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饲料用氨基酸的高效微生物制造
全球氨基酸市场需求增长势头强劲，年均增长5.6%以上。2017年，全球年产量已达850万吨，总销售额超百亿美元。目前，氨基酸的生产主要有三种方法，包括微生物发酵法、化学合成法和酶法水解法等。其中，微生物发酵法因其产能高、成本低等优势，作为最主要的方法，生产了全球总产量85%以上的氨基酸。为应对不断升级的市场需求，氨基酸发酵企业亟需提高发酵产量和拓展氨基酸品种，而关键在于获得氨基酸高产菌株。现有的氨基酸高产菌株筛选方法如氨基酸类似物筛选法，存在毒性高、阳性率低及种类受限等问题，无法满足筛选需求。因此，开发全新的氨基酸高产菌株筛选方法具有十分重要的科学意义和应用价值。
项目组通过增加序列中稀有密码子的数量来提高蛋白翻译所需氨基酸浓度的“门槛值”，利用必需基因和颜色蛋白编码基因，建立了氨基酸高产菌株的选择和筛选体系，并证明了该方法在大肠杆菌和谷氨酸棒状杆菌中的可行性。本研究为氨基酸高产菌株的筛选提供了新系统，理论上可用于任何一种天然氨基酸高产菌株的筛选，同时也为氨基酸高产机制的发现提供了新思路，可用于氨基酸发酵生产中优良菌株的构建，进而推动氨基酸市场的增长，促进氨基酸在饲料、食品、医药等民生领域的应用。
目前，微生物细胞工厂的遗传改造已经基本完成，正在进一步的改造。发酵生产的浓度、产率和速率都达到国际先进水平。进一步的提高正在研究进行中。
北京理工大学
2022-04-18
基于可再生生物分子的锂离子全电池
作为当前应用最为广泛的储能器件之一，锂离子电池受到广泛关注。但是， 能源产业的发展与资源、环境息息相关，随着电子社会的蓬勃发展，人们对锂离子电池的需求量与日俱增，这势必会导致以下两个问题的产生：1）由于矿物资源的日益枯竭，其制造成本会不断攀升；2）大量废旧电子产品会对环境造成破坏。
大自然是人类最好的导师，其经历了几十亿年的进化，万物大都具有了最合理、最优化的宏观、微观结构和最佳的综合性能，这些对科研问题的解决具有极强的启发性。生物体内的能量代谢活动，往往伴随着具有氧化还原活性的生物分子的化学转变过程，并且具有良好的可逆性和生物相容性。将这种可从生物体内提取的生物分子应用于储能活性材料，优点在于：1）可再生生物分子资源丰富， 有望降低材料成本；2）生物相容性好，可以通过多种途径降解；3）结构多样性， 可通过分子修饰调控相应性能。
北京航空航天大学
2022-03-22
面向生物医学的微操作机器人系统
南开大学机器人与信息自动化研究所从1992年开始研制用于生物工程的微操作机器人系统，完成国内第一台样机，此后的系列样机，均取得较好的应用效果。此项成果于1999年获得国内最早的微操作机器人系统整体发明专利，并于2001年12月获2000年度天津市技术发明一等奖，2003年3月获2002年国家技术发明二等奖。近年来，针对我国在生命科学研究中对自动化精密仪器与设备的迫切需求，在已有研究成果的基础上，机器人所致力于开发“面向批量细胞转基因及克隆操作的显微注射系统”，该系统具有显微镜全局视野
南开大学
2021-04-14
油田区域石油污染土壤的生物修复技术
1 成果简介我国油气田和石油炼化企业普遍存在原油落地污染土壤现象，据统计，我国石油污染土壤面积 500 万公顷。这些土壤不仅不能使农作物很好生长，且代谢产物的毒害作用更是可以通过食物链传递给人类，从而危害人类的健康，极大地影响了我国的农业生产和生态环境。2 应用说明从 2001 年开始，清华大学就一直致力于石油污染土壤的生物修复技术上基础理论和工程实施方面的研究；筛选出几株高效石油烃降解菌株；开发了细菌-真菌协同强化修复技术；研发出一套高效的实际石油污染场地的生物修复工程实施方案，针对不同类型的石油污染土壤的生物治理展开了基础理论研究，并将修复评估体系延伸到微生态角度，建立其标准。本项技术已获得国家发明专利 9 项。并在中原油田实施了 170m2 的污染土壤生物治理小试和11 亩的实际石油污染土壤的中试的工程实施，使得 19 年寸草不生的污染场地恢复种植能力，种植作物为小麦，修复后耕地所种植的小麦能够正常出苗和生长，其产量达到正常耕地种植水平，并经过国家粮油质量监督检验中心和农业部谷物品质监督检验测试中心两家权威检测机构检测，其品质完全符合国家标准。 该项目专家鉴定意见为：“ 该项目开发的技术属原始性创新，已申请国家发明专利 9 项，具有自主知识产权。建议组织好推广应用，深入开展油污土地修复研究”。3 效益分析本项技术可以复耕我国大面积额的石油污染耕地，改善污染耕地的理化性质，从而彻底改变促进我国农业发展，并且解决了污染问题。由于污染造成的耕地污染，石油企业需向当地农民支付每亩每年赔偿金 1300 元。 国际上目前修复成本在 1000~10000$/亩，本项技术的总修复成本在 1500~2050 元/亩， 工程实施开展 3 年内见效，本研究发展的油盐污染土壤修复技术有很好的经济性。图 1 修复前 图 2 修复后
清华大学
2021-04-13
藻类高附加值产物的生物炼制工艺研发
项目背景：细胞壁的高效和可控降解技术是藻类天然产物开 发中最关键的一步，常规技术难以有效破壁，且容易引起活性成 分的破坏。我公司前期已掌握从微藻中提取色素、蛋白质等多种 天然产物的生产工艺，结合下游微囊化技术，开发出几十种基于 微藻的天然产物及其系列产品，受到国内外市场的广泛认可。但 微藻细胞的高效和可控降解技术依然是生产中面临的一个技术 难点。如何实现温和破壁及细胞壁可控降解，是进一步提高天然 产物提取效率和收率、减少活性产物结构破坏的关键，也是本项 目拟重点解决的问题。
所需技术需求简要描述：（1）开发能高效降解绿藻细胞壁的 酶，满足工业化需求；结合现有技术使绿藻率达到 90%以上，综 合能耗和化学试剂使用量分别降低 80%和 50%以上。（2）开发藻 类色素、功能性油脂级联高效提取和精炼技术，使得色素提取效 率提高至 90%以上，总回收率达到 82%以上；水溶性多糖提取效 率 80%以上，多糖纯度达到 55%以上。（3）开发全水溶性和高载 油量藻类活性产物微囊化制备技术。实现脂溶性色素油脂 100% 全水溶性微囊颗粒的制备，并提高颗粒载油量至 30%及以上。
对技术提供方的要求:1.国内高校实验室，团队带头人需具有博士学位及高级职称。2.在藻类培养、天然产物提取及开发领 域具备研究经历。
青岛藻蓝生物有限公司
2021-09-02
基于微生物调控的水体原位生态修复技术
氮、磷过度排放导致的水体富营养化成为全球水环境面临的挑战之一，特别是由此引发的蓝藻爆发、水体生态功能丧失及饮用水资源危机成为各国政府亟待解决的关键问题。如何实现氮磷营养盐的合理分配和调控，成为防止水体富营养化和构建完善的水体生态系统的核心和关键。
微生物活化设备照片
同济大学环境科学与工程学院柴晓利教授团队研发的水体微生物活化技术，突破了传统旁通水处理工艺、水生动植物修复技术的不足，通过激活土著优势菌种，使之快速增殖，打破原有水体微生态平衡，用水体本身容积代替传统的有限生物反应器，大大增加微生物的增殖空间，充分发挥微生物对污染物的削减能力，改善生态系统赖以生存的透明度、营养盐等不利条件，重组、完善水体微生态系统，恢复水体自净能力，最终脱离人工干预回归自然，具有重要的实际应用意义。
基于微生物调控的水体原位修复技术解决了地表水环境轻度污染水体（富营养化）治理的技术瓶颈，引领了低污染负荷饮用水水源地氮素污染控制技术的发展方向，具有重要的社会环境效益。目前该技术已经获得相关授权专利11项，在全国十几个省市30多个水生态修复工程项目中得到了推广应用，累积项目合同额超过3亿元。
同济大学
2021-04-11
微胀床生物产品的分离和提纯装置
本项目涉及一种可用于生物医药产品的分离和纯化的装置和工艺。传统的生物细胞液中有效成分的分离提纯，需经过细胞液的离心、过滤澄清、有效成分捕捉 (固定床) 等工艺过程，工艺流程较长，耗材费用高等。有专家提出膨胀床工艺技术，即通过使用低度流态化的色谱柱床实现对含固体颗粒原料中活性组分的直接分离提取, 从而简化前期离心、过滤澄清工艺，将传统的离心、过滤、捕捉色谱合为一步, 缩短工艺路线, 降低生产成本。但膨胀床技术长期面临的挑战是流路堵塞, 清洁困难，分离效率低，二十多年来一直没有得到广泛应用。
基于膨胀床的原理, 本项目在此基础上推出微胀床技术. 通过应用独立于床层阻力的流体均布技术, 微胀床可达到比传统膨胀床显著高的分离板数, 动态载量和分离效率, 可直接处理细胞液或细胞裂解液，流路不堵并可完全在线清洗。 微胀床技术使膨胀床核心优势得以实现，可显著节省设备和耗品投入,缩短工艺路线, 降低生产成本。
微胀床技术关键为采用径向辐射流体分布器及新颖流路控制模式，本技术可广泛用于生物药大分子产品从细胞液或细胞裂解液中高效快速提取和纯化.具体应用包括:单克隆抗体从细胞培养液中的提取, 重组人血白蛋白从酵母细胞液中的提取,乳铁蛋白从牛奶中的提取,以及抗生素的分离纯化等。
华东理工大学
2021-04-13
生物质及城市有机废物的高效、清洁发电技术
项目研究的背景及用途：本项目的出发点是将我国大量的生物质及城市有机废物资源(如农作物废弃物、林业废弃物、城市垃圾中丰富的有机物、造纸造浆中的废物、酒精生产厂的废液废渣、动物粪便、食品加工中的废弃物、家庭中有机垃圾、草类废弃物，产量约每年 30 亿吨)高效转化为清洁的电力。我国当前的生物质及城市有机废物资源没有得到合理的利用。利用生物质作为能源，不仅仅是解决了长期的能源供给问题，更重要的是大大缓解了环境保护的压力。本项目的技术路线所排放的其他污染物如硫化物、粉尘粒子的浓度也大大低于现有的燃煤发电厂。此外，高效、清洁的气化发电技术可以克服现有的城市垃圾处理处置方式的缺点。与现有垃圾焚烧炉技术相比，本项目的技术路线具有以下优点:
(1)发电效率高;
(2)炭转化率高、能量利用率高;
(3)排放的二次污染物少;
(4)初投资和远行费用低。
本项目的目的是有效地利用生物质及城市有机废物，通过流化床气化的方式将其转变为电力。确保生产电力的成本可以与现有的燃煤电厂竞争，同时确保生产过程符合环境友好性要求，没有明显的二次污染。成果水平及主要技术指标:本技术水平处于国内领先水平,在国际上也是领先的。目前正在申报发明专利 2 项。所需厂房占地面积:需要稳定的生物质或生活垃圾原料供应(年需要量为8000 吨左右);设备相对比较简单，但需要由相关的厂家定制生厂;厂房面积约为15000～20000 平方米;投资规模在 500 万左右。
市场分析及效益预测：本项目的市场前景很大。以天津市为例，天津市每年约有 600 万吨生物质资源，可发出功率为 90～100 万千瓦的电。若考虑大量种植能源作物，则可以发出更多的电，而且随着发电规模的扩大，可以显著降低成本。如果单座发电厂的规模在 2000～4000 kW，该发电成本与燃煤电厂相当。为天津市大量的生物质废物找到一条合理的利用途径，同时解决了因城市有机垃圾堆置而带来的环境污染问题。以 2000 千瓦的发电能力为例，投资回收期为 2.2 年，年盈利为 220 万左右。
天津大学
2021-04-11
高性能生物基光固化树脂的制备技术
以生物基原料生产环境友好的化工产品是人类实现可持续发展的必由之路， 生物基涂层材料的研究已经成为全球涂料科学技术领域的研究前沿。传统的生物基光固化树脂玻璃化转变温度偏低，力学性能较差，影响了其应用推广。团队围绕如何制备兼顾生物基含量与综合性能的生物基光固化树脂开展研究，通过化学结构的设计，在提升生物基光固化树脂性能的同时保证了其较高的生物基含量。目前团队所研发的生物基光固化树脂具有较高的生物基含量和双键转换率，其固化膜的热稳定性及硬度、弹性模量、抗冲击性等性能与常用商业石油基光固化树脂相当，产业化前景广阔。
江南大学
2021-04-13
甾体激素药物的绿色生物制造与工艺研究
甾体激素药物是仅次于抗生素的第二大类药物。全球甾体类药物总值近 500 亿美元，占世界医药销售额的 6%。中国是甾体药物原料及其制剂的主要生产国，年产值近 800 亿元人民币。
本项目组围绕重要甾体化合物中间体 AD、三羟基雄甾烯酮及其相关下游产 品，开展生物转化关键技术研究与产业应用研究，突破了生物催化去氢表雄酮双 羟化制备三羟基雄甾烯酮的技术体系，创新了屈螺酮合成新方法。项目改造优化 了微生物转化菌种的性能，开发了新型发酵和绿色提取工艺，建立了全流程的过程工程控制技术，大幅提高了产品的转化率，建成了百吨级规模的甾体化合物生产线。项目成果在 Green Chemistry、Journal of Steroid Biochemistry andMolecular Biology、Steroids 等期刊上共发表了相关文章 30 余篇，申请国家发明专利 28 项，其中授权 10 项。获中国石油和化工行业协会优秀专利奖 1 项，全国大学生“挑战杯”竞赛一等奖 1 项。
江南大学
2021-04-13