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L-甲硫氨酸廣泛應(yīng)用于飼料業(yè)，是家禽飼料中首選的限制性氨基酸。L-甲硫氨酸是強(qiáng)肝解毒劑、促進(jìn)發(fā)育劑，當(dāng)缺乏時(shí)會(huì)引起食欲減退。甲硫氨酸廣泛應(yīng)用于營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充與畜產(chǎn)飼料，由于甲硫氨酸容易被雞吸收而轉(zhuǎn)變?yōu)殡u肉蛋白，在雞飼料中添加甲硫氨酸，可少耗飼料，并使雞肉生長(zhǎng)健全。L-甲硫氨酸合成方法主要為化學(xué)合成法和微生物發(fā)酵法兩種。因化學(xué)合成法會(huì)產(chǎn)生大量有害物質(zhì)，微生物發(fā)酵法生產(chǎn)甲硫氨酸越來(lái)越受到關(guān)注。本實(shí)驗(yàn)室以谷氨酸棒狀桿菌為出發(fā)菌株，通過(guò)代謝工程技術(shù)手段進(jìn)行基因敲除和敲入，以達(dá) 到“開(kāi)源節(jié)流”，即增強(qiáng) L-甲硫氨酸合成路徑代謝流，抑制或阻斷旁路途徑代謝流，最終提高 L-甲硫氨酸產(chǎn)率，目前中間菌株產(chǎn)率已達(dá) 21 mmol/L，具有重要的應(yīng)用前景。 

L-蘇氨酸在食品、飼料、醫(yī)藥和化妝品等領(lǐng)域的用量呈長(zhǎng)期穩(wěn)定增長(zhǎng)趨勢(shì)，尤其在飼料添加劑中增長(zhǎng)最為迅速。以添加了 L-蘇氨酸的低蛋白配方飼料作為家禽日糧，不但可以緩解天然蛋白的匱乏，減少動(dòng)物氨的排放，還能提高家禽的生產(chǎn)性能。而在醫(yī)藥領(lǐng)域，L-蘇氨酸除了用于氨基酸輸液之外，隨著人類保健意 識(shí)的提高，各類氨基酸保健飲品涌現(xiàn)市場(chǎng)，L-蘇氨酸是必不可少的配方成分。L-蘇氨酸有望取代色氨酸，成為繼賴氨酸和甲硫氨酸之后第三大發(fā)展最迅速的氨基酸。因此 L-蘇氨酸產(chǎn)業(yè)迫切需要提高產(chǎn)量，降低成本，以滿足市場(chǎng)需求。本實(shí)驗(yàn)室以谷氨酸棒狀桿菌為出發(fā)菌株，通過(guò)代謝工程技術(shù)手段進(jìn)行基因敲除和敲入，對(duì)關(guān)鍵基因進(jìn)行了測(cè)序、蛋白結(jié)構(gòu)解析及定向改造，以達(dá)到“開(kāi)源節(jié)流”，即增強(qiáng) L-蘇氨酸合成路徑代謝流，抑制或阻斷旁路途徑代謝流，最終提高L-蘇氨酸產(chǎn)率近 20 倍，具有較好的應(yīng)用前景。

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。現(xiàn)有的氨基酸高產(chǎn)菌株篩選方法如氨基酸類似物篩選法，存在毒性高、陽(yáng)性率低及種類受限等問(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。

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。現(xiàn)有的氨基酸高產(chǎn)菌株篩選方法如氨基酸類似物篩選法，存在毒性高、陽(yáng)性率低及種類受限等問(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。

成果描述：采用高效預(yù)處理、低溫酶萃取、鹽析和膜分離等成套技術(shù)，從新鮮動(dòng)物皮、魚皮、魚鱗等不同原料中制備未變性膠原蛋白，解決了獲取大量高純度、未變性的化妝品用和醫(yī)用生物活性膠原的技術(shù)難題；掌握了通過(guò)物理與化學(xué)改性手段調(diào)控未變性膠原的熱穩(wěn)定性、流變學(xué)等性能的方法和原理，為未變性化妝品用和醫(yī)用膠原的產(chǎn)業(yè)化利用提供了技術(shù)支撐。目前，化妝品用和醫(yī)用生物活性膠原蛋白生產(chǎn)技術(shù)已分別在成都新際生物活性膠原開(kāi)發(fā)有限公司和廣東勝馳生物科技有限公司成功實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)與天然膠原標(biāo)準(zhǔn)品一致，經(jīng)濟(jì)效益顯著，具有較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。市場(chǎng)前景分析：生物活性膠原即未變性膠原，具有三股螺旋結(jié)構(gòu)，分子量為30萬(wàn)，能夠促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)、可生物降解，且生物相容性與機(jī)械力學(xué)性能良好，已廣泛用于美容護(hù)膚、組織工程等領(lǐng)域。膠原作為一種高技術(shù)含量的生物材料在生物醫(yī)學(xué)、化妝品等領(lǐng)域具有巨大的潛在市場(chǎng)。首先生物活性膠原作為一種生物材料本身具有無(wú)限的生命力，是全世界科學(xué)家都在研究開(kāi)發(fā)的新型材料之一，國(guó)內(nèi)當(dāng)前處于探索性開(kāi)發(fā)階段，因此只要抓住這個(gè)先機(jī)將來(lái)就可以獲得良好的回報(bào)；其次生物活性膠原的深加工產(chǎn)品擁有巨大的消費(fèi)群體，這主要是由于生物活性膠原具有其它化妝品的活性成分所無(wú)可比擬的增強(qiáng)皮膚彈性，祛除細(xì)小皺紋，優(yōu)良的保濕、護(hù)膚的確切效果，先期投入的第一代產(chǎn)品已被市場(chǎng)認(rèn)可。目前，本項(xiàng)目的先期產(chǎn)品技術(shù)已在成都、廣東的2家公司實(shí)現(xiàn)生物活性膠原原料的產(chǎn)業(yè)化，制備的精華液、面膜、眼貼膜等護(hù)膚產(chǎn)品市場(chǎng)反應(yīng)效果良好，作為醫(yī)用膠原海綿、骨修復(fù)材料的原料也即將投入市場(chǎng)，產(chǎn)品市場(chǎng)仍存在很大的開(kāi)拓空間。與同類成果相比的優(yōu)勢(shì)分析：化妝品用和醫(yī)用生物活性膠原液體（4mg/mL）每毫升售價(jià)約為20元，而生產(chǎn)成本每毫升僅約為2元，因此每公斤生物活性膠原液體的利潤(rùn)為1.8萬(wàn)元。可見(jiàn)，本項(xiàng)目技術(shù)生產(chǎn)的未變性膠原功能材料具有很大的利潤(rùn)空間，經(jīng)濟(jì)效益非常顯著，具有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

本發(fā)明公開(kāi)了一種適合骨再生修復(fù)的生物活性多孔結(jié)構(gòu)支架，該支架包括內(nèi)、外支架兩部分，內(nèi)支架被外支架包圍，所述的內(nèi)、外支架均是內(nèi)部孔道結(jié)構(gòu)完全貫通的多孔支架，其中所述的外支架具有高的孔隙率和高的力學(xué)強(qiáng)度，所述的內(nèi)支架具有比外支架慢的降解速度，同時(shí)又具有高的力學(xué)強(qiáng)度，本發(fā)明的支架具有好的力學(xué)匹配性能，生物降解性能和骨組織修復(fù)性能，而且支架的形狀，尺寸可控，孔徑大小可控，支架中的內(nèi)支架、外支架的材料組成和材料的分布可控。同時(shí)，本發(fā)明還提供了多孔結(jié)構(gòu)支架的制造方法，該方法簡(jiǎn)單，方便，生產(chǎn)成本低，能夠?qū)崿F(xiàn)按骨缺損修復(fù)的需求個(gè)性化定制相應(yīng)的按需求分級(jí)降解的多孔支架。

采用高效預(yù)處理、低溫酶萃取、鹽析和膜分離等成套技術(shù)，從新鮮動(dòng)物皮、魚皮、魚鱗等不同原料中制備未變性膠原蛋白，解決了獲取大量高純度、未變性的化妝品用和醫(yī)用生物活性膠原的技術(shù)難題；掌握了通過(guò)物理與化學(xué)改性手段調(diào)控未變性膠原的熱穩(wěn)定性、流變學(xué)等性能的方法和原理，為未變性化妝品用和醫(yī)用膠原的產(chǎn)業(yè)化利用提供了技術(shù)支撐。目前，化妝品用和醫(yī)用生物活性膠原蛋白生產(chǎn)技術(shù)已分別在成都新際生物活性膠原開(kāi)發(fā)有限公司和廣東勝馳生物科技有限公司成功實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)與天然膠原標(biāo)準(zhǔn)品一致，經(jīng)濟(jì)效益顯著，具有較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

蛋白多肽是將食品蛋白質(zhì)進(jìn)行酶解或發(fā)酵之后產(chǎn)生的生物活性肽段，具有調(diào)節(jié)免疫、控制血壓、降糖降脂、抑菌抗炎、抗氧化、促進(jìn)礦物元素吸收等多種重要的生理功能。蛋白多肽比蛋白質(zhì)本身 更容易被人體吸收利用，快速發(fā)揮其生理功能。蛋白多肽可以作為保健食品的功能原料以液體或片劑直接利用，也可以作為營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化成分用于大宗食品的生產(chǎn)，具有很好的市場(chǎng)潛力。

超臨界二氧化碳動(dòng)力循環(huán)（簡(jiǎn)稱sCO2循環(huán)），采用超臨界CO2為工作介質(zhì)實(shí)現(xiàn)熱功轉(zhuǎn)換，具有三個(gè)優(yōu)勢(shì)：①CO2化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，高溫下與金屬材料反應(yīng)弱，為進(jìn)一步提高主蒸汽參數(shù)奠定了基礎(chǔ)。②當(dāng)主蒸汽溫度超過(guò)550℃ 時(shí)，sCO2循環(huán)效率高于水蒸汽朗肯循環(huán)。③sCO2循環(huán)整個(gè)系統(tǒng)高壓運(yùn)行，系統(tǒng)緊湊。在燃煤發(fā)電、核能、太陽(yáng)能、余熱利用等領(lǐng)域具備應(yīng)用前景。 2017年以來(lái)，華北電力大學(xué)徐進(jìn)良教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金委重點(diǎn)基金、國(guó)家能源集團(tuán)重大項(xiàng)目的支持下，對(duì)sCO2燃煤發(fā)電系統(tǒng)的熱力循環(huán)構(gòu)建、超臨界CO2傳熱特性、sCO2鍋爐及透平等關(guān)鍵部件概念設(shè)計(jì)等開(kāi)展了研究，取得了重要進(jìn)展。相關(guān)成果獲得中國(guó)電力科學(xué)技術(shù)杰出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)，基于相關(guān)成果獲評(píng)全國(guó)高校黃大年式教師團(tuán)隊(duì)，接受科技日?qǐng)?bào)專訪：加上高溫高壓二氧化碳也能當(dāng)發(fā)電“能手”，重點(diǎn)論文入選SDG7研究論文精選集，該文集是過(guò)去5年Elsevier能源類期刊針對(duì)聯(lián)合國(guó)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的精選論文（中國(guó)約20篇），是能源領(lǐng)域發(fā)展的關(guān)鍵性研究資源。具體成果如下： 1、超臨界二氧環(huán)塔燃煤發(fā)電循環(huán)構(gòu)建關(guān)鍵技術(shù) 引入?yún)f(xié)同學(xué)，提出多級(jí)壓縮sCO2循環(huán)，結(jié)合再熱及間冷，構(gòu)成sCO2循環(huán)提升效率的廣義路徑。是國(guó)家能源集團(tuán)sCO2燃煤發(fā)電技術(shù)路線的基礎(chǔ)。提出能量復(fù)疊利用原理解決循環(huán)與熱源耦合面臨的煙氣熱量全溫區(qū)吸收難題，是國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目中sCO2燃煤發(fā)電煙氣余熱吸收的關(guān)鍵技術(shù)。相關(guān)技術(shù)已授權(quán)美國(guó)專利1項(xiàng)，中國(guó)專利4項(xiàng)。 2、sCO2鍋爐關(guān)鍵技術(shù) 圍繞sCO2燃煤發(fā)電鍋爐面臨的關(guān)鍵難點(diǎn)問(wèn)題，使用分流減阻、模塊化設(shè)計(jì)鍋爐解決壓降懲罰效應(yīng)，相關(guān)成果獲得國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用。提出受熱面溫度控制技術(shù)，形成鍋爐鍋側(cè)與爐側(cè)協(xié)同設(shè)計(jì)方法。獲得燃煤sCO2循環(huán)及全生命周期特性，構(gòu)建循環(huán)側(cè)動(dòng)態(tài)響應(yīng)及尺度標(biāo)度律，解決機(jī)組深度調(diào)峰關(guān)鍵問(wèn)題，從效率、經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)態(tài)特性等方面全面論證了sCO2燃煤發(fā)電優(yōu)勢(shì)。相關(guān)技術(shù)已授權(quán)中國(guó)專利3項(xiàng)。 3、sCO2傳熱及換熱器關(guān)鍵技術(shù) 提出類沸騰理論，建立高溫高壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)，具備取得數(shù)據(jù)的能力，能夠?qū)CO2循環(huán)關(guān)鍵受熱面的流動(dòng)阻力、傳熱系數(shù)進(jìn)行精確預(yù)測(cè)，關(guān)聯(lián)式精度明顯改善，并在此基礎(chǔ)上提出了sCO2水冷壁設(shè)計(jì)，對(duì)超臨界應(yīng)用技術(shù)開(kāi)發(fā)具有廣義指導(dǎo)意義。相關(guān)成果被國(guó)家能源集團(tuán)新能源研究院、西安熱工院等相關(guān)研究機(jī)構(gòu)廣泛引用，推動(dòng)了我國(guó)sCO2燃煤發(fā)電技術(shù)的發(fā)展。同時(shí)具備回?zé)崞鞯脑O(shè)計(jì)能力，形成了sCO2多臺(tái)回?zé)崞鱾鞑⒙?lián)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)技術(shù)。 4、太陽(yáng)能光熱發(fā)電與低品位能源利用技術(shù) 科研團(tuán)隊(duì)對(duì)中高溫超臨界二氧化碳太陽(yáng)能發(fā)電的系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有豐富經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)在中低溫太陽(yáng)能與余熱利用領(lǐng)域深耕多年。自主研發(fā)了有機(jī)朗肯循環(huán)ORC發(fā)電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了專利向企業(yè)轉(zhuǎn)讓，推動(dòng)了ORC在余熱利用、制氫、海水淡化等領(lǐng)域的工程應(yīng)用，對(duì)系統(tǒng)熱力學(xué)優(yōu)化及工質(zhì)篩選、多目標(biāo)參數(shù)優(yōu)化及全生命周期評(píng)價(jià)、膨脹機(jī)中多相流理論及實(shí)驗(yàn)等方面具有深厚基礎(chǔ)。相關(guān)技術(shù)已授權(quán)中國(guó)專利10項(xiàng)。 超高參數(shù)CO2流動(dòng)傳熱實(shí)驗(yàn)平臺(tái)（包括主循環(huán)回路系統(tǒng)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、工質(zhì)充液回收系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，最大運(yùn)行壓力和溫度分別為25MPa和500oC，實(shí)現(xiàn)全周均勻加熱和半周非均勻加熱，獲得了豐富的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，彌補(bǔ)了超高參數(shù)傳熱數(shù)據(jù)的不足，為發(fā)展新的超臨界傳熱理論提供數(shù)據(jù)支撐，為鍋爐設(shè)計(jì)提供第一手?jǐn)?shù)據(jù)資料。） 1000MW級(jí)sCO2燃煤發(fā)電系統(tǒng)圖（采用了以下創(chuàng)新性成果：鍋爐模塊化設(shè)計(jì)，消除了壓降懲罰效應(yīng)；引入?yún)f(xié)同學(xué)原理，構(gòu)建了三壓縮循環(huán)；能量復(fù)疊利用原理，實(shí)現(xiàn)煙氣熱量全溫區(qū)吸收。在透平入口參數(shù)為630℃/35 MPa條件下，發(fā)電效率達(dá)到51%，比現(xiàn)有超超臨界水蒸氣機(jī)組提高4個(gè)百分點(diǎn)。） 團(tuán)隊(duì)通過(guò)原始創(chuàng)新，在該領(lǐng)域具備較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，能夠獨(dú)立承擔(dān)該領(lǐng)域的項(xiàng)目。同時(shí)在本領(lǐng)域具有較強(qiáng)的影響力，與國(guó)內(nèi)多家高校團(tuán)隊(duì)、科研院所、重點(diǎn)企業(yè)有實(shí)質(zhì)合作。 創(chuàng)新點(diǎn) 1、提出了能量復(fù)疊利用原理及設(shè)備共享概念，解決了sCO2循環(huán)平臺(tái)搭建關(guān)鍵難題。 2、發(fā)明了模塊化二氧化碳鍋爐，消除了由于大流量引起的壓降懲罰效應(yīng)，為sCO2鍋爐的研發(fā)提供可行的技術(shù)路徑； 3、提出了超臨界類沸騰理論，建立了超高參數(shù)二氧化碳傳熱系統(tǒng)，為sCO2換熱器設(shè)計(jì)制造提供支撐。 應(yīng)用案例 本成果是國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目：“超高參數(shù)高效二氧化碳燃煤發(fā)電基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究”的主要支撐，是國(guó)家自然科學(xué)基金委重點(diǎn)項(xiàng)目的主要研究對(duì)象，同時(shí)本成果應(yīng)用于我國(guó)國(guó)家能源集團(tuán)~20MW燃煤超臨界二氧化碳平臺(tái)設(shè)計(jì)。 獲獎(jiǎng)情 獲得中國(guó)電力科學(xué)技術(shù)杰出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)。