生物催化技术能够帮助化学工业实现可持续发展。而这条金光大道的敷设需要把化工技术与生物技术结合在一起，真正实现强强联合。

一个原理或是定理就是一个有着广泛适用性的、在很长的历史时间里经过人们大量检验和实践证明的必然规律。生物技术的原理就是一些大自然制定的、千百年来一直使用的规则。经过千百年来的锤炼，这些规则不断地得到改进、优化。例如以下所介绍的几个生物学定律：

生命系统遵守物理和化学定律。

所有生物体都存储和转换能量。

所有生物体都适应其生存环境。

进化是不可逆的。

成长是生命的根本特征。

光合作用是植物生长的能源基础。

在技术领域中使用生物技术常常会得到意想不到的巨大成功，即便是无意地利用了生物技术的原理。硬质材料的孔加工刀具研发就是一个最好的实例。工程师们设计的硬质木材孔加工刀具就是根据生长在北美洲黄头蜂（姬蜂科）甲壳质的刺设计出来的。列奥纳多.达.芬奇（1452~1519）也从大自然中吸收艺术创造的灵感。他根据对鸟类飞行的观察设计了第一架人类飞翔在蓝天上的“飞机”。这两个实例表明，大自然可以启发人类解决遇到的技术问题。但是，大自然中的哪些原理可以在化学合成中使用呢？

自然界中的化学合成

自地球形成后自然界中就一直不断地进行着化学合成。化学家G.v.Kiedrowski先生曾在他的文章中描述：“模仿生物的功能是指导和学习化学最好的手段。”

考察一下人类体内组织细胞一切生命活动所需能量的直接来源，被誉为细胞内能量的“分子货币”的ATP（三磷酸腺苷）的合成就可以有更加深刻的印象了。

不从事体育锻炼的人，体内ATP合成的平均值为体重的一半。这意味着体重70kg的人每天合成的三磷酸腺苷ATP为35kg。而同样体重运动员每天合成的三磷酸腺苷ATP可高达200kg，高出4倍。而维持人类正常生活所需的稳定态浓度只有150g。

利用生物技术原理

为什么我们在工业化生产实际中不使用和落实“利用反应顺序”这一自然规律呢？因为大自然有着最佳的自然选择性，这就省去了许多不必要的副产品和中间产品分离的步骤。

而传统的化学合成则不同，在每一个合成步骤之前都要有一个准备阶段，为多级合成的下一步骤做好种种准备工作。

因此，在化学合成中可以使用的生物技术原理有以下6点：

复杂的化学品应在顺序反应中合成。

生物催化剂是大分子结构的均质同质化介质。

同质化的大分子生物催化剂可用膜保留下来。

生物催化剂可通过膜中的耦合/集成而异质。

反应顺序的关键步骤是催化。

能量输送和物质输送是相互耦合的。

此时，生物细胞也被视为不同生物催化剂、不同酶的反应器。

使用生物催化技术可以帮助化学家们开发可持续的、有利于资源利用的化工技术，因此也是一条非常有前途的金光大道。在仔细的考察了已经发布的反应顺序应用情况之后（图1）就可以更加清楚这一点。

现在，“利用反应顺序”这一生物技术原理愈发显得意义重大，而且也在化学催化中得到了很好应用。

这也是生物技术和化学技术之间有机结合的一个步骤。其很高的催化反应能力使得生物催化剂成为化学催化剂有力的互补工具，可以将独立的酶或是整个细胞作为催化剂。

应用实例

研发项目中的一个实际例子就是两级的非ß天然氨基酸脂的化学酶合成（参见图2）。合成的第一步是在化学的C-N加成反应中把两个简单的初始材料链接成外消旋的中间产品，为下一步的生物催化成外消旋体做好准备。而这一化学酶合成的最终产品是ee大于98%、转化率为59%的ß氨基酸脂。这种顺序反应的最大特点是连续性的在耦合的反应系统中进行无任何中间产品的纯反应，无需使用稀释剂。这也就省去了稀释剂的排污处理。（参见S. Strompen, M. Weiss, T. Ingram, I. Smirnova, H. Gröger, L. Hilterhaus, A. Liese, 生物技术. Bioeng. 109 页(2012年版) 1479–1489）

可以开发出新的反应方案

脂肪酸醇生产过程中清楚的表明，可以为可持续性发展的化工材料生产过程开发设计全新的流程工艺。例如，可以在现代技术水平中最常使用的固定床设备中使用固定的生物催化器，只需低粘度的单相系统就能够完成整个工艺过程。对于高粘度的两相生物催化反应系统，例如聚甘油和月桂酸，就必须开发新的反应技术方案。与Evonik公司共同开发的鼓泡塔反应器能够在均匀地混合高粘度两相系统的同时，通过水的排放实现反应平衡点的平移。而且这种生物转化方式也是不使用稀释剂的、从可再生原材料中获取产品的纯反应过程。(参见：L. Hilterhaus, O. Thum, A. Liese, Org. Proc. Res. Dev. 12 (4) (2008) 618-625)

新的要求

由于不同的反应时间和反应条件已经与各个分离工艺过程进行不同的连接，在实践中也对化学酶化合成反应过程的实施提出了特殊的要求。只有在催化技术和流程工艺技术等方面都与整个工艺过程保持匹配才有可能把不同的催化技术方法集成在一起。

在这一点上可以清楚的看到生物催化技术领域是一个高度跨学科的技术领域，只能由跨学科的科学家来迎接这一领域的挑战，解决这一领域中出现的问题。此时，就需要生物技术领域、化工技术领域和流程工艺技术领域中的科学家们通力合作，同时相互学习、跨学科的相互沟通。另一个要求是与可再生原材料有关的要求。其中，选择性酶促反应一直是一个亟待解决的问题。只有可再生原材料生产出来的、难以回收的酶催化剂能够高效、灵活的使用时，生物技术支持的化工产品生产才能根据市场的要求迅速反应，才能做到像石油工业所做到的那样。

未来的课题

高效的生物质生产工艺；

高效的、最少数量的顺序反应次数；

顺序酶化反应的新窗口、新工艺；

利用二氧化碳为碳元素来源；

从可再生原材料中生产生物燃料；

大宗化学品的生产制造；

材料的制造和改性。

跨学科是必要的

只有在生物学家、化学家和流程工艺设计师的密切合作中才有可能成功地完成生物催化合成并最终把合成物转化为化工产品。通过坚持不懈地使用生物催化技术的原理，生物催化技术能够帮助化工产品生产实现可持续性发展和资源节约。

Andreas Liese教授

Andreas Liese教授于2004年在汉堡-哈尔堡工业大学获得了教授头衔并担任生物催化技术研究所负责人。他生于1966年，早年在Friedlich-Wilhelms大学化学系学习，在C.Wandrey教授领导的课题组中以及与荷兰DSM公司的密切合作中，完成了自己的博士论文。从1998年起到2003年，Liese教授担任Jülich研究所生物技术II生物酶技术组的负责人。在2000年与Pfizer Global Research & Development公司合作的项目实施过程中，他在美国的圣地亚哥市成立了生物酶转化研究所。2003年到2004年他担任明斯特大学生物技术系的教授。2003年Liese教授获得了高等院校生物技术领域的新生力量奖（DECHEMA协会）。从2005年起他当选为德国催化技术协会（GeCatS）董事会的成员。他所著的三本著作（《工业化的生物转化方式》，《生物技术原理在催化反应中的应用》和《医药生产领域中的生物催化技术》）阐述了如何把流程工艺技术与生物技术结合在一起。Liese教授的研究领域是生物反应技术，非对称生物化学合成，反应顺序和生物转化的在线分析技术。