【工博会专递】全链条技术创新 助力企业绿色“智造” ——记2018年工博会参展项目“黑曲霉细胞工厂氧代谢全局调控葡萄糖酸钠高效生产新技术”

    葡萄糖酸钠是一种多羟基羧酸钠，又名五羟基己酸钠，外观为白色或浅黄色结晶颗粒或粉末，产品具备较好的缓凝效果和极好的呈味性，我们身边的衣食住行可谓样样有它。如盒装内酯豆腐就是日常生活中葡萄糖酸钠应用的一个例子。与用传统的石膏、卤水作凝固剂的方式相比，以葡萄糖酸钠制得的葡萄糖酸内酯为凝固剂来生产豆腐，可减少蛋白质流失，提高保水率，大大增加产量，并且豆腐洁白细腻、有光泽、口感好、保存时间长。

    至于葡萄糖酸钠在工业上的用途就更为广泛，可以在建筑、纺织印染和金属表面处理以及水处理等行业作高效螯合剂、钢铁表面清洗剂、玻瓶清洗剂、电镀工业铝氧着色等。例如，随着城市化进程不断加快，城市中高层、超高层建筑越来越多。推迟建筑材料混凝土的最初和最终凝固时间，就显得非常重要。而葡萄糖酸钠作为一种缓凝剂能达到较好的效果，能增加混凝土的可塑性。

    所以，葡萄糖酸钠的市场需求量极大。据粗略统计，全球需求量现在在100万吨以上，并且还在以5%—8%速率增长，中国已成为世界第一大葡萄糖酸钠生产国，2017年总产能达50万吨。不过，与此同时，也要看到，葡萄糖酸钠生物制造过程中存在的能耗高、转化率低、产能低等问题，已经极大地限制了企业的大规模高效生产。

    正是针对这一瓶颈，华东理工大学储炬教授领衔的“黑曲霉细胞工厂氧代谢全局调控葡萄糖酸钠高效生产新技术”项目聚焦关键技术问题，历时近十年，突破性地找到了工业发酵的关键限制性因素——设备供氧、细胞耗氧和生产能力之间的不平衡，形成了具有完整自主知识产权的、上游—中游—下游全链条关键技术体系。

    所谓的菌种—发酵—分离—资源化利用全链条关键技术，主要由四大“法宝”组成——基于高通量筛选和恒化培养定向进化相结合的高性能生产菌高效选育技术、基于先进传感分析的发酵过程关键指标参数实时在线监测技术、基于黑曲霉细胞工厂氧代谢全局调控的高效发酵技术、优化清洁分离提取技术及废渣资源化利用技术。而储炬教授团队能够让合作企业成为国内甚至国际葡萄糖酸钠绿色生物制造领域领头羊的秘诀，也正在于此。从对源头的菌种筛选，到对发酵生产过程的全控制，再到末端“三废”的清洁优化，有力促进了葡萄糖酸钠的粗放型传统制造向高端、智能、绿色制造方向发展，推动了有机酸行业的技术进步，也为中国由生物制造大国向生物制造强国作出一定的贡献。据介绍，该项技术的开发和系统优化，已使得团队的合作企业——山东福洋生物科技股份有限公司的发酵产能提高至15 万吨/年，国内市场占有率从不到10%提高到30%，发酵成本较行业平均低5%—10%，跃居世界行业龙头企业之列。

    与国内外同类研究技术相比，该项目技术体系系统完善，创新点突出，研究成果成功推广应用到工业生产。2015至2017年，已经帮助企业合计实现新增产值17.3亿元，新增利税1.37亿元，同时COD减排1480吨，减少蒸汽和电量消耗30%以上，降低CO ₂ 排放45%以上，具有显著经济、社会和生态效益。此外，团队成员也就本项目发表研究论文28篇，申请发明专利6项，获授权发明专利8项、授权软件著作权2项。