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飼料用氨基酸的高效微生物制造
全球氨基酸市場需求增長勢頭強勁，年均增長5.6%以上。2017年，全球年產量已達850萬噸，總銷售額超百億美元。目前，氨基酸的生產主要有三種方法，包括微生物發酵法、化學合成法和酶法水解法等。其中，微生物發酵法因其產能高、成本低等優勢，作為最主要的方法，生產了全球總產量85%以上的氨基酸。為應對不斷升級的市場需求，氨基酸發酵企業亟需提高發酵產量和拓展氨基酸品種，而關鍵在于獲得氨基酸高產菌株。現有的氨基酸高產菌株篩選方法如氨基酸類似物篩選法，存在毒性高、陽性率低及種類受限等問題，無法滿足篩選需求。因此，開發全新的氨基酸高產菌株篩選方法具有十分重要的科學意義和應用價值。
項目組通過增加序列中稀有密碼子的數量來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菌株的篩選提供了新系統，理論上可用于任何一種天然氨基酸高產菌株的篩選，同時也為氨基酸高產機制的發現提供了新思路，可用于氨基酸發酵生產中優良菌株的構建，進而推動氨基酸市場的增長，促進氨基酸在飼料、食品、醫藥等民生領域的應用。
目前，微生物細胞工廠的遺傳改造已經基本完成，正在進一步的改造。發酵生產的濃度、產率和速率都達到國際先進水平。進一步的提高正在研究進行中。
北京理工大學
2023-05-10
飼料用氨基酸的高效微生物制造
全球氨基酸市場需求增長勢頭強勁，年均增長5.6%以上。2017年，全球年產量已達850萬噸，總銷售額超百億美元。目前，氨基酸的生產主要有三種方法，包括微生物發酵法、化學合成法和酶法水解法等。其中，微生物發酵法因其產能高、成本低等優勢，作為最主要的方法，生產了全球總產量85%以上的氨基酸。為應對不斷升級的市場需求，氨基酸發酵企業亟需提高發酵產量和拓展氨基酸品種，而關鍵在于獲得氨基酸高產菌株。現有的氨基酸高產菌株篩選方法如氨基酸類似物篩選法，存在毒性高、陽性率低及種類受限等問題，無法滿足篩選需求。因此，開發全新的氨基酸高產菌株篩選方法具有十分重要的科學意義和應用價值。
項目組通過增加序列中稀有密碼子的數量來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菌株的篩選提供了新系統，理論上可用于任何一種天然氨基酸高產菌株的篩選，同時也為氨基酸高產機制的發現提供了新思路，可用于氨基酸發酵生產中優良菌株的構建，進而推動氨基酸市場的增長，促進氨基酸在飼料、食品、醫藥等民生領域的應用。
目前，微生物細胞工廠的遺傳改造已經基本完成，正在進一步的改造。發酵生產的濃度、產率和速率都達到國際先進水平。進一步的提高正在研究進行中。
北京理工大學
2022-04-18
基于可再生生物分子的鋰離子全電池
作為當前應用最為廣泛的儲能器件之一，鋰離子電池受到廣泛關注。但是， 能源產業的發展與資源、環境息息相關，隨著電子社會的蓬勃發展，人們對鋰離子電池的需求量與日俱增，這勢必會導致以下兩個問題的產生：1）由于礦物資源的日益枯竭，其制造成本會不斷攀升；2）大量廢舊電子產品會對環境造成破壞。
大自然是人類最好的導師，其經歷了幾十億年的進化，萬物大都具有了最合理、最優化的宏觀、微觀結構和最佳的綜合性能，這些對科研問題的解決具有極強的啟發性。生物體內的能量代謝活動，往往伴隨著具有氧化還原活性的生物分子的化學轉變過程，并且具有良好的可逆性和生物相容性。將這種可從生物體內提取的生物分子應用于儲能活性材料，優點在于：1）可再生生物分子資源豐富， 有望降低材料成本；2）生物相容性好，可以通過多種途徑降解；3）結構多樣性， 可通過分子修飾調控相應性能。
北京航空航天大學
2022-03-22
面向生物醫學的微操作機器人系統
南開大學機器人與信息自動化研究所從1992年開始研制用于生物工程的微操作機器人系統，完成國內第一臺樣機，此后的系列樣機，均取得較好的應用效果。此項成果于1999年獲得國內最早的微操作機器人系統整體發明專利，并于2001年12月獲2000年度天津市技術發明一等獎，2003年3月獲2002年國家技術發明二等獎。近年來，針對我國在生命科學研究中對自動化精密儀器與設備的迫切需求，在已有研究成果的基礎上，機器人所致力于開發“面向批量細胞轉基因及克隆操作的顯微注射系統”，該系統具有顯微鏡全局視野
南開大學
2021-04-14
油田區域石油污染土壤的生物修復技術
1 成果簡介我國油氣田和石油煉化企業普遍存在原油落地污染土壤現象，據統計，我國石油污染土壤面積 500 萬公頃。這些土壤不僅不能使農作物很好生長，且代謝產物的毒害作用更是可以通過食物鏈傳遞給人類，從而危害人類的健康，極大地影響了我國的農業生產和生態環境。2 應用說明從 2001 年開始，清華大學就一直致力于石油污染土壤的生物修復技術上基礎理論和工程實施方面的研究；篩選出幾株高效石油烴降解菌株；開發了細菌-真菌協同強化修復技術；研發出一套高效的實際石油污染場地的生物修復工程實施方案，針對不同類型的石油污染土壤的生物治理展開了基礎理論研究，并將修復評估體系延伸到微生態角度，建立其標準。本項技術已獲得國家發明專利 9 項。并在中原油田實施了 170m2 的污染土壤生物治理小試和11 畝的實際石油污染土壤的中試的工程實施，使得 19 年寸草不生的污染場地恢復種植能力，種植作物為小麥，修復后耕地所種植的小麥能夠正常出苗和生長，其產量達到正常耕地種植水平，并經過國家糧油質量監督檢驗中心和農業部谷物品質監督檢驗測試中心兩家權威檢測機構檢測，其品質完全符合國家標準。 該項目專家鑒定意見為：“ 該項目開發的技術屬原始性創新，已申請國家發明專利 9 項，具有自主知識產權。建議組織好推廣應用，深入開展油污土地修復研究”。3 效益分析本項技術可以復耕我國大面積額的石油污染耕地，改善污染耕地的理化性質，從而徹底改變促進我國農業發展，并且解決了污染問題。由于污染造成的耕地污染，石油企業需向當地農民支付每畝每年賠償金 1300 元。 國際上目前修復成本在 1000~10000$/畝，本項技術的總修復成本在 1500~2050 元/畝， 工程實施開展 3 年內見效，本研究發展的油鹽污染土壤修復技術有很好的經濟性。圖 1 修復前 圖 2 修復后
清華大學
2021-04-13
藻類高附加值產物的生物煉制工藝研發
項目背景：細胞壁的高效和可控降解技術是藻類天然產物開 發中最關鍵的一步，常規技術難以有效破壁，且容易引起活性成 分的破壞。我公司前期已掌握從微藻中提取色素、蛋白質等多種 天然產物的生產工藝，結合下游微囊化技術，開發出幾十種基于 微藻的天然產物及其系列產品，受到國內外市場的廣泛認可。但 微藻細胞的高效和可控降解技術依然是生產中面臨的一個技術 難點。如何實現溫和破壁及細胞壁可控降解，是進一步提高天然 產物提取效率和收率、減少活性產物結構破壞的關鍵，也是本項 目擬重點解決的問題。
所需技術需求簡要描述：（1）開發能高效降解綠藻細胞壁的 酶，滿足工業化需求；結合現有技術使綠藻率達到 90%以上，綜 合能耗和化學試劑使用量分別降低 80%和 50%以上。（2）開發藻 類色素、功能性油脂級聯高效提取和精煉技術，使得色素提取效 率提高至 90%以上，總回收率達到 82%以上；水溶性多糖提取效 率 80%以上，多糖純度達到 55%以上。（3）開發全水溶性和高載 油量藻類活性產物微囊化制備技術。實現脂溶性色素油脂 100% 全水溶性微囊顆粒的制備，并提高顆粒載油量至 30%及以上。
對技術提供方的要求:1.國內高校實驗室，團隊帶頭人需具有博士學位及高級職稱。2.在藻類培養、天然產物提取及開發領 域具備研究經歷。
青島藻藍生物有限公司
2021-09-02
基于微生物調控的水體原位生態修復技術
氮、磷過度排放導致的水體富營養化成為全球水環境面臨的挑戰之一，特別是由此引發的藍藻爆發、水體生態功能喪失及飲用水資源危機成為各國政府亟待解決的關鍵問題。如何實現氮磷營養鹽的合理分配和調控，成為防止水體富營養化和構建完善的水體生態系統的核心和關鍵。
微生物活化設備照片
同濟大學環境科學與工程學院柴曉利教授團隊研發的水體微生物活化技術，突破了傳統旁通水處理工藝、水生動植物修復技術的不足，通過激活土著優勢菌種，使之快速增殖，打破原有水體微生態平衡，用水體本身容積代替傳統的有限生物反應器，大大增加微生物的增殖空間，充分發揮微生物對污染物的削減能力，改善生態系統賴以生存的透明度、營養鹽等不利條件，重組、完善水體微生態系統，恢復水體自凈能力，最終脫離人工干預回歸自然，具有重要的實際應用意義。
基于微生物調控的水體原位修復技術解決了地表水環境輕度污染水體（富營養化）治理的技術瓶頸，引領了低污染負荷飲用水水源地氮素污染控制技術的發展方向，具有重要的社會環境效益。目前該技術已經獲得相關授權專利11項，在全國十幾個省市30多個水生態修復工程項目中得到了推廣應用，累積項目合同額超過3億元。
同濟大學
2021-04-11
微脹床生物產品的分離和提純裝置
本項目涉及一種可用于生物醫藥產品的分離和純化的裝置和工藝。傳統的生物細胞液中有效成分的分離提純，需經過細胞液的離心、過濾澄清、有效成分捕捉 (固定床) 等工藝過程，工藝流程較長，耗材費用高等。有專家提出膨脹床工藝技術，即通過使用低度流態化的色譜柱床實現對含固體顆粒原料中活性組分的直接分離提取, 從而簡化前期離心、過濾澄清工藝，將傳統的離心、過濾、捕捉色譜合為一步, 縮短工藝路線, 降低生產成本。但膨脹床技術長期面臨的挑戰是流路堵塞, 清潔困難，分離效率低，二十多年來一直沒有得到廣泛應用。
基于膨脹床的原理, 本項目在此基礎上推出微脹床技術. 通過應用獨立于床層阻力的流體均布技術, 微脹床可達到比傳統膨脹床顯著高的分離板數, 動態載量和分離效率, 可直接處理細胞液或細胞裂解液，流路不堵并可完全在線清洗。 微脹床技術使膨脹床核心優勢得以實現，可顯著節省設備和耗品投入,縮短工藝路線, 降低生產成本。
微脹床技術關鍵為采用徑向輻射流體分布器及新穎流路控制模式，本技術可廣泛用于生物藥大分子產品從細胞液或細胞裂解液中高效快速提取和純化.具體應用包括:單克隆抗體從細胞培養液中的提取, 重組人血白蛋白從酵母細胞液中的提取,乳鐵蛋白從牛奶中的提取,以及抗生素的分離純化等。
華東理工大學
2021-04-13
生物質及城市有機廢物的高效、清潔發電技術
項目研究的背景及用途：本項目的出發點是將我國大量的生物質及城市有機廢物資源(如農作物廢棄物、林業廢棄物、城市垃圾中豐富的有機物、造紙造漿中的廢物、酒精生產廠的廢液廢渣、動物糞便、食品加工中的廢棄物、家庭中有機垃圾、草類廢棄物，產量約每年 30 億噸)高效轉化為清潔的電力。我國當前的生物質及城市有機廢物資源沒有得到合理的利用。利用生物質作為能源，不僅僅是解決了長期的能源供給問題，更重要的是大大緩解了環境保護的壓力。本項目的技術路線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有的燃煤發電廠。此外，高效、清潔的氣化發電技術可以克服現有的城市垃圾處理處置方式的缺點。與現有垃圾焚燒爐技術相比，本項目的技術路線具有以下優點:
(1)發電效率高;
(2)炭轉化率高、能量利用率高;
(3)排放的二次污染物少;
(4)初投資和遠行費用低。
本項目的目的是有效地利用生物質及城市有機廢物，通過流化床氣化的方式將其轉變為電力。確保生產電力的成本可以與現有的燃煤電廠競爭，同時確保生產過程符合環境友好性要求，沒有明顯的二次污染。成果水平及主要技術指標:本技術水平處于國內領先水平,在國際上也是領先的。目前正在申報發明專利 2 項。所需廠房占地面積:需要穩定的生物質或生活垃圾原料供應(年需要量為8000 噸左右);設備相對比較簡單，但需要由相關的廠家定制生廠;廠房面積約為15000～20000 平方米;投資規模在 500 萬左右。
市場分析及效益預測：本項目的市場前景很大。以天津市為例，天津市每年約有 600 萬噸生物質資源，可發出功率為 90～100 萬千瓦的電。若考慮大量種植能源作物，則可以發出更多的電，而且隨著發電規模的擴大，可以顯著降低成本。如果單座發電廠的規模在 2000～4000 kW，該發電成本與燃煤電廠相當。為天津市大量的生物質廢物找到一條合理的利用途徑，同時解決了因城市有機垃圾堆置而帶來的環境污染問題。以 2000 千瓦的發電能力為例，投資回收期為 2.2 年，年盈利為 220 萬左右。
天津大學
2021-04-11
高性能生物基光固化樹脂的制備技術
以生物基原料生產環境友好的化工產品是人類實現可持續發展的必由之路， 生物基涂層材料的研究已經成為全球涂料科學技術領域的研究前沿。傳統的生物基光固化樹脂玻璃化轉變溫度偏低，力學性能較差，影響了其應用推廣。團隊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脂開展研究，通過化學結構的設計，在提升生物基光固化樹脂性能的同時保證了其較高的生物基含量。目前團隊所研發的生物基光固化樹脂具有較高的生物基含量和雙鍵轉換率，其固化膜的熱穩定性及硬度、彈性模量、抗沖擊性等性能與常用商業石油基光固化樹脂相當，產業化前景廣闊。
江南大學
2021-04-13