新型生物柴油管式反应系统，以新型ZrO2多晶泡沫陶瓷作为催化剂，具有反应时间短、转化效率高、原料来源广泛，催化剂可重复利用，反应过程中不需要水洗、中和操作，减少原料预处理且没有工业三废产生等特点。十分适合催化加氢、酯交换、脱羧、裂化以及异构化等反应。 该系统以废弃油脂为原料对其工艺特性等指标进行了验证，成功实现了废弃油脂向生物柴油的转化。目前，已经连续运行1年，各项指标均达到了设计要求。高技术申请专利14项。

由于2,3-丁二醇结构较为复杂，化学合成2,3丁二醇成本较高，而不像1,4－丁二醇用乙炔合成那样具有成熟简单的工艺，所以一直很难实现大工业化生产。用生物法来制备2,3丁二醇既符合绿色化工的要求，又可避免化学合成的困难，受到了广泛的关注。 本项目从2,3－丁二醇生物合成途径和整体代谢调控网络着手，在系统分析粘质沙雷氏菌（Serratia marcescens）细胞代谢网络的基础上，运用代分子生物学技术合理修饰细胞代谢途径，使整体代谢网络与中心代谢有机结合，提高代谢途径的物质定向流量，提高2,3－丁二醇的生物合成量，最后根据基因工程菌株的细胞特点，确定了大规模发酵生产2,3－丁二醇新型工业化发酵调控策略。 我们通过基因改造、培养基及调控策略的优化，目前发酵水平BD的产量达到130g/L，达到国际先进水平。同时我们采取萃取/高真空精细分馏的分离方法已获得了纯度达95%结构为内消旋的2,3-丁二醇。该项目?00?年获国家科技部“863”产品导向课题资助。

本产品和技术依据细胞代谢流在线检测与计算分析原理，配置上除常规的温度、搅拌转 速、消泡、pH、溶解氧浓度 (DO) 等测量控制以外，还增添了发酵液真实体积、高精度补料量 (如基质、前体、油、酸碱物) 测量与控制，高精度通气流量与罐压电信号测量与控制，并与尾 气CO2和O2分析仪或质谱仪连接。可精确得到发酵过程计算机参数优化与放大所必需的包括 各种代谢流特征或工程特征的间接参数，如摄氧率 (OUR) 、二氧化碳释放率 (CER) 、呼吸商 (RQ) 、体积氧传递系数 (KLa) 、比生长速率 (µ) 等。广泛应用于生物制药 (传统生物制药和现 代基因工程制药) 、食品轻工发酵、农业生物 (微生物饲料、微生物农药、微生物肥料和动物 疫苗) 、新兴生物能源和石化环保等行业工业化工程项目的系统设计和全面技术实施。带动了 多个行业技术进步。

在抗生素（头孢类、硫酸连杆菌类、青霉素类、红霉素类等）、有机酸（赖氨酸、谷氨酸、L-乳酸柠檬酸、核苷酸等）、酶制剂（植酸梅等）以及其它医药和食用产品的生产中，采用陶瓷膜超滤技术替代板框、转鼓、离心、硅藻土等传统过滤工艺进行发酵液的菌体和大分子脱除，有以下突出优点：

一、技术(成果)简介 本项目针对当前我国城镇普遍存在的有机固体废弃物的无害化处理展开，重点通过开发一种微生物发酵接种剂，开展城市污泥、农村畜禽粪便的好氧堆肥快速生物处理，这对于保障生态环境，推动有机固体废弃物的资源化利用以及大批生物有机肥企业的发展，有着重要的意义。 项目已通过教育部科技成果鉴定，获得国家发明专利，主要技术成果包括： 1、完成了7种不同功能微生物菌株的筛选与驯化，首次构建并研制成功稳定的堆肥接种剂优化组合，

一、成果简介 本项目针对当前我国城乡大量存在的市镇污泥，采用环境生物技术，开展好氧堆肥发酵快速处理，实现废物的循环利用，对于保障生态环境，推动有机固体污泥的资源化利用以及生物有机肥企业的发展，有着重要的意义。项目解决了传统污泥堆肥中堆肥时间长、养分损失大、臭味控制难以及规模化工业化生产水平落后等问题，堆肥周期从已往的35-45天缩短到10-15天，堆肥养分损失减少了30%以上，堆肥臭味得到明显控制，有关成果已授权专利4项，达到国际先进水平。

1.发酵液的澄清过滤技术 在抗生素（头孢类、硫酸连杆菌类、青霉素类、红霉素类等）、有机酸（赖氨酸、谷氨酸、L-乳酸柠檬酸、核苷酸等）、酶制剂（植酸梅等）以及其它医药和食用产品的生产中，采用陶瓷膜超滤技术替代板框、转鼓、离心、硅藻土等传统过滤工艺进行发酵液的菌体和大分子脱除，有以下突出优点： »高效成分收率高，比采用传统过滤方式提高5-12％； »分离精度高，透过液杂质含量少、澄清透明，减轻后续处理难度； »浓缩倍数高，大大降低水使用量，废水排放量少； »连续工作时间长，再生简单高效，费用是有机膜的1/5-1/10； »膜元件使用寿命长，是有机膜的3-10倍； »配套的纳滤浓缩，形成膜集成系统。 陶瓷膜在发酵工业中已成功应用，并取得了开创性的成果： »建立了膜污染形成的动力学方程，解决了膜污染问题，开发出专用的膜清洗再生方法； »有效解决了目标产物的降解和失活问题； »通过改变常规物料洗水方式，有效提高了膜的渗透通量和抗污染性，减少了洗水用量，提高了目标产物的收率；正是这些问题的解决，实现了陶瓷膜在生物发酵行业的规模应用。 2.氨基酸生产中的应用技术 在谷氨酸发酵液除菌中的应用： 采用陶瓷膜进行谷氨酸发酵液的除菌，不仅可以回收蛋白，而且可以显著降低离交过程的洗水量，同时降低污水处理负荷。将陶瓷膜应用于谷氨酸发酵液除菌过程，可实现除菌、洗菌、浓缩过程连续化操作。 乳酸生产中的应用： 目前，已经开展了将陶瓷膜应用于乳酸工业生产的技术研究和市场推广工作。陶瓷膜技术与活性炭吸附技术集成应用于乳酸工业生产中，能起到克服传统乳酸生产工艺中的流程长、处理难度大、能耗高、成本高、产品纯度低等缺陷，对提高产品竞争力将有重要的意义。 甘氨酸净化中的应用： 甘氨酸又名氨基乙酸，溶于水，微溶于乙醇，是食品、医药、化工等重要原料之一。采用陶瓷膜分离技术去除工业级甘氨酸中的微量悬浮杂质，以得到食品级、医药级甘氨酸产品。 该技术已实现了工业化应用，工业化装置为两套各8 m2的陶瓷微滤膜设备，用于甘氨酸净化过程中粉末活性炭的去除，年处理3000吨甘氨酸，目前该装置已稳定运行一年，平均通量800 l•m-2•h-1；膜再生方便，清洗周期约1个月，采用纯水冲洗即可，同时清洗后水还可用于生产过程中。采用陶瓷膜微滤净化后，甘氨酸产品经高倍显微镜检测未发现残余活性炭粒子，完全满足了出口的质量要求。 3.中药生产及植物提取技术 传统中制药剂采用水提醇沉加蒸发工艺，周期长、建设成本高、能耗大、收率低、操作环境差、环境污染严重、三废治理成本高。 用无机陶瓷膜对中药水提液进行澄清处理有显著优点：水提液无须冷却可直接过滤，减少生产环节，膜的再生方便；除菌彻底，膜本身可直接高温灭菌；无论中药水提液性质如何，对膜本身没有影响；对中药有效成份基本无截留等。 陶瓷膜用于中药生产和植物提取的显著特点： ▲降低防爆等级，基础建设和生产线投资费用少，利于安全生产； ▲减少工序，缩短生产周期； ▲节省溶媒，降低原料成本和治污成本； ▲有效成分降解和流失少，色素等不增加； ▲能同时去除悬浮颗粒，菌体、鞣质、淀粉、胶体、蛋白、部分色素等大分子，澄明度高； ▲膜元件寿命长、再生简便费用低，操作过程稳定，产品质量能得到充分保证； ▲配套纳滤浓缩，形成膜集成系统。

我国每年农林固废、城市厨余垃圾等生物质固废中近 60%被焚烧 或随意处置，严重污染环境，也是造成雾霾的重要原因之一。南开大 学生物质资源化工程中心多年来致力于以生物质固废为原料生产有 机肥系列技术的研究应用，获得了高效降解木质纤维素、淀粉、蛋白 质、油脂等的细菌、放线菌和真菌，构建了微生物菌种库和系列化菌 剂；开发了可在 5-15 天内将生物质固废转化为有机肥料和富含有益 微生物的生物有机肥生产工艺及系列化产品；自主设计研发了以布尔玛金式搅拌装置为基础的微生物发酵装置，开发了系列化的微生物好 氧/厌氧发酵装置。 本项目已申请国家专利 50 项，其中授权发明专利 10 项、实用新 型专利 5 项；代表性 SCI 论文 5 篇，出版专译著 7 部；本项目有关技 术已被深圳芭田公司、天津百利阳光公司应用，近三年产生了显著的 经济、社会和环境效益；本项目已获得 2017 年中国产学研合作创新 成果一等奖。

结合文献调研和数据库检索，选择 L-氨基酸脱氨酶在大肠杆菌中进行异源表达，对菌株进行发酵条件优化和转化条件优化，并对野生型 L-氨基酸脱氨酶进行蛋白质工程改造，一定程度上减轻了产物抑制作用，产量和转化率都有所提高。主要技术指标：湿菌体 15g/L，底物 L-缬氨酸 100 g/L，α-酮异戊酸产量为 95.6 g/L，转化率为 96.4%。 关键技术 (1)以大肠杆菌为宿主，生长快，周期短，催化效率高； (2)对野生型 L-氨基酸脱氨酶进行蛋白质工程改造，一定程度上减轻了产物抑制作用，产量和转化率都有所提高； (3)微生物转化具有专一性强、条件温和的优点，该法绿色、环保、可持续，具有经济竞争力，有很好的产业应用前景。 

谷氨酸脱羧酶(glutamate decarboxylase , GAD)能专一地催化 L-谷氨酸裂解为γ-氨基丁酸和 CO2 的作用，以发酵培养的全细胞或酶液作为催化剂转化生产γ-氨基丁酸，所需设备简单，条件容易控制，转化体系杂质含量少，收率高，环境友好。本技术方法通过蛋白质工程改造和基因工程手段构建了高产谷氨酸脱 羧酶的突变株，经培养后，转化体系中添加湿菌体 10 g/L，以分批补料添加谷氨酸，转化 7 h，γ-氨基丁酸产量为 425.0 g/L，摩尔转化率达到 98%，γ-氨基丁酸生产强度达到 60.7 g/(L•h)。 关键技术 (1) 以大肠杆菌为宿主，生长快，周期短，催化效率高； (2)以廉价的富马酸为底物生产高附加值β-丙氨酸，成本低，收益高； (3)微生物转化具有专一性强、条件温和的优点，该法绿色、环保、可持续， 具有经济竞争力，有很好的产业应用前景