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進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，手性氨基酸作為最重要的原料和中間體，市場(chǎng)規(guī)模也越來(lái)越大。本項(xiàng)目目前研發(fā)的手性氨基酸包含L-2-氨基丁酸、D-蘇氨酸、L-天冬酰胺、L-叔亮氨酸、L-色氨酸等。 創(chuàng)新點(diǎn)： 1）本項(xiàng)目采用一鍋化反應(yīng)，以廉價(jià)的L-蘇氨酸為原料，經(jīng)過(guò)工程菌催化合成2-氨基丁酸，反應(yīng)時(shí)間10-12 h，原料的轉(zhuǎn)化率達(dá)到99%以上，2-氨基丁酸的產(chǎn)量達(dá)到100 g/L以上。 2）以消旋化蘇氨酸為原料，進(jìn)行酶法拆分制備D-蘇氨酸。底物添加量達(dá)到2.5 M,反應(yīng)10 h內(nèi)達(dá)到完全拆分，D-蘇氨酸ee值為99%。 3）以天冬氨酸為原料，采用工程菌催化反應(yīng)10-12 h，L-天冬氨酸轉(zhuǎn)化率達(dá)到了94.4 %，L-天冬酰胺產(chǎn)量可達(dá)120 g/L，生產(chǎn)強(qiáng)度達(dá)到12.4 g/(L•h)。 4）基于構(gòu)建的基因工程菌，采用偶聯(lián)輔酶再生技術(shù)，轉(zhuǎn)化廉價(jià)底物合成L-叔亮氨酸，反應(yīng)24 h，底物轉(zhuǎn)化率達(dá)95%，產(chǎn)量達(dá)到100 g/L以上水平。 5）其它手性氨基酸（L-色氨酸、D-氨基酸）發(fā)酵和生物合成正在陸續(xù)開(kāi)展中。 6）多種高效酶制劑的工程菌株構(gòu)建、發(fā)酵產(chǎn)酶以及多種中間體的制備。如蘇氨酸脫氨酶、亮氨酸脫氫酶、甲酸脫氫酶、ω-轉(zhuǎn)氨酶等，以及利用這些酶制備的多種醫(yī)藥中間體。

? 單葡糖醛酸基甘草次酸（GAMG）和甘草次酸（GA）是甘草酸的兩種改性衍生物，具有比甘草酸更優(yōu)良的抗炎癥、抗過(guò)敏、抗病毒、抗腫瘤等功效，在醫(yī)藥、化妝品行業(yè)具有廣泛應(yīng)用。此外，GAMG還是一種高甜度（其甜度是蔗糖的1000多倍）、低熱量的天然功能性甜味劑。由于化學(xué)改性法鍵選擇性低，很難將甘草酸定向轉(zhuǎn)化為 GAMG或GA，且化學(xué)法對(duì)生產(chǎn)設(shè)備要求高，反應(yīng)條件苛刻，對(duì)環(huán)境也造成較大的污染。生物改性法具有高選擇性、副反應(yīng)少、反應(yīng)條件溫和等優(yōu)點(diǎn)，具有著廣泛的應(yīng)用前景和重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值。本項(xiàng)目自行

本項(xiàng)目獲 2018 年中國(guó)輕工業(yè)聯(lián)合會(huì)科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)檸檬酸是一種重要的三羧酸類(lèi)化合物，廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化工等領(lǐng)域，是當(dāng)前世界上產(chǎn)量和消費(fèi)量最大的食用有機(jī)酸，是世界第二大發(fā)酵產(chǎn)品。雖然發(fā)酵法生產(chǎn)檸檬酸起步較早，但目前其生產(chǎn)技術(shù)仍存在問(wèn)題，如發(fā)酵種子培養(yǎng)周期長(zhǎng)、活力低；發(fā)酵菌種影響檸檬酸合成的生理、代謝特性認(rèn)識(shí)有限；傳統(tǒng)同步糖化發(fā)酵工藝原料利用不充分；檸檬酸提取過(guò)程能耗高，廢水有機(jī)物濃度高、處理難度大等。因此，本項(xiàng)目在江南大學(xué)劉龍教授帶領(lǐng)下實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)的技術(shù)升級(jí)和轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)綠色智能化生產(chǎn)。獲 2018 年度中國(guó)輕工聯(lián)合會(huì)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng) 主要?jiǎng)?chuàng)新內(nèi)容及技術(shù)突破： 1、建立了結(jié)合超聲波誘導(dǎo)孢子快速萌發(fā)與種子糖化酶水平表征的移種策略， 發(fā)酵強(qiáng)度由 2.55 g·L-1·h-1 提升至 2.85 g·L-1·h-1（提升幅度 11.8%）； 2、進(jìn)行了檸檬酸發(fā)酵生產(chǎn)菌株的系統(tǒng)生物學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵后期的低 pH 環(huán)境可激活檸檬酸合成相關(guān)基因的表達(dá)，葡萄糖作為效應(yīng)物可激活其轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表 達(dá)； 3、強(qiáng)化同步糖化發(fā)酵方式，利用葡萄糖模糊預(yù)測(cè)模型結(jié)合糖化酶階段添加的策略補(bǔ)償發(fā)酵中后期 pH 急劇降低導(dǎo)致的葡萄糖供給速率不足，中試規(guī)模發(fā)酵強(qiáng)度進(jìn)一步提升至 3.15 g·L-1·h-1，殘總糖由 19.2 g·L-1 下降至 13.2 g·L-1（下降幅度 31.3%）； 4、應(yīng)用模擬移動(dòng)床實(shí)現(xiàn)了檸檬酸發(fā)酵液連續(xù)分離提純及廢水資源再利用，在實(shí)現(xiàn)了清潔化生產(chǎn)的同時(shí)檸檬酸收率達(dá)到 98%，較傳統(tǒng)鈣鹽法提高 5%。 

1 成果簡(jiǎn)介利用生物方法進(jìn)行污水處理，已經(jīng)經(jīng)歷了一個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展。但是，在活性污泥法的應(yīng)用中，仍然存在以下主要缺點(diǎn)：曝氣池占地面積很大，曝氣后氣體排放造成二次污染；曝氣過(guò)程中活性污泥、空氣和污水三相混合不均勻，氧傳遞速率較慢，氧氣利用率不高，使得曝氣效率低；剩余污泥排放量大。本研究室基于多年來(lái)對(duì)環(huán)流反應(yīng)器流體力學(xué)特性和工程應(yīng)用的研究，提出了采用多級(jí)環(huán)流裝置作為活性污泥曝氣的新方式，并經(jīng)過(guò) 10 多年的基礎(chǔ)、應(yīng)用以及工業(yè)化研究，形成了一套高效的活性污泥的處理污水的新工藝—多級(jí)環(huán)流曝氣工藝。該工藝可改善氧的傳質(zhì)，增加氧的利用率，從而減少動(dòng)力消耗；該工藝還可減少生物處理過(guò)程中剩余污泥的產(chǎn)量，減輕處理污泥的負(fù)擔(dān)；同時(shí)，該工藝的生物處理構(gòu)筑物占地面積顯著減小，可節(jié)約投資。該工藝已經(jīng)完成了 20 噸/天的工業(yè)中試，通過(guò)了專(zhuān)家鑒定；并在處理印 染污水等方面已經(jīng)建成了工業(yè)應(yīng)用裝置，目前運(yùn)行良好。 在多級(jí)環(huán)流曝氣工藝的基礎(chǔ)上，針對(duì)含有中低濃度難降解有機(jī)物的污水，本研究室又開(kāi)發(fā)了厭氧-好氧耦合環(huán)流曝氣污水生物處理技術(shù)，以提高難降解有機(jī)物的處理效率。通過(guò)在多級(jí)環(huán)流塔內(nèi)的懸浮污泥中添加具有特殊孔隙結(jié)構(gòu)和尺度的載體材料，利用氧的傳遞阻力在載體內(nèi)部形成厭氧菌生存的環(huán)境，構(gòu)成專(zhuān)性厭氧菌生長(zhǎng)區(qū)。通過(guò)被動(dòng)擴(kuò)散和流體的沖刷作用，有機(jī)物可以擴(kuò)散進(jìn)入載體內(nèi)部，并被厭氧菌降解，同時(shí)載體內(nèi)部的厭氧降解產(chǎn)物也可進(jìn)入流化床主體，實(shí)現(xiàn)厭氧生物降解和好氧生物降解的耦合。該工藝具有高效的好氧降解過(guò)程和厭氧降解過(guò)程， 且將厭氧和好像過(guò)程結(jié)合在一個(gè)裝置中進(jìn)行，高度集成化，設(shè)備投資小、處理效率高、占地面積小。該工藝已經(jīng)在含酚廢水、 PTA 廢水、煉油廢水方面已經(jīng)開(kāi)展了大量的工藝開(kāi)發(fā)和工業(yè)模擬實(shí)驗(yàn)，取得了理想的處理效果。2 技術(shù)指標(biāo)（ 1） 多級(jí)環(huán)流曝氣：溶解氧濃度可達(dá)到 6mg/L 以上，較廊道式曝氣池，占地面積可減小 80% 以上，處理時(shí)間可縮短 50%以上。 （ 2） 厭氧-好氧耦合環(huán)流曝氣： COD 的容積負(fù)荷可達(dá)到 7g/L?d 以上，對(duì) COD 濃度小于2500 mg/L 的含酚廢水、 PTA 廢水等廢水， COD 去除率達(dá)到 95％以上。3 應(yīng)用說(shuō)明該技術(shù)主要針對(duì)各類(lèi)石化、化工及其他含有難降解有機(jī)物廢水的處理，小規(guī)?，F(xiàn)場(chǎng)集成式污水處理（如機(jī)場(chǎng)、遠(yuǎn)郊住宅小區(qū)等）以及污水的點(diǎn)源治理。 多級(jí)環(huán)流曝氣應(yīng)用包括兩種方式：① 以環(huán)流曝氣塔式設(shè)備替換現(xiàn)有的曝氣池、初沉池；② 在現(xiàn)有的深度在 4m 以上的廊道式曝氣池進(jìn)行改造。多級(jí)環(huán)流曝氣塔為新型塔式曝氣處理設(shè)備為專(zhuān)利設(shè)備，具有處理效率高，占地面積小等顯著優(yōu)勢(shì)。 20 噸/天的工業(yè)中試結(jié)果（乙烯綜合廢水， COD 約為 1000 mg/L，）顯示，和該廠現(xiàn)有的廊道式曝氣池相比，占地面積可減小 80% 以上，處理時(shí)間可縮短 50%以上， 出口廢水穩(wěn) COD 定在 60 mg/L 以?xún)?nèi)，特別適合于土地資源緊張、處理效率要求高的生產(chǎn)、生活部門(mén)。多級(jí)環(huán)流曝氣塔頂部還有集成的泥水分離器，可將出水中的污泥分離，在污泥沉降良好的情況下，可直接排放，不需要初沉和二沉設(shè)備，使設(shè)備投資、能耗以及占地面積大幅度降低；即使對(duì)沉降性能不佳的污泥，也可達(dá)到初沉的作用，節(jié)省初沉設(shè)備和運(yùn)行費(fèi)用。 通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的深度在 4m 以上的廊道式曝氣池進(jìn)行改造，也可實(shí)現(xiàn)多級(jí)環(huán)流曝氣，方法是在曝氣池內(nèi)改造曝氣系統(tǒng)，加裝多級(jí)導(dǎo)流筒內(nèi)構(gòu)件。其改造簡(jiǎn)單，投資小，但對(duì)廢水處理的效果有顯著的提高。采用多級(jí)環(huán)流曝氣后，曝氣池內(nèi)的溶解氧濃度提高 50% （可達(dá)到 6 mg/L以上）以上，懸浮污泥濃度提高 30%以上，在達(dá)到相同處理效果的前提下，水力停留時(shí)間可減小 50%以上，處理負(fù)荷提高 50%以上，特別適合于對(duì)現(xiàn)有裝置增容的技術(shù)改造。由于溶解氧濃度高，剩余污泥的產(chǎn)量也顯著降低。 厭氧-好氧耦合環(huán)流曝氣工藝，通過(guò)在多級(jí)環(huán)流曝氣塔中添加高孔隙率的聚合物填料，在填料內(nèi)部形成的缺氧環(huán)境，可發(fā)生水解-酸化反應(yīng)，通過(guò)水解-酸化將難降解有機(jī)物降解為揮發(fā)性脂肪酸，進(jìn)一步由裝置中主體的懸浮污泥進(jìn)行好氧代謝，實(shí)現(xiàn)了厭氧—好氧生物降解的耦合，提高了難降解有機(jī)物的降解效率。工業(yè)模擬裝置的研究表明，對(duì) COD 濃度達(dá)到 3500mg/L 的含酚廢水，采用厭氧-好氧耦合環(huán)流曝氣工藝， 24h 內(nèi) COD 可降解至 100 mg/L 以下；對(duì) COD 濃度達(dá)到 2500 mg/L 的 PTA 廢水，采用厭氧-好氧耦合環(huán)流曝氣工藝， 16 h 內(nèi) COD可降解至 100 mg/L 以下；對(duì) COD 達(dá)到 2000 mg/L， BOD/COD<0.1 的煉油廢水，采用厭氧-好氧耦合環(huán)流曝氣工藝， 24 h 內(nèi) COD 可降解至 60 mg/L 以下。上述處理效果，均優(yōu)于傳統(tǒng)的 A/O 或者 A/A/O 續(xù)批式聯(lián)合工藝，占地面積低于這些工藝的 1/8。4 合作方式商談。

手性氨基酸作為最重要的原料和中間體，市場(chǎng)規(guī)模也越來(lái)越大。本項(xiàng)目研發(fā)的手性氨基酸包含 L-2-氨基丁酸、D-蘇氨酸、L-天冬酰胺、L-叔亮氨酸、L-色氨酸等。2-氨基丁酸是一種非天然的氨基酸，是一種重要的化工原料，被用作為多種手性藥物合成中的重要中間體，包括抗結(jié)核藥物乙胺丁醇、布瓦西坦和抗癲癇 藥物左乙拉西坦。D-蘇氨酸是天然氨基酸 L-蘇氨酸的光學(xué)異構(gòu)體，是一種非天然氨基酸。主要應(yīng)用于手性藥物、手性添加劑和手性助劑等領(lǐng)域，在制藥行業(yè)作為手性合成的手性源，主要用于生產(chǎn)新型光譜抗生素、D-蘇氨醇和多肽合成過(guò)程的蘇氨酸保護(hù)劑。L-天冬酰胺是常見(jiàn)的 20 種氨基酸之一，在食品、醫(yī)藥、化工合成、微生物培養(yǎng)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。L-天冬酰胺可以作為添加劑用于清涼飲料,同時(shí)在腫瘤治療及蛋白質(zhì)糖基化中扮演重要角色。L-天冬酰胺常用于氨基酸輸液，以及具有降壓、平喘、抗消化性潰瘍、胃功能障礙等功能，并可用于治療心肌梗死、心肌代謝障礙、心力衰竭、心臟傳導(dǎo)阻滯、疲勞癥等。此外，L-天冬酰胺也是微生物培養(yǎng)和動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)重要的添加劑。L-叔亮氨酸是一種非蛋白原的手性氨基酸, 由于叔丁基的空間位阻大, 叔亮氨酸的衍生物可在不對(duì)稱(chēng)合成中作為誘導(dǎo)不對(duì)稱(chēng)的模板。隨著不對(duì)稱(chēng)合成的發(fā)展, 叔亮氨酸的應(yīng)用也非常廣泛。又由于占空間大的叔丁基鏈及其疏水性, 它在多肽的合成中能夠很好地控制分子構(gòu)象, 增加多肽的疏水性和受酶降解的穩(wěn)定性, 因此在藥物和生物應(yīng)用中正迅速地發(fā)展, 用于抗癌、抗艾滋病等藥物和生物抑制劑及肽等。

光學(xué)純的內(nèi)酯化合物以及相應(yīng)的水解產(chǎn)物羥基酸是重要的手性合成中間體，其中D-泛解酸內(nèi)酯 （俗稱(chēng)D-泛內(nèi)酯）作為一種重要的飼料添加劑以及日化產(chǎn)品的合成前體，年產(chǎn)量達(dá)到上萬(wàn)噸。其他許多光學(xué)純手性γ-內(nèi)酯以及相應(yīng)的羥基酸也是重要手性精細(xì)化工產(chǎn)品合成的前體。 本項(xiàng)目使用我們自行開(kāi)發(fā)的固定化左旋內(nèi)酯水解酶，立體選擇性地催化左旋內(nèi)酯的水解，水解產(chǎn)物羥基酸在強(qiáng)酸環(huán)境中進(jìn)行內(nèi)酯化，即可獲得高光學(xué)純度的左旋內(nèi)酯；而剩余未水解的產(chǎn)物，在強(qiáng)堿環(huán)境中進(jìn)行消旋化得到消旋的底物內(nèi)酯，重新用于水解拆分。固定化酶催化劑可以重復(fù)使用幾十次，極大地降低了催化劑的成本。 本技術(shù)可應(yīng)用于多種手性?xún)?nèi)酯產(chǎn)品的拆分生產(chǎn)，包括D-泛內(nèi)酯以及其他系列內(nèi)酯化合物，比如α-羥基-γ-丁內(nèi)酯和β-羥基-γ-丁內(nèi)酯，2-羥基-4-取代-4-丁內(nèi)酯等，具有非常高的立體選擇性，產(chǎn)品光學(xué)純度達(dá)到94.8% ～ 99%。

研發(fā)階段/n本發(fā)明公開(kāi)了一種促進(jìn)靈芝酸或靈芝多糖生物合成的發(fā)酵方法。本發(fā)明對(duì)靈芝細(xì)胞生長(zhǎng)階段和產(chǎn)物合成階段所需要的條件進(jìn)行了考察，依據(jù)靈芝細(xì)胞生長(zhǎng)和產(chǎn)物合成階段所需環(huán)境條件的不一致性，分別考察了ｐＨ兩階段、溶氧兩階段的控制策略對(duì)靈芝酸和靈芝多糖生物合成的影響，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合中間補(bǔ)料策略，又分別考察了ｐＨ兩階段、溶氧兩階段控制策略或補(bǔ)料策略相互協(xié)同在一起后對(duì)靈芝酸和靈芝多糖生物合成的影響。試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，無(wú)論是分別采用ｐＨ值兩階段控制策略、溶氧濃度兩階段控制策略或是將ｐＨ兩階段控制策略、溶氧濃度兩階段

本發(fā)明提供一種脂肪酸修飾的有機(jī)熒光染料生物探針，該有機(jī)熒光染料生物探針是在有機(jī)熒光染料或量子點(diǎn)上連接脂肪酸形成的有機(jī)熒光染料探針或量子點(diǎn)探針。本發(fā)明的效果是該生物探針制備方法簡(jiǎn)單，對(duì)絲狀菌細(xì)胞具有較好的標(biāo)記靶向性，為標(biāo)記絲狀菌細(xì)胞進(jìn)行污泥膨脹的預(yù)警研究提供方便。在標(biāo)記過(guò)程中增加了生物探針與絲狀菌細(xì)胞的生物相容性。該生物探針對(duì)絲狀菌的毒性低，靈敏度高，使用量少。

全球氨基酸市場(chǎng)需求增長(zhǎng)勢(shì)頭強(qiáng)勁，年均增長(zhǎng)5.6%以上。2017年，全球年產(chǎn)量已達(dá)850萬(wàn)噸，總銷(xiāo)售額超百億美元。目前，氨基酸的生產(chǎn)主要有三種方法，包括微生物發(fā)酵法、化學(xué)合成法和酶法水解法等。其中，微生物發(fā)酵法因其產(chǎn)能高、成本低等優(yōu)勢(shì)，作為最主要的方法，生產(chǎn)了全球總產(chǎn)量85%以上的氨基酸。為應(yīng)對(duì)不斷升級(jí)的市場(chǎng)需求，氨基酸發(fā)酵企業(yè)亟需提高發(fā)酵產(chǎn)量和拓展氨基酸品種，而關(guān)鍵在于獲得氨基酸高產(chǎn)菌株?，F(xiàn)有的氨基酸高產(chǎn)菌株篩選方法如氨基酸類(lèi)似物篩選法，存在毒性高、陽(yáng)性率低及種類(lèi)受限等問(wèn)題，無(wú)法滿足篩選需求。因此，開(kāi)發(fā)全新的氨基酸高產(chǎn)菌株篩選方法具有十分重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。 項(xiàng)目組通過(guò)增加序列中稀有密碼子的數(shù)量來(lái)提高蛋白翻譯所需氨基酸濃度的“門(mén)檻值”，利用必需基因和顏色蛋白編碼基因，建立了氨基酸高產(chǎn)菌株的選擇和篩選體系，并證明了該方法在大腸桿菌和谷氨酸棒狀桿菌中的可行性。本研究為氨基酸高產(chǎn)菌株的篩選提供了新系統(tǒng)，理論上可用于任何一種天然氨基酸高產(chǎn)菌株的篩選，同時(shí)也為氨基酸高產(chǎn)機(jī)制的發(fā)現(xiàn)提供了新思路，可用于氨基酸發(fā)酵生產(chǎn)中優(yōu)良菌株的構(gòu)建，進(jìn)而推動(dòng)氨基酸市場(chǎng)的增長(zhǎng)，促進(jìn)氨基酸在飼料、食品、醫(yī)藥等民生領(lǐng)域的應(yīng)用。 目前，微生物細(xì)胞工廠的遺傳改造已經(jīng)基本完成，正在進(jìn)一步的改造。發(fā)酵生產(chǎn)的濃度、產(chǎn)率和速率都達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。進(jìn)一步的提高正在研究進(jìn)行中。

成果簡(jiǎn)介：?jiǎn)纹咸侨┧峄什荽嗡幔℅AMG）和甘草次酸（GA）是甘草酸的兩 種改性衍生物，具有比甘草酸更優(yōu)良的抗炎癥、抗過(guò)敏、抗病毒、抗腫瘤等功效，在醫(yī)藥、化妝品行業(yè)具有廣泛應(yīng)用。此外，GAMG 還是一種高甜度（其 甜度是蔗糖的 1000 多倍）、低熱量的天然功能性甜味劑。由于化學(xué)改性法鍵 選擇性低，很難將甘草酸定向轉(zhuǎn)化為 GAMG 或 GA，且化學(xué)法對(duì)生產(chǎn)設(shè)備要