在传统工业生产中,高能耗、高污染问题长期困扰着相关产业发展。
如何在保证产能的前提下实现绿色转型,成为摆在科研工作者面前的重大课题。
华东理工大学生物工程学院魏东芝教授团队的突破性研究,为这一难题提供了系统性解决方案。
问题的根源在于传统化学合成工艺的先天不足。
以医药级角鲨烯为例,传统提取方法需要屠宰3000头鲨鱼才能获得等量产品,既造成生态破坏,又面临资源枯竭风险。
类似的困境在柠檬酸、除草剂等多个产业中普遍存在。
单一酶催化虽然相对环保,但存在流程断裂、效率低下等瓶颈,难以实现真正的产业化应用。
魏东芝团队创新性地提出了"多酶协同催化体系"的解决思路。
这一技术的核心在于打破单一酶催化的局限,构建了包含1万多种自主知识产权酶的庞大酶库。
通过工业酶"快速精准定制"技术,团队成功将酶定制周期从一年多缩短至两周,酶活性提升上千倍,有效破解了"多酶不兼容、效率低"的行业难题。
在分子、细胞、反应器三个层级上,团队系统性地推进技术创新。
在分子尺度,攻关酶与生物催化,打造高效而专一的"核心元件";在细胞尺度,布局合成生物与细胞工厂,将生物元件集成为功能强大的"生命芯片";在反应器尺度,攻坚生物过程强化与集成技术,成功实现了从实验室摇瓶到百吨级发酵罐的技术转移。
这一"酶工程—细胞工厂—过程集成"三大技术平台的建立,为整个绿色制造流程注入了"中国芯"。
技术创新直接转化为产业成果。
在食品添加剂领域,山东英轩实业建成的百万吨级柠檬酸生产线,原料利用率近100%,产酸水平达国际最高的每升190克,三年累计节约粮食81万吨。
该产品供应可口可乐、雀巢等跨国企业,出口至120余个国家和地区,国际市场占有率全球第一。
在农业领域,团队打破国外技术垄断,建成全球首条年产万吨"L-草铵膦"除草剂生物合成生产线。
相比传统化工生产线,新生产线的占地面积、总投资额及建设周期均仅为十分之一,原料利用率近100%,几乎无废水排放。
浙江永农生物由此成为全球规模最大的L-草铵膦生产企业。
在大健康领域,团队在全球范围内率先实现了医药级角鲨烯的从头合成。
通过创造性地提出多细胞器工程改造策略,成功突破了微生物合成角鲨烯的关键技术瓶颈。
仅凭单次20吨发酵罐的产能,就可替代传统工艺屠宰3000头鲨鱼的提取量。
该产品适用于高胆固醇血症、放化疗引起的白细胞减少症,以及改善心脑血管病的缺氧状态。
这一系列成果的取得,得到了国家科技重大专项的有力支持。
近日,魏东芝团队完成的"多酶协同催化体系及生物基产品绿色制造技术创新与产业化"项目,荣膺2025年度中国石油和化学工业联合会科学技术奖科技进步奖特等奖,充分体现了其在行业中的领先地位。
从更深层的意义看,这场关于生产方式的绿色革命正在系统性推动食品、农药、大健康等产业面向未来的可持续跨越。
多酶协同催化技术实现了"反应条件温和化、生产流程短程化、环境影响最小化"的三重突破,让工业生产如自然代谢般高效洁净。
这种生产范式的转变,既符合国家绿色发展战略,也体现了科技创新对经济社会发展的深刻推动作用。
从“靠捕捞提取”到“靠发酵合成”,改变的不只是某一种原料的来源,更是工业生产方式的底层逻辑。
面向资源约束趋紧与绿色转型加速的新阶段,以关键技术自主创新为牵引、以产业化验证为支撑的生物制造,有望在守住生态底线的同时,拓展高质量发展的增量空间。
如何把更多“实验室的可能”转化为“生产线的确定”,将成为未来一段时期科技创新与产业升级共同面对的重要课题。