生物轉化 - 簡介、型別、優缺點

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簡介

生物轉化，也稱為生物催化劑或酶催化轉化，是利用生物催化劑修飾化學化合物的過程。近年來，該技術作為生產各種化學化合物（包括藥物、香料、香精和其他高價值化合物）的一種手段變得越來越重要。

生物轉化的型別

生物轉化可以分為兩大類：酶促和微生物。

酶促生物轉化

酶促生物轉化涉及使用純化的酶來催化化學反應。這些酶可以從多種來源分離出來，包括植物、動物和微生物。

酶促生物轉化的一個例子是青蒿素的生產，青蒿素是一種用於治療瘧疾的藥物。青蒿素來源於黃花蒿，但其生產成本高且耗時。

透過使用一種可以將青蒿酸轉化為青蒿素的細菌的純化酶，可以使藥物的生產更有效率和經濟效益。

微生物生物轉化

微生物生物轉化涉及使用全細胞或微生物來催化化學反應。這些微生物可以是細菌、酵母、真菌，甚至藻類。

微生物生物轉化的一個例子是香蘭素的生產，香蘭素是一種用於食品和飲料中的調味劑。傳統上，香蘭素是從香草豆中提取的，香草豆價格昂貴且難以種植。然而，透過使用微生物發酵過程，香蘭素可以從簡單的原料（如葡萄糖或木質素）中生產出來。

生物轉化的優點

選擇性

生物轉化的主要優點之一是其高選擇性。生物催化劑通常可以生產出具有高純度的特定產物，而傳統的化學方法可能會產生不需要的副產物。

可持續性

生物轉化通常被認為是傳統化學方法更可持續的替代方案。許多生物轉化反應使用可再生原料，並且比傳統方法產生的廢物更少。

經濟高效

在某些情況下，生物轉化可能是傳統化學方法更經濟高效的替代方案。酶和微生物通常可以以相對較低的成本生產，並且使用可再生原料可以降低生產成本。

溫和的反應條件

生物轉化反應通常可以在溫和條件下進行，例如低溫和大氣壓，從而降低能耗和生產成本。

較低的環境影響

生物轉化反應通常比傳統化學方法產生更少的毒性廢物，使其成為一種更環保的方法。

生物轉化的缺點

底物範圍有限

生物轉化中使用的酶和微生物的底物範圍可能有限，這可能會限制可以生產的化合物型別。

對反應條件敏感

生物轉化中使用的酶和微生物可能對反應條件（如pH、溫度和底物濃度）敏感，這可能會限制其有效性。

產物抑制

在某些情況下，生物轉化反應的產物可能會抑制所使用的酶或微生物，這可能會限制反應的產率。

純化成本高

生物轉化中使用的酶和微生物的純化可能既昂貴又耗時，這可能會限制大規模生產的可行性。

穩定性問題

生物轉化中使用的酶和微生物可能不穩定，這可能會限制其保質期以及大規模生產的整體可行性。

生物轉化的應用

製藥行業

生物轉化廣泛應用於製藥行業，用於生產各種藥物。酶促生物轉化已被用於生產抗生素、他汀類藥物和抗炎藥等藥物。一個例子是半合成青黴素的生產，這涉及使用酶來修飾天然青黴素以改善其特性。

食品行業

生物轉化也用於食品行業，以生產香料、香精和其他新增劑。微生物生物轉化通常用於生產香蘭素等化合物，香蘭素用作食品和飲料中的調味劑。

環境應用

生物轉化也可用於環境應用，例如廢水處理或汙染土壤的修復。微生物可以用來將汙染物（如殺蟲劑或工業化學品）降解成危害較小的化合物。

化工行業

生物轉化也用於化工行業，以生產各種化學品，如洗滌劑、溶劑和生物燃料。酶促生物轉化可用於生產酯或醯胺等化學品，這些化學品廣泛應用於化工行業。

結論

生物轉化是一項多功能技術，與傳統化學方法相比，它具有許多優點。它具有高選擇性、可持續性和經濟高效性，使其成為許多行業的很有希望的替代方案。

然而，它也存在侷限性，例如底物範圍和對反應條件的敏感性，必須解決這些侷限性才能最大限度地發揮其潛力。總的來說，生物轉化是一種強大的工具，它將在未來繼續在高價值化合物的生產中發揮重要作用。