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生物法凈化含硫化氫廢氣技術(shù)以含硫化氫酸性氣體為研究對(duì)象，進(jìn)行生物法凈化含硫化氫廢氣技術(shù)研究，以及生物脫硫基礎(chǔ)理論研究（生物脫硫微觀反應(yīng)機(jī)理、脫硫菌種動(dòng)力學(xué)研究與反應(yīng)器流體力學(xué)模擬）。 技術(shù)特點(diǎn)： 1．利用低能離子注入技術(shù)誘變篩選獲得適合于工業(yè)化的高效脫硫菌種； 2．構(gòu)建菌體生長(zhǎng)的多階段發(fā)酵調(diào)控技術(shù)，采用高密度培養(yǎng)技術(shù)探究影響高密度培養(yǎng)的因素，并通過(guò)小分子化合物擾動(dòng)，強(qiáng)化菌株脫硫機(jī)制； 3．建立脫硫菌株高性能耦合固定化體系，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞固定化，降低流動(dòng)性，提高脫硫效率及穩(wěn)定性，降低成本； 4．研發(fā)新型生物反應(yīng)器，提高傳質(zhì)性能及生物氧化效果； 5．建立生物脫硫裝置，優(yōu)化工藝參數(shù)，達(dá)到對(duì)具附加值的單質(zhì)硫回收的目的，并開(kāi)發(fā)高效、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、環(huán)保和具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的生物脫硫凈化工藝及工程技術(shù)。 技術(shù)指標(biāo)： 1．建立1~2Nm³/h生物脫硫模試裝置，液體循環(huán)量27L/h，pH值8.5~9.0，曝氣量220~240L/h，脫硫菌種固定化濃度為2.7mg/g，凈化氣H2S濃度小于20mg/m³，硫磺回收率為95%，獲取生物脫硫工藝參數(shù)優(yōu)化數(shù)據(jù)； 2．分離篩選得到了硫化物代謝活性達(dá)73.1%、穩(wěn)定遺傳8代的高效脫硫菌株； 3．設(shè)計(jì)生物反應(yīng)器及模擬裝置，建立自動(dòng)化控制的生物脫硫模式評(píng)價(jià)裝置，為生物法凈化含硫化氫氣體的工藝評(píng)價(jià)提供裝備基礎(chǔ)。

本成果建立了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的納豆芽孢桿菌及液體種子生產(chǎn)技術(shù)、菌種接種技術(shù)、納豆發(fā)酵技術(shù)、保藏技術(shù)等，同時(shí)完成了對(duì)產(chǎn)品功能、質(zhì)量測(cè)定的方法學(xué)研究，開(kāi)發(fā)了高耐受胃腸道納豆芽孢桿菌菌劑、高品質(zhì)食用納豆、高活菌納豆凍干粉、高活性藥用納豆激酶等多種產(chǎn)品，納豆中益生活菌數(shù)量、納豆激酶活性及異黃酮等功能成分含量較國(guó)內(nèi)外相關(guān)產(chǎn)品有明顯優(yōu)勢(shì)，且納豆感官評(píng)價(jià)品質(zhì)高，生產(chǎn)成本較低，更加符合國(guó)人口味。

項(xiàng)目研究的背景及用途：本項(xiàng)目的出發(fā)點(diǎn)是將我國(guó)大量的生物質(zhì)及城市有機(jī)廢物資源(如農(nóng)作物廢棄物、林業(yè)廢棄物、城市垃圾中豐富的有機(jī)物、造紙?jiān)鞚{中的廢物、酒精生產(chǎn)廠(chǎng)的廢液廢渣、動(dòng)物糞便、食品加工中的廢棄物、家庭中有機(jī)垃圾、草類(lèi)廢棄物，產(chǎn)量約每年 30 億噸)高效轉(zhuǎn)化為清潔的電力。我國(guó)當(dāng)前的生物質(zhì)及城市有機(jī)廢物資源沒(méi)有得到合理的利用。利用生物質(zhì)作為能源，不僅僅是解決了長(zhǎng)期的能源供給問(wèn)題，更重要的是大大緩解了環(huán)境保護(hù)的壓力。本項(xiàng)目的技術(shù)路線(xiàn)所排放的其他污染物如硫化物、粉塵粒子的濃度也大大低于現(xiàn)有的燃煤發(fā)電廠(chǎng)。此外，高效、清潔的氣化發(fā)電技術(shù)可以克服現(xiàn)有的城市垃圾處理處置方式的缺點(diǎn)。與現(xiàn)有垃圾焚燒爐技術(shù)相比，本項(xiàng)目的技術(shù)路線(xiàn)具有以下優(yōu)點(diǎn): (1)發(fā)電效率高; (2)炭轉(zhuǎn)化率高、能量利用率高; (3)排放的二次污染物少; (4)初投資和遠(yuǎn)行費(fèi)用低。 本項(xiàng)目的目的是有效地利用生物質(zhì)及城市有機(jī)廢物，通過(guò)流化床氣化的方式將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏Α４_保生產(chǎn)電力的成本可以與現(xiàn)有的燃煤電廠(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，同時(shí)確保生產(chǎn)過(guò)程符合環(huán)境友好性要求，沒(méi)有明顯的二次污染。成果水平及主要技術(shù)指標(biāo):本技術(shù)水平處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平,在國(guó)際上也是領(lǐng)先的。目前正在申報(bào)發(fā)明專(zhuān)利 2 項(xiàng)。所需廠(chǎng)房占地面積:需要穩(wěn)定的生物質(zhì)或生活垃圾原料供應(yīng)(年需要量為8000 噸左右);設(shè)備相對(duì)比較簡(jiǎn)單，但需要由相關(guān)的廠(chǎng)家定制生廠(chǎng);廠(chǎng)房面積約為15000～20000 平方米;投資規(guī)模在 500 萬(wàn)左右。 市場(chǎng)分析及效益預(yù)測(cè)：本項(xiàng)目的市場(chǎng)前景很大。以天津市為例，天津市每年約有 600 萬(wàn)噸生物質(zhì)資源，可發(fā)出功率為 90～100 萬(wàn)千瓦的電。若考慮大量種植能源作物，則可以發(fā)出更多的電，而且隨著發(fā)電規(guī)模的擴(kuò)大，可以顯著降低成本。如果單座發(fā)電廠(chǎng)的規(guī)模在 2000～4000 kW，該發(fā)電成本與燃煤電廠(chǎng)相當(dāng)。為天津市大量的生物質(zhì)廢物找到一條合理的利用途徑，同時(shí)解決了因城市有機(jī)垃圾堆置而帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題。以 2000 千瓦的發(fā)電能力為例，投資回收期為 2.2 年，年盈利為 220 萬(wàn)左右。

以生物基原料生產(chǎn)環(huán)境友好的化工產(chǎn)品是人類(lèi)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必由之路， 生物基涂層材料的研究已經(jīng)成為全球涂料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的研究前沿。傳統(tǒng)的生物基光固化樹(shù)脂玻璃化轉(zhuǎn)變溫度偏低，力學(xué)性能較差，影響了其應(yīng)用推廣。團(tuán)隊(duì)圍繞如何制備兼顧生物基含量與綜合性能的生物基光固化樹(shù)脂開(kāi)展研究，通過(guò)化學(xué)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，在提升生物基光固化樹(shù)脂性能的同時(shí)保證了其較高的生物基含量。目前團(tuán)隊(duì)所研發(fā)的生物基光固化樹(shù)脂具有較高的生物基含量和雙鍵轉(zhuǎn)換率，其固化膜的熱穩(wěn)定性及硬度、彈性模量、抗沖擊性等性能與常用商業(yè)石油基光固化樹(shù)脂相當(dāng)，產(chǎn)業(yè)化前景廣闊。 

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。

甾體激素藥物是僅次于抗生素的第二大類(lèi)藥物。全球甾體類(lèi)藥物總值近 500 億美元，占世界醫(yī)藥銷(xiāo)售額的 6%。中國(guó)是甾體藥物原料及其制劑的主要生產(chǎn)國(guó)，年產(chǎn)值近 800 億元人民幣。 本項(xiàng)目組圍繞重要甾體化合物中間體 AD、三羥基雄甾烯酮及其相關(guān)下游產(chǎn) 品，開(kāi)展生物轉(zhuǎn)化關(guān)鍵技術(shù)研究與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用研究，突破了生物催化去氫表雄酮雙 羥化制備三羥基雄甾烯酮的技術(shù)體系，創(chuàng)新了屈螺酮合成新方法。項(xiàng)目改造優(yōu)化 了微生物轉(zhuǎn)化菌種的性能，開(kāi)發(fā)了新型發(fā)酵和綠色提取工藝，建立了全流程的過(guò)程工程控制技術(shù)，大幅提高了產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化率，建成了百?lài)嵓?jí)規(guī)模的甾體化合物生產(chǎn)線(xiàn)。項(xiàng)目成果在 Green Chemistry、Journal of Steroid Biochemistry andMolecular Biology、Steroids 等期刊上共發(fā)表了相關(guān)文章 30 余篇，申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利 28 項(xiàng)，其中授權(quán) 10 項(xiàng)。獲中國(guó)石油和化工行業(yè)協(xié)會(huì)優(yōu)秀專(zhuān)利獎(jiǎng) 1 項(xiàng)，全國(guó)大學(xué)生“挑戰(zhàn)杯”競(jìng)賽一等獎(jiǎng) 1 項(xiàng)。 

本項(xiàng)目旨在發(fā)掘天然植物中具有美白、抗皺、保濕、殺菌及防腐等天然活性成分，開(kāi)發(fā)其提取、純化技術(shù)。 另一方面，本項(xiàng)目組與江南大學(xué)生物工程學(xué) 院合作，利用發(fā)酵法制備具有美白、抗衰老、抗皺、保濕等功效的發(fā)酵產(chǎn)物，產(chǎn)品分為直接發(fā)酵產(chǎn)物和植物發(fā)酵后的提取物。在活性成分先進(jìn)制備基礎(chǔ)上，根據(jù)美白、抗衰老、抗皺、防曬、抗污染等理論，對(duì)天然活性原料進(jìn)行協(xié)同復(fù)配，形成多靶點(diǎn)、多動(dòng)能集成功效原料組合，并建立化學(xué)方法、生物化學(xué)方法（細(xì)胞水平、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)）到人體實(shí)驗(yàn)的完整功效評(píng)價(jià)技術(shù)平臺(tái)，打通從天然原料到實(shí)際配方應(yīng)用的通路。

精氨酸脫亞胺酶（Arginine deiminase）簡(jiǎn)稱(chēng) ADI，它能將精氨酸水解，生產(chǎn)瓜氨酸和氨，是生物體中參與尿素循環(huán)而起作用的酶。基于這個(gè)反應(yīng)機(jī)理，目前精氨酸脫亞氨酶一方面可用于功能性氨基酸 L-瓜氨酸的生物制備；另一方面可作為藥物用于癌癥諸如肝細(xì)胞癌、黑色素細(xì)胞癌、腎癌等以及一些病毒感染的 治療。 瓜氨酸是一種非蛋白質(zhì)氨基酸，具有抗衰老、增強(qiáng)免疫力、提高運(yùn)動(dòng)員力量與耐力、增加創(chuàng)傷愈合和改善微循環(huán)等功能。本項(xiàng)目通過(guò)菌種篩選獲得一株高產(chǎn)精氨酸脫亞酶的糞腸球菌菌株，通過(guò)分子改造，獲得適合人體生理?xiàng)l件的精氨酶脫亞酶，可用于醫(yī)藥；利用糞腸球菌來(lái)源的精氨酸脫亞氨酶可用于瓜氨酸的生物制備，瓜氨酸產(chǎn)量可達(dá)到 250g/L 以上，底物精氨酸的摩爾轉(zhuǎn)化率 100%。 創(chuàng)新要點(diǎn) 成功開(kāi)發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的精氨酸脫亞胺酶生產(chǎn)菌株及瓜氨酸制備工藝，達(dá)到或超過(guò)國(guó)際先進(jìn)水平。

傳統(tǒng)發(fā)酵食品加工過(guò)程中生成的胺(氨)類(lèi)物質(zhì)，如氨基甲酸乙酯（EC）、生物胺類(lèi)等是影響發(fā)酵食品安全的重要因素。本成果在國(guó)內(nèi)外率先進(jìn)行了微生物干預(yù)減少發(fā)酵食品中 EC 及其前體的系統(tǒng)研發(fā)。主要技術(shù)內(nèi)容包括： (1) 揭示了醬油發(fā)酵過(guò)程 EC 前體形成的微生物物質(zhì)代謝機(jī)制； (2) 采用高通量篩選方法獲得可在醬油發(fā)酵過(guò)程中顯著減少 EC 前體積累的菌株； (3) 采用非基因工程手段在工業(yè)規(guī)模將醬油中 EC 含量降至低于 20 ppb，且對(duì)醬油主要理化指標(biāo)和風(fēng)味物質(zhì)未產(chǎn)生影響。 本成果已獲授權(quán)核心發(fā)明專(zhuān)利 11 項(xiàng)，形成了包括利用 EC 或其前體菌株的篩 選與選育、微生物干預(yù)控制醬油中氨(胺)類(lèi)有害物的專(zhuān)利群，發(fā)表論文 29 篇。 本技術(shù)對(duì)于解決基于混菌發(fā)酵過(guò)程的傳統(tǒng)發(fā)酵食品安全性的提升，具有普適性意 義和推廣前景；對(duì)于引領(lǐng)生物技術(shù)在傳統(tǒng)發(fā)酵食品中的應(yīng)用、提升傳統(tǒng)發(fā)酵食品生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)水平、實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)發(fā)酵食品工業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)和可持續(xù)發(fā)展，具有重大 的科學(xué)意義和工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。 

精氨酸脫亞胺酶（Arginine deiminase）簡(jiǎn)稱(chēng) ADI，它能將精氨酸水解，生產(chǎn)瓜氨酸和氨，是生物體中參與尿素循環(huán)而起作用的酶。基于這個(gè)反應(yīng)機(jī)理，目前精氨酸脫亞氨酶一方面可用于功能性氨基酸 L-瓜氨酸的生物制備；另一方面可作為藥物用于癌癥諸如肝細(xì)胞癌、黑色素細(xì)胞癌、腎癌等以及一些病毒感染的治療。 瓜氨酸是一種非蛋白質(zhì)氨基酸，具有抗衰老、增強(qiáng)免疫力、提高運(yùn)動(dòng)員力量與耐力、增加創(chuàng)傷愈合和改善微循環(huán)等功能。 本項(xiàng)目通過(guò)菌種篩選獲得一株高產(chǎn)精氨酸脫亞酶的糞腸球菌菌株，通過(guò)分子 改造，獲得適合人體生理?xiàng)l件的精氨酶脫亞酶，可用于醫(yī)藥；利用糞腸球菌來(lái)源的精氨酸脫亞氨酶可用于瓜氨酸的生物制備，瓜氨酸產(chǎn)量可達(dá)到 250g/L 以上，底物精氨酸的摩爾轉(zhuǎn)化率 100%。