化工合成材料的发展：经典化学合成到生物合成（生物基+发酵技术）
2026-09-07 来源:本站 点击次数:17
丙烯酸的生物合成，谁走在了前沿？
丙烯酸是合成有机玻璃，涂料、粘合剂、医用和化妆品用的乳化剂和增稠剂、合成橡胶和高分子材料中最不可或缺的中间体。丙烯酸传统的化学合成路径，以丙烯的氧化、水解两步生成，但高能耗和环境污染限制了大规模生产，科研工作者和化工巨头们转而开始摸索一种绿色、低碳、可持续的合成方式，即绿色生物合成。此法采用生物基原料如淀粉基，糖基，大豆，桔杆，玉米，甘蔗、竹子或树木等，通过发酵和基因编辑技术，合成具有商业价值的化学品或材料。
以丙烯酸为例，据不完全统计，目前 BASF，LG 化学和 Arkema 都已有成熟的生物合成路径并已经或计划投产。
经典化学合成切换到生物合成，新赛道有什么优势？
学术界也在开展类似的研究，近期美国伊利诺伊大学赵惠民教授在 Nature communications 发表了一篇文章，High yield production of 3-hydroxypropionic acid using Issatchenkia orientalis【1】深入探讨了各种生物基原料通过发酵技术生成3-HP并最终转化成冰晶级丙烯酸的经济、高效有商业转化价值的方法。
文中有一组很有价值的比对：
丙烯酸的生物合成 VS 化学合成
很显然，在成本控制和碳排上，3-HP 和丙烯酸的生物合成法完胜！
生物合成：同样是发酵，摇瓶 VS 生物反应器，怎么选？
赵惠民教授在文中分享了另一组比对数据：
摇瓶法（摇床/振荡培养箱） VS 生物反应器
答案也是一目了然。为什么生物反应器出来的结果比摇瓶法好这么多？
我们先来看下摇瓶法的可控条件，即摇床或振荡培养的可控条件，只能控制温度和转速。pH，DO，过程补料都不好实现。
而生物反应器可控的实验条件，也是文中推荐的实验条件：
> 温度：30°C
> pH=4（4M盐酸和28%氢氧化铵），动态平衡
> 溶氧（DO）：5%，级联搅拌，O2和CO2控DO，100ml、300ml/3L罐体
> 分批补液 （基因编辑）
> 生物量的过程监控
不难发现，生物反应器的整个培养过程均可维持pH和溶氧的动态平衡，再加上过程补料和全程监控，整个培养过程完美控制，结果自然更有保障。
生物合成的完美助手——IKA HABITAT 生物反应器
> 250ml~10L 罐体，满足不同量体的需求，罐体采用高硼硅玻璃 3.3 符合 ISO3585 标准，低析出、低吸附，支持整体高温高压灭菌
> iPad 控制面板，实时监控培养动态，遥控尽在您手
> 搅拌、温度、液位和消泡实时控制；pH，溶氧动态平衡；按需自动补料
> CO2、浊度、电导率、生物量、活细胞密度，尾气分析，光照（RGB 255色）等，任您灵活搭配
> 专利的混沌混合技术，高效充分混合培养基和各组分，生产速率buff加满。
IKA 生物反应器让您的培养高产、可控、自动化变成现实，颜值也在线。现有2L发酵罐和2L细胞罐样机，欢迎大家留言试用。
【1】Shih-I Tan，Jeremy S. Guest 3,4 & Huimin Zhao，High yield production of 3-hydroxypropionic acid using Issatchenkia orientalis【J】，Nature Communications | ( 2026)17:899
关于IKA
IKA 集团是实验室前处理、分析技术、 工业混合分散技术的市场领导者。电化学合成仪、磁力搅拌器、顶置式搅拌器、分散均质机、混匀器、恒温摇床、恒温培养箱/烘箱、移液器、研磨机、旋转蒸发仪、加热板、恒温循环器、粘度计、量热仪、生物反应器、化学合成釜、实验室反应釜等相关产品构成了IKA 实验室前处理与分析技术的产品线；而工业技术主要包括用于规模生产的混合设备、分散乳化设备、捏合设备、以及从中试到扩大生产的整套解决方案。IKA 还与全球知名大学和科学家进行着密切的合作, 支持其在科研道路上不断探索。我们致力于为客户提供更好的技术, 帮助客户获得成功。
IKA 成立于1910年，集团总部位于德国南部的Staufen，在美国、中国、印度、马来西亚、日本、巴西、韩国、英国、波兰等国家都设有分公司。 艾卡（广州）仪器设备有限公司是IKA 集团于2000年设立的全资子公司，主要负责为中国和蒙古国提供产品、技术和服务支持。
丙烯酸是合成有机玻璃，涂料、粘合剂、医用和化妆品用的乳化剂和增稠剂、合成橡胶和高分子材料中最不可或缺的中间体。丙烯酸传统的化学合成路径，以丙烯的氧化、水解两步生成，但高能耗和环境污染限制了大规模生产，科研工作者和化工巨头们转而开始摸索一种绿色、低碳、可持续的合成方式，即绿色生物合成。此法采用生物基原料如淀粉基，糖基，大豆，桔杆，玉米，甘蔗、竹子或树木等，通过发酵和基因编辑技术，合成具有商业价值的化学品或材料。
以丙烯酸为例，据不完全统计，目前 BASF，LG 化学和 Arkema 都已有成熟的生物合成路径并已经或计划投产。
经典化学合成切换到生物合成，新赛道有什么优势？
学术界也在开展类似的研究，近期美国伊利诺伊大学赵惠民教授在 Nature communications 发表了一篇文章，High yield production of 3-hydroxypropionic acid using Issatchenkia orientalis【1】深入探讨了各种生物基原料通过发酵技术生成3-HP并最终转化成冰晶级丙烯酸的经济、高效有商业转化价值的方法。
文中有一组很有价值的比对：
丙烯酸的生物合成 VS 化学合成
很显然，在成本控制和碳排上，3-HP 和丙烯酸的生物合成法完胜！
生物合成：同样是发酵，摇瓶 VS 生物反应器，怎么选？
赵惠民教授在文中分享了另一组比对数据：
摇瓶法（摇床/振荡培养箱） VS 生物反应器
答案也是一目了然。为什么生物反应器出来的结果比摇瓶法好这么多？
我们先来看下摇瓶法的可控条件，即摇床或振荡培养的可控条件，只能控制温度和转速。pH，DO，过程补料都不好实现。
而生物反应器可控的实验条件，也是文中推荐的实验条件：
> 温度：30°C
> pH=4（4M盐酸和28%氢氧化铵），动态平衡
> 溶氧（DO）：5%，级联搅拌，O2和CO2控DO，100ml、300ml/3L罐体
> 分批补液 （基因编辑）
> 生物量的过程监控
不难发现，生物反应器的整个培养过程均可维持pH和溶氧的动态平衡，再加上过程补料和全程监控，整个培养过程完美控制，结果自然更有保障。
生物合成的完美助手——IKA HABITAT 生物反应器
> 250ml~10L 罐体，满足不同量体的需求，罐体采用高硼硅玻璃 3.3 符合 ISO3585 标准，低析出、低吸附，支持整体高温高压灭菌
> iPad 控制面板，实时监控培养动态，遥控尽在您手
> 搅拌、温度、液位和消泡实时控制；pH，溶氧动态平衡；按需自动补料
> CO2、浊度、电导率、生物量、活细胞密度，尾气分析，光照（RGB 255色）等，任您灵活搭配
> 专利的混沌混合技术，高效充分混合培养基和各组分，生产速率buff加满。
IKA 生物反应器让您的培养高产、可控、自动化变成现实，颜值也在线。现有2L发酵罐和2L细胞罐样机，欢迎大家留言试用。
【1】Shih-I Tan，Jeremy S. Guest 3,4 & Huimin Zhao，High yield production of 3-hydroxypropionic acid using Issatchenkia orientalis【J】，Nature Communications | ( 2026)17:899
关于IKA
IKA 集团是实验室前处理、分析技术、 工业混合分散技术的市场领导者。电化学合成仪、磁力搅拌器、顶置式搅拌器、分散均质机、混匀器、恒温摇床、恒温培养箱/烘箱、移液器、研磨机、旋转蒸发仪、加热板、恒温循环器、粘度计、量热仪、生物反应器、化学合成釜、实验室反应釜等相关产品构成了IKA 实验室前处理与分析技术的产品线；而工业技术主要包括用于规模生产的混合设备、分散乳化设备、捏合设备、以及从中试到扩大生产的整套解决方案。IKA 还与全球知名大学和科学家进行着密切的合作, 支持其在科研道路上不断探索。我们致力于为客户提供更好的技术, 帮助客户获得成功。
IKA 成立于1910年，集团总部位于德国南部的Staufen，在美国、中国、印度、马来西亚、日本、巴西、韩国、英国、波兰等国家都设有分公司。 艾卡（广州）仪器设备有限公司是IKA 集团于2000年设立的全资子公司，主要负责为中国和蒙古国提供产品、技术和服务支持。
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