供了新的思路与方法：生物转化技术可以弥补化学合成的不足，1997年Khmelnitsky利用盐活化生物催化剂脂酶，成功地在有机相中进行了紫杉醇系列衍生物的生物合成。由此可见，生物转化技术在以天然活性成分为基础的创新药物研究与开发中具有重要的意义。
5.3 生物技术为天然微量活性成分的生产提供了新的技术平台：中药中微量高效成分的研制开发一直是困扰医药产业界的核心问题，利用定向生物转化技术可将天然药物中的高含量成分转化成微量高活性成分，因此大大提高微量成分的含量，使其达到产业化的要求。如研究发现多种微生物能定向地将含量较高的喜树碱转化为10羟基喜树碱。丁家宜等利用人参毛状根成功地实现了对羟基苯醌生物合成天然熊果苷。
5.4 物技术实现天然结构复杂活性化合物的结构修饰：天然活性成分的研发中还有一个难以解决的问题，即天然活性成分常常体内外药效学活性差异较大，其中一个重要因素是其在体内吸收不好，导致生物利用度太低。利用生物技术实现天然结构复杂活性化合物的结构修饰，对提高这类成分的生物利用度，进而实现产业开发具有重要意义。
综上所述，生物技术已经深入中药研究和开发的各个领域，虽然大多数研究尚处于起步阶段，但其影响正在不断扩大，所显示出的潜在社会价值和经济效益也日益得到重视，生物技术将深入到中药新药研制的各个环节。正确利用现代生物技术合理地解决中医药现代科学研究和产业开发中的重要问题，必将有力地推动我国的中医药现代化和国际化进程，为加入WTO后的中国民族产业的国际竞争注入活力。
【参考文献】
［1］郭兰萍，黄璐琦，王敏等.南北苍术的RAPD分析及其划分的初步探讨［J］.中国中药杂志，2001，32（9），32（9）：834837.
［2］李萍，蔡朝辉，邢俊波.srRNA基因间区序列第变异用于对金银花药材道地性研究初探［J］.中草药，2001，32（9）：834837.
［3］Kuehne，A.R.，Sugii，N.Transformation of dendrobium orchidusing particle bombardment of protocorms［J］.Plant Cell Reports，1992，11（8）：484488.
［4］许建峰，苏志国，冯朴荪.利用高山红景天培养细胞生物转化外源酪醇生产红景天苷的研究［J］.植物学报，1998，40（12）：11291135.
论文关键词：固定化微生物技术,污水处理,方法分类,载体
由于固定化微生物技术可固定经筛选出的能降解特定物质的优势菌属，因此该技术的应用能使污水处理系统专一性、耐受性增强，处理效果稳定，运行管理简单，降解效率明显优于传统。因此，近年来固定化微生物技术已成为各国学者研究的热点课题，并且已有部分研究成果由实验室走向实际应用阶段。本文就现有的固定化微生物技术进行了分类，介绍了各种固定化微生物技术所常用的载体在污水处理中的研究与应用，对各种固定化微生物技术的优劣性和适用范围进行了比较与总结，最后对该方法在污水处理中的实际应用进行了展望。
1 固定化微生物技术及分类
作者简介：夏冰，(1985-)，男，江西南丰，青岛大学在读硕士研究生,主要研究方向为环境生物技术。E-mail:meilisanzhu@yahoo.com.cn
固定化微生物技术是从60年代开始发展起来的新型技术。固定化微生物技术是指用物理或化学方法将游离微生物细胞、动植物细胞、细胞器或酶限制或定位在某一特定空间范围内，保留其固有的催化活性，并能被重复和连续使用技术。采用固定化微生物技术有以下优点：有利于提高生物反应器内微生物浓度和纯度，缩短反应所需的时间，降低处理设施的工程投资和造价；有利于反应器的固液分离，反应易于控制，污泥产生量少；有利于除氮和除去高浓度有机物或其他难降解的有毒有害物质，可免除污泥处理的二次污染等。由于其在废水处理方面的独特优势，在近十几年获得了迅速的发展。它已由原来的单一固定化酶、固定化微生物细胞发展到固定化动植物细胞、固定化细胞器、固定化原生质体、固定化微生物分生孢子以及酶与微生物细胞、好氧微生物与厌氧微生物的联合固定化[1]等。
目前固定化微生物技术的方法分类多种多样，根据微生物细胞与载体的作用力及作用形式、微生物细胞被固定的状态以及载体的性质将固定化微生物技术分为以下五类：吸附法、包埋法、交联法、自固定化法和介质截留法。
1.1吸附法
吸附法在固定化微生物技术处理污水中是研究最早、应用较广泛、技术也较成熟的方法。在大多数生物膜反应器启动的早期，所应用的都是吸附法的原理。吸附法包括物理吸附和离子吸附两类。物理吸附是使用高度吸附能力的硅胶、活性炭等吸附剂将微生物吸附到表面使之固定化；离子吸附则是根据微生物在解离状态下因静电引力的作用而固着于带有相异电荷的离子交换剂上。该方法操作简单,微生物固定过程对细胞活性的影响小,条件温和。但这种方法结合的细胞数量有限,反应稳定性和重复性差,所固定的微生物数目受所用载体的种类及其表面积的限制[2]，所以需要进行改进。同时微生物与载体间的吸附强度也不够牢固,故载体的选择是关键。
1.2包埋法
包埋法是将微生物细胞截留在水不溶性的凝胶聚合物孔隙的网络空间中,通过聚合作用,或通过离子网络形成,或通过沉淀作用,或改变溶剂、温度、pH值使细胞截留。凝胶聚合物的网络可以阻止细胞的泄漏,同时能让底物渗入和产物扩散出来。包埋法又可分为高分子合成包埋、离子网络包埋及沉淀包埋。该法操作简单，对微生物活性影响小，可将微生物锁定在特定的高分子网络中，因此制作的固定化微生物小球的强度高。包埋法是目前制备固定化微生物最常用、研究最广泛的方法。
1.3交联法
交联法是利用两个或两个以上的功能基团，使微生物菌体相互连接成网状结构，即使功能基团直接与微生物细胞表面的反应基团如氨基、羟基等进行互联，形成共价键而达到固定化的目的。使用该方法,微生物细胞间的结合强度高,稳定性好,经得起温度和pH 值等的剧烈变化。但是由于在形成共价键的过程中反应条件过于剧烈，往往会对微生物细胞的活性造成较大的影响，而且适用于此类固定化的交联剂大多比较昂贵，因而其在实际应用中受到一定的限制。
1.4自固定化法
自固定化法又称为无载体固定化法，这种方法是一种全新的概念:在自絮凝颗粒形成过程中,同时形成了微生物的适宜生态环境,使之有利于微生物代谢之间的协调或者说有利于微生物之间生物信息的传递[3]。这种方法与其他的固定化方法相比，具有传质扩散阻力小，细胞颗粒整体活性高，固定化方法简单等优势，将在环境工程中的污水处理领域得到广泛的应用[4]。
1.5 介质截留法
介质截留法是通过特殊的孔网状结构将酶、微生物或动植物细胞等固定截留在具有特定功能的载体内，或将酶、微生物或动植物细胞限制在一定的空间范围内，微生物细胞不能透过此孔网结构，但底物和产物可以通过，从而实现废水的生化反应和分离同时进行。介质截留法可以通过控制介质的孔径选择性的控制底物和产物的扩散，防止微生物细胞的泄露，可以使基质与微生物细胞充分接触，从而有效的反应。所以介质截留法是一项很有发展前景的工艺。
2 载体的特点
要完成微生物的固定化，关键是要选择一种合适的微生物载体。不同的固定化微生物技术方法需要不同种类的载体。虽然随着材料学与生物学的不断发展与结合，关于各种固定化微生物方法的最适载体有待进一步的研究与讨论，但所有载体都应具备如下特点：（1）具有抗物理降解、抗化学降解、抗生物降解的稳定性，具有一定的机械强度和结构稳定性。在一定PH值和温度下，不容易被破坏。（2）固定化方法简单、易行，固定化条件尽可能温和。（3）能够控制固定化微生物颗粒的大小和孔隙度。（4）载体所使用的材料价廉易得，固定化成本低。（5)固定化系统使底物、产物和其他代谢产物能够自由扩散。（6)载体对微生物来说是惰性的，不会损伤细胞。（7)单位体积的固定化系统拥有尽可能多的微生物，以便更好地起到生物催化作用。
3 固定化微生物技术的展望
各种固定化方面都有自身的优缺点，没有一种在所有污水处理中都适用的方法，在实际应用中要根据污水水质、水力负荷、操作条件等情况选择合适的方法。表一列举了各种固定化方法的比较。
表1 各种固定化方法的比较
Table 1 the comparison of immobilized microorganisms manner
性能 吸附法 包埋法 交联法 自固定化法 介质截留法
固化成本 低 低 适中 低 适中
制备难度 易 适中 适中 易 适中
稳定性能 低 高 高 低 高
结合能力 弱 适中 强 适中 高
存活能力 高 高 低 适中 高
活性保留 高 适中 低 高 高
适用性能 适中 大 小 大 适中
摘 要：随着国民经济的不断发展，各行业排放的工业废水的量也与日俱增。其中，对水环境污染尤为严重当属造纸工业了。统计显示，我国现有的10000多家大中小型的造纸企业，就能到达40多亿t的年废水量，是全国废水排放总量的十分之一。废水对生态环境造成了一定的影响。该文综合阐述了目前造纸废水生物治理中好氧技术、厌氧-好氧组合处理技术以及厌氧技术的应用和进展；对国内外生物处理造纸废水技术的研究进展进行了总结和分析，包括应用白腐真菌降解造纸废水、生物酶技术和生物固定化技术。
关键词：造纸废水 好氧 厌氧 白腐真菌 生物酶 生物固定化
中图分类号：X793 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）04（a）-0000-00
随着国民经济的不断发展，各行业工业废水的排放量也在逐渐增加。其中，造纸工业排放的废水对水环境造成了严重的污染。统计数据显示，我国10000多家的大中小型造纸企业，每年就会排出40多亿t的污水，占到了全国废水排放总量的十分之一[1]。2010年，造纸废水CODCr排放95.2万t约占轻工行业CODCr排放总量47%[2]，对生态环境造成难以想象的破坏后果。对此，对新型的有效治理造纸废水污染的方法以及途径进行探索和研究，是非常具有研究意义和现实意义的。
1 造纸废水的来源和特点
其生产的各个环节都会产生废水，但主要来自于中段水、纸机白水以及蒸煮液[3]。提取黑液后浆料在洗涤、筛选、漂白的过程中排出来的废水，就是中段水，这种废水成分复杂，且富含对环境危害较大的有机氯化物。纸机白水中主要有细小纤维、填料和胶料（松香等）。酸法制浆的红液或碱法制浆的黑液叫蒸煮液，在整个造纸工业污染中占90%。碱法制浆是我国造纸业普遍采用的，其主要成分是纤维素、木质素、半纤维素、单糖、有机酸和碳水化合物的降解产物等。
2.造纸废水生物处理技术
化学方法、物理方法、生物法、物化方法等，是目前国内外造纸污水处理的主要方法。近几年，得到人们重视的膜分离、超临界分离、磁分离、超声波分离等物化处理法因比较昂贵，处理效率不高，应用比较有限。而操作方便、运行费用相对较低、没有二次污染等优点的生物处理法，则越来越受重视。
2.1好氧处理技术
指借助于好氧或兼性厌氧微生物在有溶解氧的情况下来分解、吸收有机物，使之被氧化成简单的无机物，污水得到净化。当前，活性污泥法和生物膜法等好氧生物法是国内外用来处理造纸废水的方法。
处理效果较好且成本低的活性污泥法既能去除部分色度，还能分解大量有机物质，易于管理是我国最常用的好氧处理方法。崔延瑞等[4]采用序批式活性污泥法处理碱法草浆造纸废水，COD的去除率高达80%。张述林[5]等采用混凝与低氧―好氧两段活性污泥法来处理某造纸厂COD为6230mg/L的综合废水，可达93.8%的COD去除率。
生物膜法是指微生物附着在介质表面上形成生物膜，且在不断繁殖生长的同时，还能对污水中的有机污染物进行降解吸收，将其转化为稳定的无机物和原生质，从而达到净化污水的作用。此方法剩余污泥量少且不会产生污泥膨胀，占地少，运行管理方便。Chandler等[6]通过塑料填料，利用两级生物膜反应器中试处理造纸厂废水。结果显示，水力有3h的停留时间，可减少93%的BOD5，出水BOD5达到7.83mg/L的平均浓度。张苗等[7]采用混凝沉淀协同好氧生物膜技术深度处理造纸废水，结果显示，效果最为显著的就是以FeCl3为混凝剂的协同好氧生物膜技术，最高可达69.30%的色度去除率，比单独的混凝沉淀高了3.72 %的去除率。
2.2厌氧处理技术
在专性与兼性厌氧菌的条件下，通过发酵和分解对有机物进行降解的处理技术称为厌氧处理技术。与好氧处理技术相比，其污泥产量小、节省动力能耗、对营养物质需求不高，且能更好地降解某些难降解有机物。殷承启等[8]采用上流式厌氧污泥床（ UASB）处理二次纤维造纸废水。UASB 稳定运行时对COD的去除率可达90%以上，总硬度在50%以上以及硫酸根离子80% 以上。刘峰等[9]研究了预酸析―多孔高分子载体固定化微生物厌氧流化床（AFB）处理碱法草浆黑液的效能，结果证明，AFB对黑液进行直接处理时，发挥了其活性生物量浓度大、传质能力强的特点，可有效地去除COD，色度亦有所下降。采用酸析预处理利用AFB的厌氧消化功能，可去除黑液中大部分难生化降解的高分子物质。
2.3 厌氧-好氧处理技术
造纸废水因难降解有机物成分多、污染物浓度高、废水流量和负荷波动大、有较差的可生化性能等，用好氧处理效果不好且能耗大。因此，利用厌氧-好氧组合处理工艺进行处理。首先，能使厌氧处理技术的优势充分发挥，水解、酸化废水中生化性很差的高分子物质，成为易于进行好氧处理的较小分子或分子结构。同时，也可对回流到厌氧池的好氧阶段污泥进行较为彻底的厌氧消化，减少整个系统的污泥排放。该工艺结合了厌氧与好氧处理技术的优点，具有占地面积少、处理效果好、能耗低、节省药剂以及运转、管理方便等优点。
丁志芬[10]对某造纸厂应用厌氧-好氧组合技术处理废水的情况进行了介绍，且和好氧工艺作了比较。结果证明，厌氧-氧工艺运行电费可降低50%，且运行稳定，其COD有机物85%都转化为甲烷气体了，剩余污泥量也减少了60%以上。李巡案等[11]分析了万隆造纸厂废水处理工程改建为厌氧-好氧工艺以及实行清洁生产后，污染物质排放总量明显减少，水质可达到GB18918- 2002一级A标准，与原有的好氧生物处理工艺相比可节省动力约55%。
3 生物处理造纸废水技术的研究进展
3.1 应用白腐真菌对造纸废水进行降解
造纸工业排放黑液COD和色度形成主要是因为木质素，其异质多晶三维多聚体结构是由甲氧基取代的对-羟基肉桂酸聚合而成，分子间的醚键、C-C键很稳定，是当前公认的微生物难降解芳香化合物之一[12]。目前，国内大部分工厂处理造纸废水采用传统生物法应用的微生物主要以细菌为主，并不能有效去除造纸废水中的木素衍生物以及漂白过程中产生的氯酚类物质，这便成为造纸废水达标排放的主要障碍。
白腐真菌是目前所发现的对木质素及其衍生物降解最有效的微生物。多数白腐真菌属于担子菌纲，少数为子囊菌纲。其中，黄饱原毛平革菌（Phanerochaete Chrysosporium）是已被广泛研究的典型白腐真菌。
3.1.1 白腐真菌的降解机制及优势
白腐菌降解木质素通常分两步进行[13]：第一，菌体利用菌丝吸附木质素；第二，白腐菌分泌出的酶催化氧化木质素等污染物，主要分为细胞内和细胞外两过程，整个降解系统在主要营养物质（ 碳、氮、硫） 限制条件下才得以启动形成[14～16]。锰过氧化物酶（ Mnp）、漆酶（La）、木质素过氧化物酶（ Lip） 均合成于细胞内，通过分泌到细胞外对污染物进行降解。前两者均须以H2O2为底物，漆酶以氧气作电子受体催化形成醌及自由基。故降解污染物时，白腐菌需借助H2O2激活，由酶触发启动自由基链反应，产生具有超常的氧化能力的细胞外?OH，对芳香化合物有很好的降解作用。
故白腐菌在降解污染物上所有具有的优点是其他生物系统尤其是细菌没有的[14]：（1）特定污染物不需要预条件化：处理系统以细菌为主的，诱导合成所需的降解酶须预先置于一定有效浓度的污染物。白腐真菌降解酶的诱导与降解底物的有无多少无关。（2）动力学优势：细菌对化学物的降解多为酶促转化，遵循米氏动力学。初始氧化反应的酶经白腐真菌催化启动对底物没有真正意义上的Km值，对氧化产物的形成有利。（3）产生氧化能力极强的?OH （4）有毒污染物不必进入细胞内代谢而在其细胞外即可有效降解。可忍受高浓度有毒污染物的同时，避免有毒污染物对细胞的毒害。（5）非专一性降解的特性：能降解大量结构不同的化学物质。（6）对营养物的要求低。
3.1.2 白腐菌在造纸废水中的应用
从上述可知白腐真菌在治理造纸废水方面有极大的研究价值。吴涓等[17]比较了几株白腐真菌在造纸黑液废水中的挂膜生长状况及其对黑液废水的处理效果。黄孢原毛平革菌、侧耳菌和S22菌都可以在较强碱性的废水中生长挂膜，且对木质素有显著的降解作用，有很强的适应废水的能力。李雪芝等[18]用8株不同的白腐菌对造纸废水进行处理，选出的白腐菌L02处理效果是最好的。该菌株可直接应用于造纸废水的处理，大幅度降低废水CODCr含量（降低84%以上）、废水的色度（降低93%以上）以及废水的pH值。路忻[19]采用序列间歇式活性污泥法（SBR）法利用白腐菌共代谢理论分析及处理试验研究含木质素的造纸废水。结果表明，相同进水COD浓度和水力停留时间，与单纯好氧生物处理相比，共代谢作用下好氧处理的COD去除率要高得多，有约30%的提高率。
3.2 生物酶技术
白腐菌降解木质素，是通过其分泌的酶的作用来实现。相较于锰过氧化物酶、木质素过氧化酶，在白腐菌木质素降解酶系统中，漆酶的实际应用价值更大一些。首先，木质素过氧化物酶和锰过氧化物酶产生的条件是限碳和氮的。而漆酶可在碳和/或氮存在条件下由菌体分泌[20]。其次，木质素过氧化物酶和锰过氧化物酶只在系统存在H2O2时，才可降解有机污染物，这在现实情况下很难实现的。最后，重要的还在于漆酶具有780 mV氧化还原电位，在不存在H2O2和其它次级代谢产物时，有机污染物的氧化也能够被催化。所以，在环境保护和生物技术方面，漆酶的应用潜力是非常巨大的。
据林鹿等人[21]研究通过漆酶进行去除桉木硫酸盐浆CEH漂白废水时发现，它可以把废水中有毒物质去除掉40%以上。造纸废液中有机氯化物用漆酶处理，具有高效能的催化作用，反应条件温和，对反应设备和反应条件要求也不高。谢益民等[22]采用杂色云芝发酵产生的漆酶液深度处理造纸厂二沉池出水，结果表明，经催化氧化作用，漆酶及其介体体系可氧化聚合废水中的大部分残余木素。在最佳实验处理条件下，木素、CODCr和色度的去除率分别达到82. 0%、76. 9% 和84. 9%。同时，纸浆生物漂白上的研究热点也包括漆酶。通过酶法漂白纸浆，脱氯效果更好[23]，相对于传统的氯气漂白法所产生的有毒的氯酚类化合物而言，其避免了对环境的污染。
3.3 生物固定化技术
微生物固定化技术是通过化学或物理的方法，把游离酶或细胞限定在一定的空间区域内，使其能反复利用且保持活性，利于除去高浓度有机物或某些难降解物质。Messner等[24]利用生物滴滤器原理而开发的MYCOPOR反应器，在多孔的载体填料上把白腐菌固定好，废水由从顶部到载体的这个过程就能够得到净化了。处理6～12h，87%、80%和40%的色度、AOX和COD可去除。李朝霞等[25]采用一种新型海藻酸钠/壳聚糖/活性炭生物微胶囊固定化白腐菌和悬浮态白腐菌，在不同接种量下降解造纸废水。结果显示，白腐菌在不同的两种状态下均能对造纸废水进行降解，不过在代谢稳定性和降解木质素能力等方面，固定化白腐菌比悬浮态白腐菌明显要强。刘帅等[26] 用固定漆酶和游离漆酶对造纸废水进行深度处理。通过对废水处理的效果对比，固定漆酶的优点在于达到最佳效果的反应时间短， 酶的稳定性高， 温度耐受性强，pH适应性显著增强。
4 结语
作为一种处理难、成分复杂的工业废水，通过传统的处理技术造纸废水已很难满足如今的排放要求。因此，要实现极大减少造纸废水的排放或者实现零排放，需大力发展微生物处理技术。使微生物与处理技术相结合，为造纸业的绿色发展铺平道路。
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关键词：生物基聚酰胺；聚酰胺纤维；可再生资源；生物技术
中图分类号：TQ342+.1 文献标志码：A
Latest Technology Developments of Bio-based Polyamide and Its Fiber
Abstract： In recent years， the constantly growing public awareness and interests in bio-based plastics around world has improved the development of several kinds of bio-polymer including polyamide. This article reviewed the development status-quo of global polyamide industry， and gave a detailed introduction on the latest R&D developments of bio-based PA6， Pa66 and long-chain polyamides as well as their down-stream products.
Key words： bio-based polyamide； polyamide fiber； renewable resources； bio-technology
1 全球聚酰胺材料的发展概况
根据统计，聚酰胺（PA）材料的38%用作纤维，46%注塑成型，14%挤压成型，其余深加工制品大约占2%左右。PA纤维（主要包括PA6和PA66）是仅次于聚酯纤维的第二大合成纤维品种。在过去的10年中，全球PA纤维生产呈持续下滑趋势，2010 ― 2012年间西欧地区的PA市场下降了6%，美国下降了9%，2012年全球PA纤维产量维持在400.81万t。
与此同时，中国PA纤维的产能不断拓展。据统计，2005― 2010年期间的年增长率一直保持在17.69%，这在一定程度上缓冲了全球PA及其纤维制品的下跌形势，2012年国内PA纤维产量达到181.46万t，其中长丝纱173.0万t，短纤维8.44万t，设备的运转率视品种不同在70% ～ 83%之间。
全球性经济减速影响下的PA纤维产量的变化，主要对PA长丝纱和短纤维的市场供给产生了较大影响，同时产业用纱的生产亦受到明显波及。期间己内酰胺及其树脂的价格不断上涨，2011年我国进口的己二酸己二胺盐价格上涨了24.22%，己内酰胺价格上扬了31.70%。
PA地毯纱产量下跌明显，年下滑速率达9%，作为地毯重要市场的美国其产量下降了16%，相继关闭了Shaw等多家地毯纱工厂。地毯市场的变化亦与聚酯BCF量化及其替代PA地毯绒头纱的趋势日益明显有关。期间美国的聚酯BCF份额由2002年的1.1%升至目前的30%；欧洲地毯生产亦出现了相似的状况，其出口中东地区的地毯纱受阻，市场持续萧条，需求萎缩，地毯纱产量的下降幅度也超过了10%。同时全球PA短纤维产量下跌了约1/4，作为PA短纤维生产的主要国家之一美国也出现了大幅减产。
2.1 生物基PA66
生物基己二酸（ADA）的制备，可选用葡萄糖为原料，在酶菌的环境下经发酵转化，进而在压力条件下加氢制得。生物基己二酸与己二胺可按常规聚合工艺制得PA66，生物己二酸制造工艺如图 1 所示。
美国Rennovia公司采用空气氧化工艺，即葡萄糖原料在催化条件下氧化得到葡萄糖二酸（glucoric acid），用其做中间体经催化加氢得到己二酸。该公司选用非粮食木质素为原料，第一个商业化的生物基ADA装置产能13.5万t/a，拟于2018年完成生产性运转。Rennovia公司声称可以生产100%的生物基PA材料，也具有将生物基ADA转化为己二腈（AND）技术和生物基己二胺（HMD）的技术，用以生产100%生物基PA66聚合体。
Verdezyne公司合成生物基ADA的研究亦从实验室进入批量生产试验阶段，并在美国加州建设了商业化试验装置。该项技术采用糖类、植物油为原料，通过变性酶工艺对葡萄糖施以发酵处理以制得ADA。该生物基己二酸的商业化装置预计2014 ― 2015年完成。加工成本较传统石油基ADA要低20% ～ 30%（基于原油价格40欧元/桶）。Verdezyne公司生物基己二酸技术的原料选择为非粮食生物质，即使用大豆、椰子油或棕榈油生产中的副产品作原料 。
2.2 生物基PA6
美国Michigen大学研究人员利用葡萄糖发酵技术制得赖氨酸，进而成功合成了生物基己内酰胺，纯度高于99.9%。图 2 为生物基己内酰胺的制备工艺。
YXY技术是利用可再生植物原料经催化脱水、氧化制取2，5-呋喃二羧酸（FDCA），进而催化聚合可得到100%生物基2，5-呋喃二甲酸乙二醇酯，其中的FDCA亦可用于制备生物基PA。Solvay公司使用YXY技术生产出了PA工程塑料，Rhodia公司利用FDCA制得了PA及其纤维，日本帝人公司拟以FDCA为原料开发环境友好型芳香族聚酰胺纤维。
YXY技术的核心是FDCA的合成，其商业化试验中使用的第一代原料是糖类或玉米淀粉，目前在原料的可利用性方面取得了巨大进步，已开始采用非粮食生物质资源。
Avantium公司在规模为 5 t/a和40 t/a的试验设备的基础上，于2012年又建成了1 000 t/a的FDCA试验装置，预计工业化后FDCA工厂的产能在 1 万 ～ 10万t/a之间。
荷兰Utrech大学基于YXY技术的生命周期（LCA）分析认为，和传统石油基产品相比，其CO2排放可降低50% ～70%，且生产链具有原料可再生和产品可回收再利用的优点。目前YXY技术的200 ～ 450 t/a的半生产性设备已在运转中，预计2015年 3 万 ～ 5 万t/a的生产线可投入运营。
2.3 新型生物基PA4及其纤维
PA4是γ-氨基丁酸的线性聚合体（GABA），具有同其他PA材料相似的一系列优越性能，包括非常高的熔点和良好的生物可降解性能。生物基PA4的原料取之于可再生生物质。通常生物质经糖化处理得到葡萄糖，后经过酶处理工艺得到谷氨酸，二氨基戊二酸再经脱羧基反应得到GABA，用作PA4的单体，通常可在室温条件下完成聚合反应。表 2 为生物基PA4同其他聚合物的基本技术特征比较情况。
据测试，生物基PA4纤维的吸湿特性与棉花相近，且纤维的染色性能良好。目前，日本国家工业科学技术研究所（AIST）已在生物基PA4的研究上取得了进展；20世纪70年代中期，我国吉林纺织研究设计院在PA4纺丝成形工艺方面也进行了较为系统的探索性试验，取得了不错的实验室成果。
2.4 生物基长链PA
据统计，目前生物基PA610的市场需求量在2.5万t/a左右，源于天然植物油原料的PA11（Rilsan）已有50年的制造历史，与传统PA6相比其环境友好特征更明显，CO2排放量更低。据了解，Arkema公司的PA12系列（Rilsamid）的聚合生产能力已达到6 000 t/a规模，该公司已在我国江苏常熟合作建设了PA11生产工厂。苏州翰普公司利用可再生原料，开发了生物基长链PA系列，包括PA610、PA1010、PA11等的工程塑料，其生物组分在40% ～ 100%之间。
2007年DuPont（杜邦）公司开发的商品名为“Zytel？”的长链生物基PA即PA1010和PA610使用的癸二酸来源于可再生资源，其中PA1010的100%、PA610的70%组分使用非粮食生物质原料。DSM公司开发的生物基高性能工程塑料“EcoPaxx”即长链PA410聚合物的70%原料取材于蓖麻籽油。
EMS公司开发了商品名为“Grilamid”的生物基PA系列，包括PA1010（生物基组分99%）、PA610（62%）等。该公司开发的生物基长链PA系列聚合物的生命周期分析结果如表 3 所示。
2.4.1 生物基PA11
Arkema公司开发的生物基PA11选用蓖麻籽原料，制得了11-氨基十一酸，经 3 段聚合得到聚11-氨基十一酸。与环氧树脂类产品相比，生物基PA11对环境的危害性可减轻一半，CO2排放量下降40%，其热塑性树脂亦可回收再利用。利用生物基PA11纤维及其树脂可以制得100%的生物基复合材料，密度1.16 ～ 1.22 g/cm3，热分解温度230 ℃。PA11纤维的体积添加量横向（UD）为30% ～ 35%，纵向（MD）为30%，目前已在飞机和运输车辆的部件上使用。
2.4.2 生物基PA610
Rhodia公司开发的生物基PA610，使用了60%的可再生资源，年产量为2.5万t，已大量用作生产单丝或牙刷鬃丝。德国Evonik公司开发了Vestamid生物基PA系列产品，主要包括PA610（HS）、PA610（DS）和PA610（DD）产品。部分产品的技术特征如表 4 所示。
2.4.3 生物基PA56
Ajinomoto公司利用天然植物油制备的氨基酸/赖氨酸，通过赖氨酸脱碳及酶工艺加工得到1，5-戊二胺（1，5-PD），用以合成生物基聚酰胺PA56。我国上海凯赛生物产业公司生物基PA56的研究与开发亦取得了进展，据悉商业化的装置正在实施中。2.4.4 生物基PA69
生产PA69使用的二元酸单体可以通过油酸经化学合成的方法得到。十八烯酸-9（油酸）属单一不饱和脂肪酸，具有十八碳。油酸可以资源丰富的动物或植物油脂为原料，利用动物油脂合成生物基壬二酸的加工工艺如图 3 所示。
油酸在高锰酸钾条件下可氧化制得壬二酸。目前油酸氧化而产生的分子链断裂是在络酸条件下实现的，亦可采用臭氧分解的方法制得壬二酸。生物基壬二酸与二元胺合成PA69的阶式聚合反应与传统PA66有许多相似之处，仅在聚合物黏度和熔融温度上存有差异。目前PA69聚合体已成功用于非织造布网材的加工。
3 生物基PA的成本结构及发展
依据欧洲生物塑料协会的统计数字，2010年欧洲生物基聚合物的产能约72.45万t/a，生物基PA为3.5万t/a，占生物基聚合物产能的5%。预计2015年欧洲生物聚合物材料的产量将达到170.97万t，届时生物基PA的状况与市场份额将如表 5 所示。
3.1 生物基PA的原料资源
在生物基PA的研究开发中，常用的可再生原料资源包括蓖麻油、油酸与亚油酸以及葡萄糖等。如BASF（巴斯夫）公司开发的生物基PA610使用了60%的来源于蓖麻油的癸二酸；杜邦公司开发的生物基长链PA即Zytel-RS系列中，PA1010和PA610两类材料中的生物基癸二酸含量分别为100%和60%，产品具有优良的热性能。
作为重要的可再生原料，蓖麻籽是一种生长迅速的作物，其季度茎高增长速度可达 2 m，并可在贫瘠的土地上栽植，不存在与粮食作物争地的矛盾，每公顷蓖麻的产量可达到10 t左右。据统计，目前全球蓖麻产量约120万t/a，但相关蓖麻籽油的产量仅为植物油产量的1%。此外，其他可用的可再生资源还包括棕树油、椰油、油菜籽等。
Arizona公司利用制浆造纸工业的副产品妥尔油（tall oil）提取不饱和脂肪酸，通过二聚反应形成了脂肪酸二聚体，再经聚合得到了生物基PA。
评估生物基PA产品，其相对于传统石油基PA的加工成本是关键点之一。依据DSM公司的可行性研究报告，随着时间的推移，微生物与低价高得率糖发酵技术的进步和量化，生物基己内酰胺的单体价格可降低至75欧元/kg，较之于21世纪初期的成本下降了50%。而当装置规模达10万t/a以上时，则无需像传统石油基PA生产那样再为“三废”治理支付费用。
当今市场中，生物基PA的价格主要为：PA11在9.82 ～11.30欧元/kg之间，PA610在4.32 ～ 4.73欧元/kg之间，比石油基PA6/PA66的平均价格（2.1 ～ 2.4欧元/kg）要高。而如从基本原料考量，生物质原料价格较具优势，如葡萄糖原料价格在300美元/t，石油基环己烷则高达1 250美元/t（2012年市场水平）。
3.2 生物基PA纤维的开发与应用
Rhodia公司研究中心与Fulgar公司合作，将商品名为“Emana”的生物基PA66纤维供给欧洲纺织品市场。据介绍，由该纤维制得的服装面料可通过织物与人皮肤间的作用，明显改善人体血液微循环和细胞组织代谢的状况。来自2013年Dornbirn-MFC（多恩比恩人造纤维大会）的信息显示，未来 7 ～ 8 年全球生物基PA66纤维的产量有望达到102万t/a。另外Radici公司生产的生物基PA6短纤维也已在针刺非织造布产品上使用。
美国Invista（英威达）公司开发的环境友好型PA地毯纱采用三组分混合技术（Trublend），即将PA66和回收再利用的PA66，以及5%的生物基PA11混合制得地毯绒头纱，已批量投放市场。该产品的生命周期分析显示，其CO2排放量减少了21%。
日本尤尼契卡公司使用Arkema公司的生物基PA11成功制得了纺织用纤维，纤维难燃性好，符合FAR25853的要求，LOI指数达35，燃烧时无烟、无有毒气体释放，主要用于高端服装面料和运动服装；Greenfil公司使用Arkema公司的生物基PA11纺制的长丝袜，耐用性比常规尼龙袜要高 5 ～ 10倍，但售价要高 2 ～ 3 倍。
昆士兰大学（澳）使用蓖麻籽为原料制得PA11纤维，用作增强复合材料的增强相，其短切纤维长度为 3 ～ 7 mm，单纤直径在10 ～ 35 μm之间。工业用丝束纤维长度在150 ～500 mm之间，单纤直径为15 ～ 25 μm，伸长率低于30%。
依据法国纺织与服装研究所（IFTH）的研究试验结果，PA11纤维及其织物有许多特点，包括较高的耐磨性、良好的耐氯性能、非常低的霉菌繁殖速率和速干性等。IFTH将PA11长丝织物与PA6、PLA、棉和再生纤维素纤维（Modal）产品进行对比，结果显示，前者的霉菌繁殖速率几乎近于零（依据ISO20743），且洗涤干燥速度明显优于传统细旦PA66织物。
日本帝人公司利用YXY技术开发的生物基芳香族聚酰胺产品，赋予了芳香族聚酰胺纤维更高的附加值，目前该项目的实验室研究阶段已经完成。该公司在开发生物基对位芳香族聚酰胺Twaron的过程中，利用非粮生物质原料制备了生物基Twaron单体，用以替代石油基单体。该芳香族聚酰胺产业链的环境友好分析显示，可降低14%的碳足迹。预计到2016年生物基Twaron的生产工艺过程的碳排放将减少8%，单体制备成本可降低4%。
日本东丽公司利用1，5-戊二胺原料制得的PA56纤维在手感、强力和耐热性方面与石油基PA纤维相似，而吸湿性则与棉纤维接近；德国巴斯夫公司开发的生物基PA610单丝目前已用于纸机长网、工业用鬃丝产品。
此外，我国的北京服装学院最近也成功开发了一项生物基PA纤维的制备方法；中国台北纺织研究所在生物基PA纤维的研究中，使用64%的PA610组分制得了PA中空纤维，纤维的中空度为20.2%，密度为0.86 g/cm3，纤维的断裂强力为5.5 g/D，伸长率为28%，该纤维适宜用于织制轻薄织物如风衣等。
3.3 关于生物基PA技术进步的思考
随着生物技术的不断进步以及生物聚合物材料在常规和高性能产品领域的日益拓展，业界普遍认为，生物基聚合材料替代常规石油基聚合物比以往任何时候都更加接近于人们的期望。换言之，持续发展的生物技术与生物基聚合物将会不断进入更多新的应用领域，依赖石油资源的传统制造业将面临生物技术的挑战，生物加工工艺将会更多地替代某些制造业的化学合成过程。
和其他生物基聚合物一样，生物基PA的生产技术也面临着诸多不确定性，比如生物质原料管理、生物聚合物的性能和产品成本等，此外生物基单体及其聚合生产装置的经济性和规模亦是重要的制约因素。具体来说，面临的挑战包括生物质原料资源与供给；生物基聚合物的技术途径，是否可达到现有石油基聚合物加工工艺的生产效率；新型微生物与酶制剂；生物聚合物及其制品的回收利用技术途径等。
目前，生物基聚合物占世界塑料市场的份额不足1%，但生物技术吸引了全球诸如杜邦、巴斯夫、Evonik、DSM等国际著名企业的浓厚兴趣，它们争相投入了巨大的人力和财力，并取得了长足的进步。目前在数十种已商业化使用的PA材料中，取之于可再生资源的生物基PA系列产品，包括PA6、PA66、PA69、PA11、PA610、PA1010及其制品的研究与开发均已相继展开。美国Rennovia公司基于全球葡萄糖类原料的供给现状以及通过化学催化技术制备生物基己二胺及己二酸技术的商业化现实判断，2022年全球生物基PA66纤维产量将突破100万t大关。
对于我国而言，近年来生物基PA在品种、技术及产品的应用研究中取得的惊人进步，无疑在客观上将促进尼龙产业的持续发展，同时也将强化行业对于PA产业链生命周期研究的重视。
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