功能性高分子聚氨基酸生物制備關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用
2015-01-21 20:51:02
admin
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據(jù)中化新網(wǎng)2015年1月16日訊 “若用聚谷氨酸增效肥料替代目前使用肥料的20%，可年節(jié)約肥料200萬噸，相當(dāng)于少建4個(gè)大型化肥廠，農(nóng)民年增收500億元。而且聚谷氨酸在精細(xì)化工、醫(yī)藥、水處理等領(lǐng)域也具有廣泛的應(yīng)用。聚賴氨酸作為綠色營養(yǎng)型食品防腐劑，則將改變我國以化學(xué)防腐劑為主要保鮮材料的歷史。”談及榮獲2014年度國家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)的項(xiàng)目——功能性高分子聚氨基酸生物制備關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，南京工業(yè)大學(xué)副研究員、南京軒凱公司總經(jīng)理馮小海博士介紹道。
馮小海博士所說的聚谷氨酸和聚賴氨酸同屬聚氨基酸，是一類具有重要應(yīng)用價(jià)值的生物功能高分子。由于其結(jié)構(gòu)特殊、功能多樣，環(huán)境友好等特性，在農(nóng)業(yè)、精細(xì)化工、食品醫(yī)藥等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。因此，聚氨基酸也成為近二十年來國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域，但其產(chǎn)業(yè)化卻非常困難。南京工業(yè)大學(xué)與南京軒凱生物科技有限公司合作，不僅從理論層面上解決了技術(shù)難題，更實(shí)現(xiàn)了聚谷氨酸和聚賴氨酸的產(chǎn)業(yè)化，使我國聚氨基酸生產(chǎn)處于國際先進(jìn)水平。
“要實(shí)現(xiàn)聚氨基酸的產(chǎn)業(yè)化，就要使產(chǎn)物相對(duì)分子質(zhì)量可控，尤其是要制取超高相對(duì)分子質(zhì)量的產(chǎn)物，但前提必須要解決三個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。”該項(xiàng)目總負(fù)責(zé)人、南京工業(yè)大學(xué)食品與輕工學(xué)院院長徐虹教授表示，“一是氨基酸聚合是一個(gè)新領(lǐng)域，菌種缺乏，合成機(jī)理尚不清楚，合成的過程還伴隨著降解。二是它的工藝過程不好控制。生物聚合需要大量氧氣，但高分子發(fā)酵是高黏體系，二者相互矛盾。三是高品質(zhì)產(chǎn)品獲取十分困難，產(chǎn)物過于粘稠，菌體雜質(zhì)包裹嚴(yán)重，產(chǎn)品品質(zhì)難以保證。這些都不利于聚氨基酸的工業(yè)化。”
為解決這些難題，項(xiàng)目組從2000年起一直致力于聚谷氨酸和聚賴氨酸的基礎(chǔ)和產(chǎn)業(yè)化研究，并與該校學(xué)科型公司南京軒凱生物科技有限公司就生物法聚氨基酸的產(chǎn)業(yè)化展開合作。
據(jù)馮小海博士介紹，為提高菌種生產(chǎn)聚氨基酸的濃度并獲得所要的相對(duì)分子質(zhì)量，他們團(tuán)隊(duì)采用同位素示蹤法和代謝組學(xué)技術(shù)構(gòu)建了聚氨基酸精準(zhǔn)的代謝網(wǎng)絡(luò)，發(fā)現(xiàn)聚氨基酸菌同時(shí)存在聚合酶和降解酶這兩個(gè)關(guān)鍵酶的特有現(xiàn)象，并在國際上率先對(duì)聚賴氨酸菌的基因組進(jìn)行測序，解析并揭示了兩個(gè)酶的基因詳細(xì)信息和功能。基于以上新發(fā)現(xiàn)，研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)明了以降解酶為“開關(guān)”調(diào)控產(chǎn)物相對(duì)分子質(zhì)量和濃度的育種新技術(shù)，有效解決了聚氨基酸菌種篩選方法及高效菌株獲取問題。
在生產(chǎn)過程中，聚氨基酸發(fā)酵液黏度高，菌體去除困難，產(chǎn)物相對(duì)分子質(zhì)量大，難以成型。研究團(tuán)隊(duì)又采用酸化降黏、吸附過濾手段去除蛋白菌體等雜質(zhì)，并用超濾技術(shù)濃縮，獲得了高純度的產(chǎn)品。他們還創(chuàng)新采用醇析-鹽析復(fù)合成型技術(shù)獲得聚氨基酸晶體，該技術(shù)解決了高純度產(chǎn)品獲取、成型以及低值原料高效利用等問題。
*終，通過南京工業(yè)大學(xué)和南京軒凱公司的產(chǎn)學(xué)研合作，國內(nèi)第一條聚谷氨酸和第一條聚賴氨酸產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)線在2009年建成，產(chǎn)品的硬性指標(biāo)全面達(dá)到或超過國際先進(jìn)水平，使我國聚氨基酸處于國際先進(jìn)水平。馮小海告訴記者，他們生產(chǎn)的聚谷氨酸產(chǎn)品濃度較國際先進(jìn)水平提高了30%以上，底物轉(zhuǎn)化率翻了一番還多，提取收率可達(dá)90%以上，乙醇用量大幅減少。聚賴氨酸生產(chǎn)水平和目前國際*先進(jìn)的日本Chisso公司相比，在產(chǎn)品濃度高于對(duì)方的前提下，發(fā)酵時(shí)間縮短了一半，提取收率達(dá)75%以上。2010年，聚氨基酸生物制備技術(shù)開始進(jìn)行規(guī)模化推廣應(yīng)用。