全鏈條技術(shù)創(chuàng)新，助力企業(yè)綠色“智造”
——記2018年工博會參展項目“黑曲霉細胞工廠氧代謝全局調(diào)控葡萄糖酸鈉高效生產(chǎn)新技術(shù)”

葡萄糖酸鈉是一種多羥基羧酸鈉，具備較好的緩凝效果和極好的呈味性。可以在建筑、紡織印染和金屬表面處理以及水處理等行業(yè)作高效螯合劑、鋼鐵表面清洗劑、玻瓶清洗劑、電鍍工業(yè)鋁氧著色等。另外，葡萄糖酸鈉作為一種緩凝劑能增加混凝土的可塑性。

所以，葡萄糖酸鈉的市場需求量極大。據(jù)粗略統(tǒng)計，全球需求量現(xiàn)在在100萬t以上，并且還在以5%～8%速率增長，中國已成為世界第一大葡萄糖酸鈉生產(chǎn)國，2017年總產(chǎn)能達50萬t/a。不過，與此同時，也要看到，葡萄糖酸鈉生物制造過程中存在的能耗高、轉(zhuǎn)化率低、產(chǎn)能低等問題，已經(jīng)極大地限制了企業(yè)的大規(guī)模高效生產(chǎn)。

正是針對這一瓶頸，華東理工大學儲炬教授領(lǐng)銜的“黑曲霉細胞工廠氧代謝全局調(diào)控葡萄糖酸鈉高效生產(chǎn)新技術(shù)”項目聚焦關(guān)鍵技術(shù)問題，歷時近10年，突破性地找到了工業(yè)發(fā)酵的關(guān)鍵限制性因素——設(shè)備供氧、細胞耗氧和生產(chǎn)能力之間的不平衡，形成了具有完整自主知識產(chǎn)權(quán)的、上游－中游－下游全鏈條關(guān)鍵技術(shù)體系。

菌種－發(fā)酵－分離－資源化利用全鏈條關(guān)鍵技術(shù)主要由四大“法寶”組成——基于高通量篩選和恒化培養(yǎng)定向進化相結(jié)合的高性能生產(chǎn)菌高效選育技術(shù)、基于先進傳感分析的發(fā)酵過程關(guān)鍵指標參數(shù)實時在線監(jiān)測技術(shù)、基于黑曲霉細胞工廠氧代謝全局調(diào)控的高效發(fā)酵技術(shù)、優(yōu)化清潔分離提取技術(shù)及廢渣資源化利用技術(shù)。而儲炬教授團隊能夠讓合作企業(yè)成為國內(nèi)甚至國際葡萄糖酸鈉綠色生物制造領(lǐng)域領(lǐng)頭羊的秘訣，也正在于此。從對源頭的菌種篩選，到對發(fā)酵生產(chǎn)過程的全控制，再到末端“三廢”的清潔優(yōu)化，有力促進了葡萄糖酸鈉的粗放型傳統(tǒng)制造向高端、智能、綠色制造方向發(fā)展，推動了有機酸行業(yè)的技術(shù)進步，也為中國由生物制造大國向生物制造強國作出一定的貢獻。據(jù)介紹，該項技術(shù)的開發(fā)和系統(tǒng)優(yōu)化，已使得團隊的合作企業(yè)+山東福洋生物科技股份有限公司的發(fā)酵產(chǎn)能提高至15萬t/a，國內(nèi)市場占有率從不到10%提高到30%，發(fā)酵成本較行業(yè)平均低5%～10%，躍居世界行業(yè)龍頭企業(yè)之列。

與國內(nèi)外同類研究技術(shù)相比，該項目技術(shù)體系系統(tǒng)完善，創(chuàng)新點突出，研究成果成功推廣應用到工業(yè)生產(chǎn)。2015—2017年，已經(jīng)幫助企業(yè)合計實現(xiàn)新增產(chǎn)值17．3億元，新增利稅1．37億元，同時COD減排1480 t，減少蒸汽和電量消耗30%以上，降低CO2排放45%以上，具有顯著經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益。此外，團隊成員也就本項目發(fā)表研究論文28篇，申請發(fā)明專利6項，獲授權(quán)發(fā)明專利8項、授權(quán)軟件著作權(quán)2項。