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丁二酸，又稱琥珀酸，是工業(yè)上一種重要的 C4 平臺(tái)化合物，廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、表面活性劑、清潔劑、綠色溶劑、生物可降解塑料等領(lǐng)域。微生物發(fā)酵方法將來(lái)自可再生生物質(zhì)（如淀粉、纖維素）的還原糖轉(zhuǎn)化為丁二酸，減少化學(xué)品對(duì)石化原料的依賴，生產(chǎn)過(guò)程環(huán)境友好，且還能夠固定 CO2，緩解大氣中的溫室效應(yīng)。本技術(shù)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的厭氧發(fā)酵丁二酸生產(chǎn)菌株，以葡萄糖或多種非糧食原料如秸稈、玉米芯等為原料厭氧發(fā)酵丁二酸。 創(chuàng)新要點(diǎn) 選育得到自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的微生物菌種；以廉價(jià)的玉米、木薯、糖蜜、菊芋、秸稈、酒糟等為原料，厭氧發(fā)酵生產(chǎn)丁二酸, 以及棉纖床發(fā)酵工藝。 

丁二酸是重大的碳四平臺(tái)化合物，目前石化法生產(chǎn)污染大，成本高，嚴(yán)重抑制了其應(yīng)用發(fā)展規(guī)模。利用可再生資源厭氧發(fā)酵制備丁二酸具有反應(yīng)條件溫和、污染小、原子經(jīng)濟(jì)性高的特點(diǎn)，且可有效地實(shí)現(xiàn)溫室氣體CO2的循環(huán)利用，是高效的綠色生產(chǎn)技術(shù)。在“十一五”國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）支持下，南京工業(yè)大學(xué)依托國(guó)家生化工程技術(shù)研究中心和江蘇省工業(yè)生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，在箘株選育、厭氧發(fā)酵工程、有機(jī)酸分離純化等關(guān)鍵技術(shù)研究中取得了重大突破，丁二酸發(fā)酵濃度達(dá)到70g/L，質(zhì)量收率達(dá)到70%，生產(chǎn)強(qiáng)度達(dá)到2.0g/(L?h)，提取收率達(dá)到85%，產(chǎn)品純度達(dá)到聚合級(jí)的要求。目前生物法制備丁二酸的工藝成本低于石化法，具有了一定的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，研究水平處于國(guó)際先進(jìn)、國(guó)內(nèi)領(lǐng)先。與常茂生物化學(xué)工程股份有限公司合作，實(shí)現(xiàn)了丁二酸1000L發(fā)酵規(guī)模的中試生產(chǎn)，并正在建設(shè)500噸/年的生產(chǎn)線，為生物法制備丁二酸的產(chǎn)業(yè)化奠定了基礎(chǔ)。與中石化北京化工研究院聯(lián)合開(kāi)發(fā)生物基PBS類聚酯的合成技術(shù)。研究表明，生物法制備丁二酸可直接達(dá)到聚合級(jí)要求，制備所得PBS類聚酯產(chǎn)品具有良好的生物可降解性。合作成果的應(yīng)用對(duì)于加速PBS材料的應(yīng)用與推廣具有非常重要的意義。

丁二酸（又名琥珀酸），開(kāi)發(fā)生物合成丁二酸的方法具有非常重要的意義。利用可再生資源（其來(lái)源廣泛且價(jià)格低廉，如玉米、廢乳清、工業(yè)生產(chǎn)廢料等）厭氧發(fā)酵制備丁二酸具有反應(yīng)條件溫和、污染小、原子經(jīng)濟(jì)性高的特點(diǎn)，且可有效地實(shí)現(xiàn)溫室氣體CO2的循環(huán)利用，是高效的綠色生產(chǎn)技術(shù)。 在國(guó)家863計(jì)劃支持下，項(xiàng)目組依托國(guó)家生化工程技術(shù)研究中心和江蘇省工業(yè)生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，在箘株選育、厭氧發(fā)酵工程、有機(jī)酸分離純化等關(guān)鍵技術(shù)研究中取得了重大突破，丁二酸發(fā)酵濃度達(dá)到70g/L，質(zhì)量收率達(dá)

目前使用的一次性聚合物材料如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等，在自然界中很難降解，已造成了嚴(yán)重的白色污染。因此，合成在自然環(huán)境中能夠降解的聚合物材料，已經(jīng)成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。 聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的熔點(diǎn)為113℃，性能介于聚乙烯、聚丙烯之間。目前高分子量PBS的制備主要采用直接縮聚法，需要很高的真空度（0.2mmHg以下），在工業(yè)化中存在較大困難，對(duì)設(shè)備要求高。本技術(shù)建立了一種縮聚-擴(kuò)鏈法，先以丁二酸與丁二醇進(jìn)行熔融縮聚，制備特性粘度在0.5以下的PBS預(yù)聚體，再經(jīng)擴(kuò)鏈，獲得特性粘度在0.7～1.0dL/g之間的PBS。這種方法原料配比較易控制，所需設(shè)備較為簡(jiǎn)單，不需要太高的真空度，便于工業(yè)化推廣。技術(shù)指標(biāo)PBS外觀：無(wú)色或淡黃色固體；特性粘度：0.7～1.0 dL/g；熔點(diǎn)：112～115℃。可用做生物降解地膜、食品包裝材料，汽水、可樂(lè)、洗發(fā)水瓶，以及紙質(zhì)食品包裝盒的可降解涂層，可降解熱溶膠等。本技術(shù)所得的產(chǎn)品與日本Showa Highpolymer公司的BIONOLLE產(chǎn)品（PBS）相當(dāng)，性能相近，且在擴(kuò)鏈劑方面有創(chuàng)新。所得產(chǎn)品應(yīng)用范圍廣泛，技術(shù)具有非常廣闊的應(yīng)用和市場(chǎng)前景。 所需設(shè)備如下： 1、聚酯反應(yīng)釜：能夠加熱至220℃，承受1mmHg的負(fù)壓； 2、真空系統(tǒng)：從常壓到1mmHg負(fù)壓可調(diào)； 3、直接造粒系統(tǒng)：能夠進(jìn)行聚合物的熔融切片、造粒。 本技術(shù)具有顯顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

丁二酸應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，其中生物可降解塑料PBS是丁二酸最具發(fā)展?jié)摿Φ闹匾獞?yīng)用領(lǐng)域，生產(chǎn)1噸PBS需消耗0.62噸丁二酸。PBS與其他生物可降解塑料相比，不僅力學(xué)性能十分優(yōu)異，而且價(jià)格合理，市場(chǎng)需求量很大。目前國(guó)內(nèi)外已開(kāi)發(fā)成功以丁二酸為原料合成PBS生物可降解塑料技術(shù)。專家分析認(rèn)為，未來(lái)我國(guó)PBS的年需求量將達(dá)到300萬(wàn)噸以上，需消耗丁二酸180萬(wàn)噸，而

丁二酸又名琥珀酸，是生物煉制產(chǎn)品工程中最重要的碳四平臺(tái)化合物，是制備多種重要化工中間體（1，4-丁二醇、四氫呋喃、g-丁內(nèi)酯等）與生物可降解材料（PBS）的原料，市場(chǎng)需求總量將有望由目前的1.8萬(wàn)噸擴(kuò)展至400萬(wàn)噸。傳統(tǒng)生產(chǎn)方法采用的是從丁烷經(jīng)順丁烯二酸酐通過(guò)電解生產(chǎn)，生產(chǎn)污染大，成本高，抑制了丁二酸這一大宗化學(xué)品的發(fā)展?jié)摿ΑＩ锓ㄉa(chǎn)丁二酸的主要原料來(lái)源廣泛且價(jià)格低廉（玉米、廢乳清、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢料等），可以減少對(duì)不可再生資源的消耗，微生物合成丁二酸的過(guò)程中吸收并固定CO2用于菌株的代謝，并最終生成丁二酸，每生產(chǎn)1kg丁二酸，將會(huì)有0.37kg的CO2被固定。如果將發(fā)酵生產(chǎn)丁二酸與另一大宗發(fā)酵產(chǎn)品乙醇的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行耦合，更可將發(fā)酵生產(chǎn)乙醇產(chǎn)生的CO2加以利用，減少溫室氣體的排放，并同時(shí)生產(chǎn)出丁二酸、乙醇等產(chǎn)品。該制備技術(shù)具有產(chǎn)物濃度高、原料來(lái)源豐富、分離簡(jiǎn)便、產(chǎn)品質(zhì)量高等優(yōu)勢(shì)。可利用葡萄糖、玉米粉糖化液、纖維素/半纖維素水解糖液并在發(fā)酵中固定二氧化碳?xì)怏w作為碳源，在較高葡萄糖濃度下（100g/L）實(shí)現(xiàn)了較高濃度產(chǎn)物的累積（60~70g/L），生產(chǎn)強(qiáng)度達(dá)1.5g/（L?h），丁二酸提取收率≥80%，產(chǎn)品純度≥98%。擁有具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的丁二酸生產(chǎn)菌株：產(chǎn)琥珀酸放線桿菌NJ113，該菌株具有良好的丁二酸生產(chǎn)性狀，生產(chǎn)水平目前處于國(guó)際先進(jìn)、國(guó)內(nèi)領(lǐng)先。建立了從種子培養(yǎng)、厭氧發(fā)酵、產(chǎn)物分離提取及檢測(cè)分析等一系列較為完整的上下游工藝，具有路線簡(jiǎn)單、便于操作、綠色清潔等優(yōu)點(diǎn)。

α-酮戊二酸又稱為α-膠酮酸；2-氧代戊二酸；α-羰基戊二酸；化學(xué)結(jié)構(gòu)式為：分子式 ：C5H6O5 ；分子量146.10，外觀為白色或類白色結(jié)晶粉末。是有機(jī)藥物的中間體，特別是合成氨基酸及肽類的重要原料，是L-精氨酸-α-酮戊二酸（1：1），L-精氨酸-α-酮戊二酸（2：1）二水合物，L-鳥(niǎo)氨酸-α-酮戊二酸（1：1）二水合物，L-鳥(niǎo)氨酸-α-酮戊二酸（2：1）二水合物，α-酮戊二酸二甲酯，α-酮戊二酸單鉀鹽，α-酮戊二酸二鈉鹽，L-谷氨酰氨-α-酮戊二酸（1：1）等藥物的必不可少的重要中間體，其作為合成氨基酸及肽類藥物的原料，在醫(yī)藥工業(yè)上應(yīng)用廣泛，發(fā)展前途廣闊。同時(shí)，它本身還是體格增強(qiáng)劑、生化試劑，測(cè)肝功能的配套試劑。因此，α-酮戊二酸的研究開(kāi)發(fā)及推廣應(yīng)用是促進(jìn)此類新型氨基酸藥物發(fā)展的關(guān)鍵因素之一，具有重大意義。促進(jìn)我國(guó)新型氨基酸藥物的發(fā)展正是本項(xiàng)目的目的之所在。

二聚酸是具有三十六個(gè)碳的二元酸，具有優(yōu)良的耐低溫性能。本團(tuán)隊(duì)致力于二聚酸基尼龍產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)研究多年，形成了二聚酸基尼龍制備的核心技術(shù)。設(shè)計(jì)比例的二元酸與二元胺在催化劑存在下經(jīng)成鹽、加壓及常壓分階段聚合、切粒等過(guò)程獲得目標(biāo)產(chǎn)品，工藝簡(jiǎn)單，反應(yīng)平穩(wěn)，根據(jù)需要可以通過(guò)改變工藝參數(shù)及操作條件，靈活控制尼龍數(shù)均相對(duì)分子質(zhì)量，制備出的產(chǎn)品性能達(dá)到或超過(guò)現(xiàn)有尼龍11、尼龍10和尼龍1212等長(zhǎng)鏈尼龍產(chǎn)品。相關(guān)技術(shù)已獲國(guó)家發(fā)明專利。

海藻酸丙二醇酯（PGA）是一種新型的優(yōu)良食品添加劑，由天然海藻中提取的海藻酸深加工制成。外觀為白色或淡黃色粉末，基本無(wú)味或略具芳香味，溶于水成粘稠的膠狀溶液，不溶于乙醇等有機(jī)溶劑。 海藻酸丙二醇酯除具有增稠作用外，還因其具有表面活性劑的雙親結(jié)構(gòu)，又具有乳化能力和泡沫穩(wěn)定性，對(duì)油性膠體有穩(wěn)定作用；其結(jié)構(gòu)堿性分解酸性穩(wěn)定故又具有耐酸性；因本品是非離子型化合物，因此對(duì)一些金屬離子也很穩(wěn)定，不會(huì)凝固析出。 海藻酸丙二醇酯因其獨(dú)特的性能廣泛應(yīng)用于食品和醫(yī)藥領(lǐng)域。 典型應(yīng)用： 在食品方面，它作為增稠、穩(wěn)定、乳化劑用于酸奶、冰淇淋等，產(chǎn)品表面平滑，無(wú)凹凸現(xiàn)象，口感醇厚；作為穩(wěn)定、乳化劑用于奶酪等乳制品，產(chǎn)品膨化、乳化效果好，口感舒適；作為泡沫穩(wěn)定劑用于啤酒，產(chǎn)品泡沫潔白細(xì)膩，掛杯持久；作為耐酸、乳化、分散劑用于各類果汁飲品，產(chǎn)品無(wú)沉淀、無(wú)分層，油類成分穩(wěn)定；作為改良劑用于面粉、面條和方便食品等。此外，還可用于番茄醬、肉類沙司、醬油、乳化香精、糖漿、糖衣等。 在醫(yī)藥方面，它可用作X光照影劑用穩(wěn)定劑，消化道粘膜保護(hù)劑，化妝品原料單體等。

己二酸是一種重要的有機(jī)二元羧酸，廣泛應(yīng)用于有機(jī)合成、醫(yī)藥和潤(rùn)滑劑制造等領(lǐng)域。目前，工業(yè)上己二酸的生產(chǎn)路線主要通過(guò)硝酸對(duì)環(huán)己醇—環(huán)己酮的混合物(KA 油)進(jìn)行氧化制取。雖然己二酸的化學(xué)合成方法已經(jīng)成熟，但是存在著工藝流程長(zhǎng)、副產(chǎn)物較多、工業(yè)“三廢”排放嚴(yán)重、產(chǎn)品收率不高等問(wèn)題，特別的其溫室氣體氮氧化物的排放量巨大。因此，研究開(kāi)發(fā)新的清潔無(wú)害己二酸生產(chǎn)工藝越來(lái)越受到人們的重視。本成果提供了一種己二酸的全生物合成方法，可以利用可再生碳源，獲得高產(chǎn)量的己二酸，同時(shí)產(chǎn)品的回收提取更加方便簡(jiǎn)單，極大程度地降低了對(duì)環(huán)境的污染程度。 創(chuàng)新要點(diǎn) 本項(xiàng)目在大腸桿菌中重構(gòu)逆己二酸降解途徑，實(shí)現(xiàn)了己二酸的高效生物合成。通過(guò)對(duì)菌株進(jìn)行代謝改造，選用組成型啟動(dòng)子以避免高額誘導(dǎo)劑的使用，最終在 5 L 發(fā)酵罐中實(shí)現(xiàn)了己二酸的高產(chǎn)，同時(shí)大幅度降低生產(chǎn)成本，使工業(yè)化生產(chǎn)己二酸成為可能。