生命工艺，或称生物工艺，是指利用生物学原理和技术在工业生产中实现的工艺过程。这些工艺主要涉及生物技术的应用，包括但不限于生物催化、合成生物学、生物制造等领域。
生物技术在工业上的应用主要分为两大类：一是以可再生资源（如生物资源）替代化石燃料资源；二是利用生物体系（如全细胞或酶）作为反应剂或催化剂的生物加工工艺，以替代传统的、非生物加工工艺1。这表明生命工艺不仅关注于资源的可持续利用，也致力于提高生产效率和环境友好性。
生物制造是将生物科学和工程学的成果应用于工业制造领域的一个重要方向，它以可再生生物质资源为原料，开发新产品的制造路线，大规模生产人类所需的化学品和高分子材料等2。这一过程体现了基因技术的具体产品应用和工业规模生产的结合，展现了生命工艺在创新产品开发和生产过程中的重要作用。
合成生物学则是通过有目标地设计、改造乃至重新合成生物体，甚至创建赋予非自然功能的“人造生命”，推动了从认识生命到设计生命的跨越3。这一领域的进展不仅促进了产业技术变革，也为生物经济的可持续发展提供了新的动力。
此外，绿色生物工艺作为国家战略性新兴产业，其高效、安全、节能、环保的特点，以及工业酶作为其“芯片”的角色，显示了生命工艺在促进环境保护和资源节约方面的重要性8。
生命工艺涵盖了从生物催化、生物制造到合成生物学等多个方面，旨在通过生物学原理和技术的应用，实现资源的可持续利用、提高生产效率和环境友好性，同时推动产业技术变革和生物经济的可持续发展。
生物催化在工业生产中的应用案例有哪些？
生物催化在工业生产中的应用案例包括：
造纸工业：生物酶在造纸工业中被广泛应用于化学制浆的粗浆洗涤、机械浆漂白、废纸打浆及脱墨等工段，主要包括纤维素酶、木聚糖酶、果胶酶、锰过氧化物酶等16。
纺织工业：生物酶因其高效、专一和反应条件温和的特点，在纺织工业中获得了广泛应用，具有节能、环境污染小等特点17。
医药工业：生物催化转化技术在医药工业中的应用，实现了青霉素、头孢菌素、他汀降血脂类药物、甾体药物、手性药物等的规模化生产新工艺18。
食品加工业：生物酶的应用主要在医药业、食品加工业等方面，早期的酶制剂主要用于治疗消化道疾病，但随着技术的发展，其在食品加工领域的应用也在增加19。
环境保护：生物酶也应用于治理室内装修污染领域，通过吞噬、分解来消除室内装修产生的异味、甲醛等污染19。
药物合成：生物催化技术在药物合成中的应用，加速了工业酶的发掘和应用，例如酮还原酶和转氨酶的应用案例21。
生物炼制：生物炼制技术在碳减排方面的应用探索，展示了生物催化技术在环境保护和可持续发展方面的潜力25。
这些案例展示了生物催化技术在多个工业领域的广泛应用，从传统的制造业到新兴的环保和医药产业，生物催化技术正发挥着越来越重要的作用。
合成生物学如何推动产业技术变革和生物经济的可持续发展？
合成生物学通过其在生物制造领域的应用，正推动产业技术变革和生物经济的可持续发展。首先，合成生物学的应用预计将在2030-2040年每年带来1.8至3.6万亿美元的经济影响，到2025年，与生物制造相关的经济影响将达到1000亿美元2627。这表明合成生物学不仅是一个快速发展的领域，而且对全球经济有着深远的影响。
合成生物学的一个重要应用场景是生物制造，这一过程利用生物体机能进行物质加工与合成，是一种绿色生产方式2830。生物制造的产品可以覆盖70%的化学制造产品，并且这一比例还在继续增长28。这意味着合成生物学能够替代传统的化学制造方法，减少环境污染，促进资源的可持续利用。
此外，合成生物学的发展还受到基础研究和底层技术突破的推动，相关成本的迅速下降为技术转化打开了新格局31。这表明合成生物学的技术进步不仅提高了生产效率，还有助于降低生产成本，进一步推动产业技术变革。
国家层面的战略规划也支持了合成生物学的发展。例如，《“十三五”国家科技创新规划》将合成生物技术列为引领产业变革的颠覆性技术34。这种政策支持有助于加速合成生物学的研究和应用，促进科技创新和产业升级。
合成生物学通过其在生物制造等领域的应用，以及技术进步和政策支持，正推动产业技术变革和生物经济的可持续发展。这不仅有助于提高生产效率和降低成本，还有助于保护环境，促进资源的可持续利用。
生物制造技术在大规模生产化学品和高分子材料方面的最新进展是什么？
生物制造技术在大规模生产化学品和高分子材料方面的最新进展主要体现在以下几个方面：
合成生物学的应用：通过合成生物学方法改造微生物细胞工厂，利用废水中的金属离子、硫酸盐和有机物污染物作为原料，实现半导体材料-生物杂合体的规模化生产。这种方法不仅降低了化学品生产的成本，还减少了CO2排放，实现了污染物的高效转化37。
生物可降解塑料的生产：国内首个合成生物技术与智能生物制造创新联盟的成立，推动了pha（一种由微生物合成的天然高分子聚合物）等生物可降解材料的大规模生产。这些材料能够在有氧和无氧条件下实现生物降解，为解决塑料污染问题提供了新的思路38。
生物基高分子材料的开发：例如聚3-羟基丁酸酯（PHB），这是一种具有良好生物相容性和生物可降解性的生物基高分子材料。尽管当前微生物发酵法生产PHB的工艺较复杂且成本相对较高，但这一领域的研究正在不断进步，有望克服这些限制，实现其规模生产和广泛应用43。
利用生物质资源：生物制造技术以淀粉糖、油脂、纤维素等可再生物质为原料，通过生物合成的方法生产塑料等大宗化学品。这种以生物质为基础的生产方式，相比传统的石化资源为基础的生产方式，更加环保和可持续42。
大肠杆菌作为底盘细胞的应用：大肠杆菌因其遗传操作工具成熟，成为合成生物制造领域使用最广泛的底盘细胞。这标志着合成生物学的发展，使得大肠杆菌从一种模式微生物发展成为一种非常重要的细胞工厂，用于生产各种基础化学品与原料45。
生物制造技术在大规模生产化学品和高分子材料方面的最新进展包括合成生物学的应用、生物可降解塑料的生产、生物基高分子材料的开发、利用生物质资源以及大肠杆菌作为底盘细胞的应用等方面。这些进展不仅展示了生物制造技术的巨大潜力，也为实现更加绿色、可持续的化学生产和材料制造提供了新的途径。
绿色生物工艺在环境保护和资源节约方面的具体实践和成效有哪些？
绿色生物工艺在环境保护和资源节约方面的具体实践和成效主要体现在以下几个方面：
工业酶的应用与开发：工业酶作为绿色生物工艺的核心，其开发与应用是推动绿色生物工艺发展的重要技术之一。通过新型高效工业酶的开发，可以实现对工业生产过程的优化，减少能源消耗和污染物排放，从而达到节能减排的目的51。
生物制造原料的利用：绿色生物工艺强调利用生物质资源进行生产，如食物垃圾、微藻和木质纤维素等生物质来源，这些原料的利用不仅减少了对传统化石能源的依赖，还降低了生产过程中的碳排放50。
绿色制造技术的应用：在制药行业中，通过采用酶法、生物转化、膜技术等绿色技术，从源头上减少污染物的产生，实现了化学制药行业的可持续发展54。
CO2绿色转化研究：CO2绿色转化与生物制造联合实验室的成立，标志着在将CO2转化为有用物质方面的研究取得了进展，这不仅有助于减少温室气体排放，还能为生物制造提供新的原料来源55。
高通量自动化合成生物育种技术：广东省在绿色生物制造领域的科技创新工作中，特别提到了面向绿色生物制造的高通量自动化合成生物育种技术与装备的研究成果和应用进展，这种技术的发展有助于提高生物制造的效率和可持续性47。
政策支持与标准建设：中国生物发酵产业协会在加强政策研究、引领创新发展、强化标准建设等方面做了大量工作，这些措施为绿色生物工艺的发展提供了政策和技术支撑48。
绿色生物工艺在环境保护和资源节约方面的具体实践和成效包括了工业酶的应用、生物质原料的利用、绿色制造技术的应用、CO2绿色转化研究、高通量自动化合成生物育种技术的发展以及政策支持与标准建设等多个方面。这些实践和成效共同推动了工业向绿色可持续发展的转型。
工业酶作为“芯片”的角色，其在生命工艺中的应用和优势是什么？
工业酶在生命工艺中的应用和优势主要体现在以下几个方面：
绿色生物制造的支撑：工业酶被誉为绿色生物制造的“芯片”，它们支撑着下游数十倍甚至百倍的产业。通过解析工业酶的结构与功能关系，可以对其设计改造并应用于工业生产，近年来随着蛋白结构解析技术和计算模拟技术的发展，使得酶理性设计，甚至是从头设计成为可能5659。
降低能耗、减少成本、产生更少废物：应用工业酶能给最终产品制造商带来诸多好处，包括降低能耗、减少成本、产生更少废物等。这些优势使得工业酶在工业生产中得到了广泛的应用57。
高效、通用的酶设计新方法、新策略、新技术的研发：天津工业生物所聚焦于高效、通用的酶设计新方法、新策略、新技术的研发，如精简密码子设计、拟突变位点的精准定位、聚焦突变技术，以及基于结构的设计等，这些都是保障芯片供给的关键技术58。
新酶元件的创制和新分子生化体系的开发：南京大学黄小强课题组致力于将化学与生物学相融合，以实现新酶元件的创制和新分子生化体系的开发，这表明工业酶的研究不仅限于传统的应用领域，还在不断探索新的可能性60。
合成生物学领域的应用：在合成生物学的各个领域中，酶作为“芯片”的角色，可以应用在全细胞的细胞工厂形式称为“主机”，显示了工业酶在现代生物技术中的广泛应用和重要性61。
生物催化工艺与酶工程的发展：通过综合使用合成生物学手段和基因编辑技术等，从表达元件筛选、表达宿主改造以及发酵条件优化等方面展开研究，从而建立和完善酶的高效表达平台和规模化制备工艺，实现酶制剂的工业化制备；发展生物催化工艺与酶工程，进一步提升了工业酶的应用效率和范围62。
工业酶在生命工艺中的应用和优势主要包括其作为绿色生物制造的支撑、能够降低能耗、减少成本、产生更少废物，以及通过高效、通用的酶设计新方法、新策略、新技术的研发，推动了新酶元件的创制和新分子生化体系的开发，同时在合成生物学等领域展现出广泛的应用潜力。
