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[中國化工報]讓基礎研究“發酵”出更大價值——基于集群效應的固定化發酵體系產業化紀實

“我們開發的基于集群效應的固定化發酵體系,高效實現生物催化過程的綠色化、連續化,該項技術的產業化成功讓基礎研究‘發酵’出更大價值。” 近日,南京工業大學生化工程技術研究中心陳勇研究員如是說。

實現生物催化劑重復利用

“傳統的發酵成本高、周期長,嚴重影響了發酵的效率,社會呼吁發酵領域取得新突破。”陳勇介紹,工業生物技術是實現工業可持續發展的關鍵技術之一,而發酵工程技術又是工業生物技術最重要的組成部分,自上世紀40年代發明液體深層發酵技術以來,生物制造的工業化生產方式一直停滯不前,就是因為工業催化發酵這方面技術更新不夠。

陳勇在南京工業大學就讀生物化工專業。“歐陽平凱院士領銜的生物工程學科在基礎研究和產業化方面取得了一系列的成果,激發了我從事科學研究的初心。” 陳勇表示,在博士畢業后,在國家級人才應漢杰教授建議下,他選定基于細胞集群效應的固定化發酵作為研究方向。

他所帶領的課題組實現了工業規模的基于集群效應的固定化發酵體系,解決了生物催化劑難以重復利用的問題。整個生產無需種子培養過程(除第一批外),并且最多能夠重復100多批次的發酵,簡化了生產流程,降低了人力成本。“提高了底物的利用效率,降低了能耗以及成產成本,用科技助力了工業化生產,很開心。”陳勇表示。

跳出技術轉讓“死亡陷阱”

“讓技術走出實驗室,走向企業才是科學研究的目的。”陳勇表示。博士后期間,陳勇開發出了一套基于細胞集群效應的固定化連續催化的關鍵核心技術。“當時我一心想去企業推廣,這么好的技術,只要有企業愿意和我合作就能搞起來。”

但是在推廣過程中,陳勇卻被潑了冷水。由于技術比較新,與常規發酵的理念、操作有很大不同,企業里工程師理解都有困難,更不要說基層員工了。

陳勇回憶道:“其實現在想想,我當時遭遇到的就是科研人員創業會遇到的頭號‘死亡陷阱’。實驗室只要做出一個別人沒有做過的東西大家就會很興奮,但這樣的技術成熟度是不夠的。從實驗室搖瓶到工業化大發酵罐生產還需要解決一堆的工程難題。因為你不能保證每一次都把它做好,而且批量生產,保證其穩定性。這樣的話是沒辦法投入工業生產的。”這些問題一直困擾著陳勇,他不知道怎樣才能把科研成果推出去。

2017年,在歐陽平凱、應漢杰等導師的引領下,南京工業大學依托生化中心組建了南京高新工大生物技術研究院,彌補了從高校到企業技術轉化缺失的中間環節,專門解決工程放大過程中存在的問題,讓基礎研究落到產業需求上。

打通技術產業化“腸梗阻”

這些年來,為了真正了解行業現狀,陳勇從研究員變身“推銷員”“技術員”,親自帶隊去一線工廠推銷、實驗,調研,傾聽企業聲音,了解行業痛點。南京、安徽、廣西、寧夏……他奔波在實驗室與企業之間,讓基礎研究“發酵”出更大價值。

最終,課題組的研究成果在南京同凱兆業生物技術有限公司實現了產業化,產品出口到國際知名公司,項目還獲得國家技術發明二等獎。“新型固定化反應器使相關產品的發酵周期由72小時降至48小時左右,平均產酶速率提高2.3倍。”陳勇介紹說。

項目組還與廣西中糧生物質能源公司合作,建成4000噸/年燃料乙醇示范線。他們以木薯、陳化水稻等為原料,細胞可以反復使用,淀粉轉化率較原工藝分別提高了5.5%和3.9%,單罐產能提高了32%。

“采用我們的工藝,每噸燃料乙醇可節約成本200~300元。”陳勇介紹說,如果項目技術在燃料乙醇全面推廣,以每年200萬噸燃料乙醇計,可節約糧食至少20萬噸以上。譚天偉、鄭裕國兩位院士在考察現場時給出了高度評價:“基于本酵母細胞集群效應的燃料乙醇生產新技術具有明顯的創新性,是近20年來該領域最具創新性的生產技術之一。”

“示范線成功后,中糧集團已開始對宿州中糧生物化學有限公司生產線進行改造。”談及愿景,陳勇充滿了信心,2020年乙醇汽油在全國基本實現了全覆蓋,燃料乙醇年利用量將達到近1600萬噸,潛在的市場規模及利潤空間巨大。

2021年2月1日中國化工報第2版  中化新網  

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