本实验室成功筛选得到1株花青素产生菌株CJ6，为国际首创。对其生长、代谢规律、提取工艺等进行了研究。成果与技术具有创新性，在化妆品、保健品、色彩产品等领域，市场应用前景广阔。 一、项目分类 关键核心技术突破 二、技术分析 花青素是植物花朵和果实等呈现红色或紫色的重要色素，是人体必不可少的重要营养成分。它具有抗氧化、抗突变、预防心脑血管疾病、保护肝脏、抑制肿瘤细胞发生、保护视力、修复肌肤、增强记忆力、抗衰老等多种保健功能，各种富含花青素食品和产品备受关注。 然而，由于植物生长具有周期性，用植物生产花青素，受到季节、环境和植被资源等多重因素限制，而利用微生物生产花青素具有高效、低耗，可一年四季生产等优势。然而，目前有关利用微生物菌株生产花青素的研究和应用国内外尚没有报道。 本实验室成功筛选得到1株花青素产生菌株CJ6，为国际首创。对其生长、代谢规律、提取工艺等进行了研究。成果与技术具有创新性，在化妆品、保健品、色彩产品等领域，市场应用前景广阔。

项目现状：我科参与国内多种肠内营养制剂的研究及临床应用效果观察，积累了丰富的经验。现已独立完成“卡力素”肠内营养制剂的基础研发、动物实验并应用于创伤病人进行临床效果观察，实验表明该制剂能有效改善创伤患者蛋白质营养状况和免疫功能。目前，尚有待于将该产品产业化生产，并进行市场推广。 项目创新：将食品工程与临床营养学等学科进行交叉和优势集成实现肠内营养制剂的生产技术和应用方面的创新，生产出更易于被机体吸收利用的肠内营养制剂，并以此作为能量及优质氮源的来源，以改善机体营养状况。另外，目前我国尚无医用食品管理法规，通过本项目的研究，为形成我国医用食品标准提供基础数据，并建立相关的医用食品质量标准。

灵芝在我国已有悠久的药用历史，灵芝在中国和其他东南亚国家作为一种草药被广泛用于医药临床，防治多种疾病，如高血压、支气管炎、神经衰弱、肝病、肿瘤疾病、免疫系统疾病等。灵芝具有抑制肿瘤和增强免疫力的功效，且无毒副作用。此外，也应用于保健食品，作为重要的原料之一。灵芝孢子( Ganoderma lucidium spore )是灵芝生长成熟期从菌盖弹射出来极其细小的孢子，生物学上称担孢子，为灵芝的生殖细胞，具有灵芝的全部遗传活性物质，其药用价值也正日益受到重视。灵芝孢子集中起来后呈末状，通称灵芝孢子粉，灵芝孢子粉比灵芝子实体具有更强更全面的作用，它是灵芝的精华部分，具有抑制肿瘤细胞生长，调节、提高人体免疫力，降低胆固醇，提高肌体耐缺氧能力等功能。灵芝孢子粉在增强免疫，抑制肿瘤的药效方面远远超过其母体灵芝。我们开发破壁灵芝孢子维生素C胶囊成功解决了破壁灵芝孢子粉易氧化的业界难题。维生素C作为一种营养补充剂具有增强肌体免疫力，降低血胆固醇作用。同时，维生素C又是一种天然抗氧化剂，通过自身与氧自由基结合防止其它成分的氧化。另外，产品在在生产工艺上也具有独特性：待灵芝孢子破壁后，采用独特的生物涂膜工艺将维生素C喷涂在孢子粉表面形成包裹。灵芝孢子中的功效成份因得到抗氧化涂层的保护而完好无损。

本项目成功地攻克了纤维素乙醇技术中的主要“瓶颈”问题：将原料和预处理成本转移到了高附加值产品中；就地生产了廉价的纤维素酶；避开了戊糖乙醇转化率低难题，同步酶解发酵生产了乙醇；结合提取木素生产生物材料技术的开发，形成了完整的木质纤维素材料生物炼制生产液体燃料和高值化学品的集成创新技术，率先进入了产业化进程。本技术可带动秸秆类生物资源的高效利用，为逐步形成能部分替代石化产业的生物质炼制产业，促进人类社会的可持续发展奠定基础。

①采用有氧、微氧、厌氧集成发酵技术多阶段培养，实现了增加菌体生长密度和菌体活力的分阶段发酵过程模型，将多抗菌素效价在1800μg/mL的基础上提高30%，达到2300μg/mL；②团队针对链霉菌属菌丝体在发酵时发酵液粘度高、不易提取分离的培养特性，设计开发新型搅拌生物反应器和生产工艺，研究反应分离耦合技术在多抗菌素发酵过程的应用，并在1000L发酵罐中生产，成功实现发酵与分离同步。 【技术特点】：技术简化操作步骤，减少环境污染，降低生产成本40%以上； 【技术指标】：采用有氧、微氧、厌氧集成发酵技术多阶段培养，实现了增加菌体生长密度和菌体活力的分阶段发酵过程模型，将多抗菌素效价在1800μg/mL的基础上提高30%，达到2300μg/mL；该技术简化操作步骤，减少环境污染，降低生产成本40%以上

近年来，随着绿色经济概念的提出和人们环保意识的增强，生物基材料的研究和应用受到了广泛的关注。张胜文团队以纤维素为基体，成功制备了纤维素/CeO2 复合材料，并通过简单热压贴合的方法制备了 PMMA/纤维素/CeO2 复合材料。其中，CeO2 纳米粒子以 20nm 的尺寸较均匀的分布在纤维素基体中，且复合材料在 550nm 处的可见光透过率达 75%，在 330nm 处紫外光阻隔率高达 99%，在户外紫外线的防护领域有较好的应用前景。 关键技术 1、通过碱脲体系制备了再生纤维素膜； 2、通过一步酸解法制备了羧基化纳米纤维素； 3、通过原位合成的方法制备了纤维素/CeO2 复合材料。 获得成果 1、发表学术论文一篇 2、申请专利一项

抗生素能有效防治动物疾病并促进生长，在畜牧业、养蜂业等领域被大量使用。而超过规定的滥用会造成抗生素在动物源性食品及环境中积累，对人体健康和环境安全产生危害。抗生素传统检测方法比如微生物检测、HPLC 等理化分析不仅灵敏度低，而且不能满足对食品和水源等抗生素含量的现场检测。目前市场上有一些基于抗体的抗生素检测试剂，但抗体种类有限，质量良莠不齐。核酸适配体本质上以单链 DNA 为主，不仅能特异性识别抗生素，而且具有亲和力高、温度稳定性好、成本低、质量高度稳定等特性，有望取代抗体在抗生素快检试剂中充当靶分子识别元件。 本实验室长期以来致力于抗生素特异性适配体的筛选和优化，已获得一批能高特异性高亲和力结合抗生素的适配体序列。利用这些适配体研制了抗生素快速检测试纸。以卡那霉素为例，利用卡那霉素特异性适配体修饰的金纳米粒子(AuNPs-apt)作为探针，与适配体互补的寡核苷酸 DNA1 修饰的银纳米粒子(AgNPs-DNA1)作为信号放大元件，设计制备的试纸能够在 10 min 之内完成检测，利用肉眼辨别的检测限可达到 35 nmol/L，远低于欧盟规定乳制品中卡那霉素含量不得超过 150 μg/kg (约 265 nmol/L)。若采用胶体金读数仪，不仅可实现定量测定，检测限更可达到 80 pmol/L。对于蜂蜜等成分相对简单的样品，可直接用试纸进行测定。对于牛奶、奶粉、肉类等成分较复杂或非液态样品，须经简单样品处理后测定。样品处理过程可采用标准化流程，时间小于 30 min。

强度和韧性的“倒置关系”是材料研究领域长期存在的难题。大量的实验表明，随着金属材料内部晶粒尺寸的降低，在强度获得提升的同时，韧性将大打折扣。目前，广泛采用的高强材料韧化策略有：（1）改变组分，通过引入和调整材料的多种主要元素，同时激活多种塑性变形机制，高熵合金材料就是采用这种思路；（2）改变微结构，在材料内部引入一种或多种梯度分布的微结构，避免由于特征长度突变带来的性能突变，有效克服金属材料强度和韧性的失配问题，这种材料被称为梯度纳米结构材料。 图1 梯度结构金属材料的类型（摘自：李毅，梯度结构金属材料研究进展，中国材料进展，2016, 35: 658-665）人工制备的梯度纳米金属结构主要包括以下几种：梯度晶粒，梯度位错，梯度孪晶，梯度固溶物，梯度相，以及包含两种以上的梯度混合结构。在已经发展成熟的金属材料内部引入梯度纳米结构，可以进一步提高其强韧性匹配能力。例如，通过表面研磨处理（SMAT）在孪晶诱发塑性（TWIP）钢表面引入大量的塑性变形，使其表面晶粒细化，随着深度的增加，晶粒细化的程度逐渐降低，同时塑性变形也会导致位错演化和孪晶的产生，因此在TWIP钢内部形成了包含梯度晶粒，梯度位错和梯度孪晶的梯度混合结构。这种梯度纳米结构TWIP钢的强度可以提升50%，断裂应变仅从60%下降到52%，具有更高的强韧性匹配能力。目前，关于梯度纳米结构TWIP钢的研究集中于实验，反映物理机制的本构模型研究还鲜见报道。西南交通大学力学与工程学院张旭教授与德国马普钢铁所、中国钢铁研究总院等机构开展合作，指导博士生陆晓翀发展出考虑位错滑移和变形孪晶等物理机制的微结构尺寸相关晶体塑性本构模型。依托DAMASK平台将该模型移植有限元，并对梯度纳米结构TWIP钢的单轴拉伸变形行为展开模拟，揭示了其微结构演化与宏观性能之间的关系，量化了不同梯度结构对材料强韧性的贡献。相关研究工作已在金属材料与固体力学交叉领域顶级期刊《International Journal of Plasticity》上在线发表，论文题目为Crystal plasticity finite element analysis of gradient nanostructured TWIP steel。 论文链接： https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2020.102703作者首先使用不同晶粒尺寸Fe-15Mn-2Al-2Si-0.7C (wt.%) TWIP钢的单拉实验数据验证该模型的合理性，结果表明该模型对不同尺寸下的应力应变响应和应变强化行为都可以较好地描述，特别是细晶TWIP钢硬化率曲线中的up-turn效应。通过对内变量演化的分析及对比性模拟，作者发现这种up-turn效应源自于细晶中显著的背应力。 图2 对比不同晶粒尺寸TWIP钢的单拉实验和模拟结果由于梯度纳米结构TWIP钢的微结构十分复杂，晶粒数目众多，通过采用三维均匀化方法，建立了宏观试样尺寸的有限元模型。通过对每层单元赋予不同的晶粒尺寸，初始位错密度和孪晶体积分数，离散地描述材料内部微结构的梯度分布，并通过梯度网格划分方法进一步减少单元数目。对于材料表层微结构变化剧烈的区域，采用密度较高的网格，以保证更加精确地描述微结构的梯度变化。 图3三维均匀化方法示意图作者利用发展的晶体塑性模型，对均匀和梯度纳米结构的Fe-10Mn-0.5C-3Ni (wt.%) TWIP钢的单拉变形行为进行模拟。结果表明，在合理描述均匀结构TWIP钢应力-应变响应的基础上，通过引入微结构的梯度分布，无需修改任何参数就可以较好地描述梯度纳米结构TWIP钢的单拉力学行为。通过对比变形云图，作者发现均匀和梯度纳米结构TWIP钢的表面都会变的粗糙不平，但梯度纳米结构的表面粗糙度更加明显，产生的应变局域化形成了两个凹陷区，且凹陷区在垂直于平面方向也会发生收缩。随着深度的增加，收缩程度逐渐降低。通过对比性模拟，作者发现表面凹陷区的出现就是梯度纳米结构TWIP钢韧性略微下降的原因。而应变局域化的产生与表面纳米层晶粒的应变强化能力有关，提高表面纳米晶的硬化能力，就可以抑制表面凹陷区的出现和韧性的下降。此外，作者通过分析不同层位错密度的演化，进一步证实了上述观点。作者还通过对比性模拟量化了不同梯度结构对材料强韧性的贡献。结果表明：强度的提升源于梯度位错结构，梯度晶粒和梯度孪晶结构有助于保持材料的应变强化能力。 图4 均匀结构和梯度纳米结构TWIP钢的模拟结果对比分析。

乙二醇和丙二醇等化工二元醇主要用于聚酯树脂、防冻液以及粘合剂、油漆溶剂、耐寒润 滑剂和表面活性剂等的生产。目前绝大多数的化工二元醇是通过氢化裂解石油基底物或粮食基 葡萄糖得到的，面临着化石原料的日益枯竭和粮食安全等重大战略问题。利用丰富的、开再生 的农作物秸秆生产乙二醇和丙二醇等化工二元醇，是木质纤维素生物炼制的重要方向。本技术 的产业化实施将对传统农业的可持续发展和产业更新换代具有重大的提升作用，并大幅减少因 秸秆焚烧带来的雾霾等大气污染因素。然而，高额生产成本严重阻碍了本技术的产业化进程。 秸秆化工醇的生产成本具体表现在过程的高能耗和高废水排放上。 本项目的农作物秸秆原料生产乙二醇和丙二醇等化工二元醇成套技术采用华东理工大学研 发的干法生物炼制技术。该技术主要包括干法稀酸预处理、高固体含量酶促糖化和秸秆糖连续 加氢裂解等主要工序。其中，干法稀酸预处理技术使用新型的螺带搅拌式预处理反应器，实现 了过程零废水排放，新鲜水和蒸汽用量比典型的预处理技术降低80%以上；高固体含量酶促糖 化技术则通过自主研发的螺带型反应器处理固含量达20%以上的秸秆底物酶解，可得到糖浓度 高于10%的秸秆糖化液；秸秆糖连续加氢裂解技术则实现了化工二元醇生产过程的连续化和催 化剂的循环利用。通过该成套技术可以得到不低于20%（w/w）浓度化工二元醇的裂解液，纤 维素转化率达75%以上。本技术的实施将会大大降低纤维素化工醇的生产成本，为纤维素化工 醇的产业化奠定基础