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耦合超滤膜分离工艺创新丙烯酰胺生产技术荣获发明奖
浏览次数:38发布时间:2018-11-26 10:15:15 文章来源:中国膜工业协会网
      清华大学化工系生物化工研究所于慧敏教授课题组十几年来一直从事红球菌基因重组改造及红球菌-胞内酶细胞催化剂的应用研究。2017年12月,“红球菌-腈水合酶协同改造及重组细胞催化生产丙烯酰胺关键技术”获得教育部2017年高等学校科学研究优秀成果技术发明二等奖。
  该项目属于生物化学工程和酶工程学科。红色(赤)红球菌(Rhodococcus ruber)为革兰氏阳性放线菌,是一种重要的工业微生物,在生物催化转化、降解/修复等领域具有广泛应用。以丙烯酰胺为例,其聚合产物是重要的三次采油驱油剂、水处理絮凝剂及其它行业助剂。
  于慧敏介绍,红色红球菌细胞直接应用于工业生产,仍存在副产物多、抗逆性不理想等问题,导致原料单耗高、分离纯化成本高、能耗和废水排放多,性能改造需求迫切。但其基因GC碱基含量高,遗传工具匮乏,基因改造困难。
  针对红色红球菌-腈水合酶重组改造和细胞催化生产丙烯酰胺的关键问题,于慧敏研究团队提出了在酶分子层面和细胞层面协同改造的研究策略,取得了丰硕的创新性成果。
  发明了引入盐桥和二硫桥强化改造胞内腈水合酶的方法,解决了红球菌外源基因导入、表达、稳定遗传以及染色体基因敲除和细胞性能调控的难题,填补了红球菌重组改造研究空白。
  构建了腈水合酶改造与副产物基因敲除耦合型新菌株,兼具高有机溶剂耐受和低副产物生成特性。30吨水合釜中催化丙烯腈生产丙烯酰胺,其浓度可从32%提高到48%以上,副产物下降70~80%,废水排放减少30%。
  发明了游离细胞催化耦合中空纤维超滤膜分离及高效精制新工艺。解决了原固定化细胞工艺中酶活损失大、杂质含量高等问题。
  据了解,该项目已授权中国发明专利9项,其中美国发明专利1项。发表SCI论文18篇。教育部鉴定意见为“该项目在红球菌基因工程改造生产丙烯酰胺技术上达到了国际领先水平”。合作企业近3年新增利润1.69亿,新增税收9434万,创汇1.03亿美元;合计总利润4.36亿,上交税收2.44亿。产品已用于胜利、大港、长庆和新疆油田开采原油以及城市、造纸和工矿废水处理,并出口印度,经济和社会效益显著。该项目还为丙烯酸、烟酰胺、吡嗪酰胺、羟基乙酸、苦杏仁酸、高胆固醇血症药物立普妥合成中间体等化学品的生物法生产提供借鉴。
  尽管已经取得较好的成绩,基因重组红球菌细胞催化剂改造的研究进程却没有停止,反而进入全新的阶段。
  目前,于慧敏团队已经进一步建立了红球菌基因梯级强度启动子库,解析了红球菌菌落两型性及发酵过程中出现絮凝沉降现象的科学基础,实现了以红球菌细胞为通用宿主平台高表达外源功能酶,建立了一系列高附加值精细化学品以及手性化学品高效合成的新工艺。

不仅如此,还基于当前研究热点的“CRISPR-Cas9”技术,成功开发了红球菌基因组高效编辑工具,开始启动对红球菌基因组的全面编辑改造,开发更高效、更绿色、更经济、更普适性的新一代红球菌细胞催化剂。

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