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——記第三屆全國(guó)創(chuàng)新?tīng)?zhēng)先獎(jiǎng)?wù)芦@得者、南京工業(yè)大學(xué)徐虹教授

近日，南京工業(yè)大學(xué)食品與輕工學(xué)院徐虹教授榮獲第三屆全國(guó)創(chuàng)新?tīng)?zhēng)先獎(jiǎng)?wù)?。徐虹?chuàng)新采用全生物合成方法研制出功能性高分子聚谷氨酸，形成了“從0到1”的全新產(chǎn)業(yè)，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

一篇報(bào)道后的深思

“高分子家族中有一種類(lèi)似蛋白結(jié)構(gòu)的新型生物可降解成員聚氨基酸?！毙旌缃榻B說(shuō)，聚氨基酸是國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)，但其生物合成技術(shù)壁壘高。2000年以前，國(guó)內(nèi)在生物高分子聚氨基酸領(lǐng)域的研究還是一片空白。

在閱讀了一篇關(guān)于水母的報(bào)道后，徐虹不禁產(chǎn)生了疑惑：“是什么讓水母在壓力大、鹽度高的生活環(huán)境里仍沒(méi)有產(chǎn)生脫水現(xiàn)象?”經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，水母體內(nèi)含有一種叫做聚谷氨酸的物質(zhì)。

“味精就是谷氨酸(鈉)，而聚谷氨酸是單分子谷氨酸聚合形成的大分子?！毙旌缃榻B說(shuō)，聚谷氨酸是綠色可降解的生物聚合物，是生命體所需的氨基酸聚合而成的活性物質(zhì)，具有很強(qiáng)的保水性。

“我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室里整整花了十年時(shí)間，用微生物發(fā)酵的方法來(lái)生產(chǎn)、提取聚谷氨酸。”徐虹說(shuō)，聚谷氨酸在自然界僅存在于水母和納豆中，大量獲取非常困難。在國(guó)家“863”課題“生物可降解型聚谷氨酸功能材料的制備研究”的資助下，徐虹課題組完成了擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的聚谷氨酸合成研究，填補(bǔ)了行業(yè)空白。由此，我國(guó)生物合成又增添了一種自主研究的聚氨基酸，并發(fā)現(xiàn)了其保水和吸附兩大功效。

建成10萬(wàn)噸級(jí)生產(chǎn)線(xiàn)

徐虹表示，聚谷氨酸的生物合成難度較大，其分子代謝調(diào)控復(fù)雜，很難獲得高效生產(chǎn)菌種;高黏發(fā)酵體系又阻礙溶氧傳質(zhì)與營(yíng)養(yǎng)輸送，產(chǎn)物積累少;而且發(fā)酵產(chǎn)物組分復(fù)雜及分離精制不易實(shí)現(xiàn)。這些都不利于其進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化。

為解決這些難題，徐虹團(tuán)隊(duì)與南京軒凱生物科技有限公司就生物合成聚谷氨酸的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)開(kāi)展合作。為了提高菌種生產(chǎn)聚氨基酸的濃度并獲得所要的相對(duì)分子質(zhì)量，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了聚氨基酸精準(zhǔn)的合成代謝網(wǎng)絡(luò)，發(fā)現(xiàn)聚氨基酸生產(chǎn)菌株同時(shí)存在聚合酶和降解酶這兩個(gè)關(guān)鍵酶的特有現(xiàn)象，發(fā)明了以降解酶為“開(kāi)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)。

在生產(chǎn)過(guò)程中，研究團(tuán)隊(duì)又采用酸化降黏、吸附過(guò)濾手段去除蛋白菌體等雜質(zhì)，并利用超濾濃縮技術(shù)，獲得了高純度產(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，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(wèn)題。

這次合作不僅從理論層面上解決了技術(shù)難題，還通過(guò)分子設(shè)計(jì)、菌株選育、相對(duì)分子質(zhì)量與構(gòu)型調(diào)控、反應(yīng)器開(kāi)發(fā)的集成技術(shù)，打破了高黏發(fā)酵體系低產(chǎn)瓶頸，實(shí)現(xiàn)不同相對(duì)分子質(zhì)量、不同構(gòu)型的高分子生物合成，建成全球首條10萬(wàn)噸級(jí)聚氨基酸生產(chǎn)線(xiàn)，產(chǎn)品出口至歐洲、東南亞等地區(qū)。

“2010年開(kāi)始，聚氨基酸生物制備技術(shù)開(kāi)始進(jìn)行規(guī)?；茝V應(yīng)用。我們生產(chǎn)的聚谷氨酸產(chǎn)品濃度較國(guó)際先進(jìn)水平提高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?！蹦暇┸巹P生物科技有限公司聯(lián)合創(chuàng)始人馮小海說(shuō)道。

持續(xù)拓展應(yīng)用領(lǐng)域

起初，徐虹帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)圍繞聚谷氨酸在日化用品方面的應(yīng)用展開(kāi)了系列研究，發(fā)明了可穿戴的水凝膠防曬面膜等。后來(lái)，徐虹發(fā)現(xiàn)聚谷氨酸也可用作土壤肥料增效劑。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中下雨等原因會(huì)使化肥流失，導(dǎo)致化肥不僅利用率不高，還易對(duì)環(huán)境造成污染。

“如果把聚谷氨酸添加到化肥中，是否能牢牢‘鎖’住磷肥、鉀肥、氮肥，提高化肥利用率?”于是，徐虹帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)專(zhuān)門(mén)研究聚谷氨酸對(duì)農(nóng)業(yè)的作用，并與江蘇省農(nóng)科院、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)展開(kāi)合作，在水稻、小麥、玉米等作物和瓜果、煙草等經(jīng)濟(jì)作物上進(jìn)行試驗(yàn)。結(jié)果表明，聚谷氨酸對(duì)減少化肥的使用量、增加農(nóng)作物產(chǎn)量等方面有顯著作用。

未來(lái)，徐虹將繼續(xù)帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)深耕聚谷氨酸行業(yè)，并將其運(yùn)用到大健康、土壤修復(fù)、水處理、飼料以及創(chuàng)傷敷料、手術(shù)縫合線(xiàn)等更多領(lǐng)域，讓科研惠及百姓、造福民生。

2023年6月28日《中化新網(wǎng)》：http://www.ccin.com.cn/detail/562307922572c0ed1b8049f213d35f97/news

2023年6月28日《中國(guó)化工報(bào)》2版:http://mpaper.ccin.com.cn:81/pc/page.do?pageId=669595&pId=1530