生物健康研究部
重要进展一：芬顿试剂预酶解强化汽爆秸秆高固酶解过程
纤维素酶制剂用量大是造成木质纤维素酶解单元成本高的主要因素之一，已成为难以攻克的经济性技术难题。木质纤维素的酶解过程不仅需要纤维素的酶解作用，非产糖的氧化作用被证明也是木质纤维素降解的重要过程之一。在纤维素酶制剂添加单加氧酶等已取得优异效果，但单加氧酶价格非常昂贵，不利于纤维素酶成本的降低。但是，采用廉价的化学氧化剂复配于纤维素酶中进行协同降解则有望实现对底物氧化的同时降低用酶成本目的。在本研究中，将芬顿试剂用于汽爆秸秆的酶解过程以强化汽爆秸秆的高固酶解过程。结果表明，利用芬顿试剂进行预酶解可以有效促进汽爆秸秆的高固酶解过程,初步可以提高10.54%的酶解效率?？疾炝朔叶偈约恋呐浔?、预酶解温度因素等对酶解促进效率的影响规律。通过机理性探究发现，芬顿试剂预酶解可以促进高固酶解过程中基质水分的释放并提高底物的比表面积。通过水分状态分析表明汽爆秸秆经过芬顿试剂预酶解可以促进束缚水的释放。比表面积分析表明，通过芬顿试剂预酶解后相比较空白实验组比表面积提高了51.09%。在22%的固形物条件下利用芬顿试剂预酶解后可使用5 FPU/g用酶量完成了高效酶解，同比用酶量降低了76.19%。针对与汽爆秸秆的乙醇过程进行经济建模，根据经济拟合结果发现，利用芬顿试剂预降解手段可以降低原料成本的51.8%和并使得每吨的乙醇生产成本降低至实现26.72%的吨乙醇生产成本的降低，证明是一种非常有经济优势的促酶解手段。
图1 芬顿试剂降低乙醇生产成本
重要进展二： 二氧化碳高效合成可降解塑料聚羟基脂肪酸酯菌株构建
利用CO2替代糖基原料发酵生产可降解塑料，可减少温室气体排放，?；ど肪?，已引起社会各界的广泛重视。罗氏真养菌通过化能自养方式固定CO2，并在体内大量合成可降解塑料聚羟基脂肪酸酯（PHA）。该菌化能自养发酵过程以氢、CO2和氧为底物，为了实现安全发酵，须降低混合气中氧气含量。项目组在研究低氧条件下罗氏真养杆菌合成PHA的代谢机制的此基础上，通过膜结合氢化酶信号肽基因与血红蛋白酶基因VHb融合表达，提高呼吸代谢效率；同时，敲除了副产物乳酸、乙酸和乙醛酸合成关键基因ldh, ackA2, iclA和iclB，构建了适合限氧条件高效发酵PHA的菌株，为利用CO2发酵生产PHA提供了有效菌种。
图2 二氧化碳合成聚羟基脂肪酸酯菌株的构建
重要进展三： 特色沙生植物健康产品关键技术研究及应用
从沙产业发展促进生态治理思路出发，以阿拉善干旱荒漠地区特色植物资源（肉苁蓉、黑果枸杞、锁阳、沙米等）为研究对象，针对沙生植物含糖量高、加工过程干燥时间长、活性物质容易被破坏、资源利用率低等问题，通过分析其营养及特征性活性成分，考察其提取、分离过程的传质规律，开发了以下技术：
（1）超高压低温射流提取技术，提高了提取率、降低了提取成本。
（2）防粘壁高效减压浓缩技术，解决了业界传统浓缩粘壁问题。
（3）真空脉动超声干燥技术，解决了粘性多糖干燥时间长、颜色褐变严重问题。
该成果在研制相关设备的同时，建立了生物功效成分产业化生产工艺路线，并开发出6款沙生植物健康产品，建立了产品质控体系，促进了农牧民就业，实现了干旱荒漠区的可持续发展。
图3 肉苁蓉功能性组分示范生产线（处理原料≥30吨/年）