盤點 | 十二五”863計劃綠色生物制造工藝研究成果回顧



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綠色生物制造工藝是清潔生產、零排放工藝,是從化學反應的“始端”著手,控制和防止污染產生的有效手段,主要包括輕工業(皮革、紡織、造紙)綠色生物工藝、食品加工綠色生物工藝、化工制藥綠色生物工藝等。

“十二五”期間,國家863計劃在綠色生物制造工藝方面,針對傳統醫藥、輕紡、食品、化工等工業的工藝需求,圍繞資源與過程替代,重點研究了工業酶分子改造、生物催化、生物煉制、先進發酵和生物產物分離純化等先進綠色生物工藝技術,突破了工業酶分子改造與規?;磉_制備、工業生物催化轉化、新型高效的發酵過程優化與放大等關鍵技術,取得了系列重大成果?,F簡要回顧如下,與廣大讀者分享。

成果一:

過程集成與清潔化生產酵母核苷酸

核苷酸是嬰幼兒奶粉母乳化配方的重要成分,對嬰幼兒發育具有十分重要的生理功能,其生產方法有化學合成法和酵母核糖核酸酶解法兩種。美國食品化學品法典(FCC)明確規定嬰幼兒食品中添加的核苷酸必須來自酵母核糖核酸的水解物,而從酵母培養到核苷酸生產存在技術涉及面寬、起點高、難度極大等問題。針對核苷酸生產工藝存在的問題,我國科研工作人員在高濃度核酸酵母細胞規?;囵B、核苷酸酶解和分離純法工藝等產業關鍵技術上取得了重大突破。建立了高濃度核酸酵母細胞的大規模連續培養,培養效率提高了230%;發明了水相逐級分離的新方法,用于制備核糖核酸、多糖等多種產品;首創了固定化連續產核酸酶P1的新技術,與國際知名酶制劑公司相比,酶活提高近2.3倍;發明了色譜-膜分離耦合與反應-結晶等過程集成的新技術,解決了分離過程收率低、污染物排放大以及產品質量不穩定等問題,核苷酸平均結晶收率較其他方法提高5-10%,產品質量明顯改善,同時能耗、污染物排放下降30%以上。利用該技術建成了國際上規模最大、技術最先進的酵母-核糖核酸-核苷酸生物制造生產線。目前該產品占有國內知名品牌中2/3以上的市場,產品已大量進入歐美等國際知名公司,全球四罐添加核苷酸的高端奶粉中有一罐使用本技術產品,年新增銷售額達6.7億元,年新增利稅近2.3億元。該成果獲得2015年國家技術發明二等獎和中國石油與化工聯合會技術發明一等獎,顯著推動了我國嬰幼兒奶粉等高端產業的發展,為我國的高端乳業、高端飼料添加劑及飼養業的轉型升級做出了重要貢獻。

成果二:

飼料用酶技術創新與產業化

飼料用酶是一類應用效果極為顯著的新型綠色飼料添加劑,能顯著提高飼料消化率和轉化率、消除抗營養因子、降低飼料成本和養殖業環境污染,從而提高畜牧業的綜合經濟效益,市場前景極為廣闊。但其性能、成本、知識產權和可持續研發等因素仍然制約著飼料酶的廣泛應用。針對飼用酶產業化應用的關鍵技術障礙,我國科研工作人員建立了有效的酶分子改良技術體系,顯著提高酶的穩定性、作用范圍和催化效率,解決了酶的性能問題;通過促表達因子的挖掘利用與合理整合、受體菌株的改良等方法,實現了改良酶的高效表達,解決了飼料用酶表達量低、生產成本高的問題,為飼料用酶的產業化生產和大規模應用提供了技術保障;完善了飼料用酶制劑高效生產和綜合配套應用技術,實現了飼料行業急需的木聚糖酶、葡聚糖酶、甘露聚糖酶、α-半乳糖苷酶、酸性纖維素等5種酶產品的低成本產業化生產,在1200余個飼料廠和10000多家養殖場推廣應用,為行業的健康可持續發展提供科技支撐。該成果獲得2014年國家科技進步獎二等獎、大北農科技獎特等獎以及2016年中國產學研合作創新成果獎一等獎和中國專利優秀獎等。

成果三:

麻類生物脫膠的酶制劑開發與產業化

麻類纖維是傳統紡織工業原料,也是新興生物質產業的基礎材料。脫膠是麻類纖維加工過程中的基礎、關鍵工序,通過除去原料苧麻中25%的果膠、半纖維素等鍵合型非纖維素物質,可提高纖維的品質和利用價值。我國是麻類種植和麻纖維使用大國,每年約有70萬噸原麻的處理需求,而傳統漚麻、化學脫膠技術,成本高、應用效能低,現有酶法脫膠存在酶活低、穩定性差等問題,制約著麻類應用的發展。針對麻類生物脫膠酶以及酶法脫膠工藝中存在的問題,我國科研工作人員重點開展了適用麻類生物脫膠的新型酶制劑的研制,創新綠色生物脫膠工藝,并實現產業化應用。建成了年產萬噸以上的苧麻精干麻的脫膠示范生產線,精干麻品質顯著提高,生物酶法脫膠比傳統化學脫膠可減少化工原料約70%,節煤約52%,節水約60%,COD排放減少約60%。利用該技術建成兩條千噸級(4000噸和7000噸)苧麻生物酶法脫膠生產精干麻新工藝示范生產線,新增產值10億元左右。建立的綠色苧麻精干麻的脫膠示范生產線,節能減排,降低環境污染,為我國經濟增長方式的轉變做出了重要貢獻。

成果四:

酶法生物印染新工藝




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