中科院利用菊芋粉生产生物基化学品

  依托新一代工业生物技术，中科院最近悄然启动以果糖基能源植物——菊芋为原料的生物炼制关键技术研究，将重点开展果糖基碳水化合物生物催化转化技术研究，通过这一知识创新工程重要方向项目的实施，在未来3年里可望建设起利用菊芋粉生产生物基化学品如琥珀酸等的“细胞工厂”。

  据项目首席科学家、项目承担单位的中科院大连化物所研究员杜昱光介绍，通过该项目的实施，我国将获得高表达及高酶活菊芋生物炼制关键酶如菊粉外切及内切酶等的工程菌，实现低成本产酶过程的条件优化，解决菊芋粉替代发酵淀粉的关键技术，形成果糖基系列生物质产品的新工艺；以微生物产生琥珀酸为重点，分析与琥珀酸产生紧密相关的基因、酶和代谢物及相关途径之间的关系，获得与琥珀酸产量相关的代谢网络图，找到影响琥珀酸合成能力的关键途径或环节，建立琥珀酸代谢生化网络调控的数学模型等。将以果糖生物炼制关键技术及其生物转化的“细胞工厂”代谢网络调控为核心，形成果糖基能源植物生物炼制的领先优势。

  据悉，自然界植物中存在着另一类碳水化合物——聚果糖（菊粉），国际上对其生物质利用及生物炼制技术研究才刚刚开始。这些植物的特点是适于边际土地大量生长，我国科学家选用的果糖基能源植物——菊芋，是目前自然界发现聚果糖含量最高的植物，菊芋块茎的聚果糖含量达鲜重的12%～15%。菊芋俗称洋姜、鬼子姜，其生态适宜性极强，可在边际荒漠土地及滩涂地生长，在-40℃～-50℃冻土层内也能安全越冬，且可以20倍／年以上的速度进行繁殖。国外对菊芋的研究和开发利用始于上个世纪70年代，主要研究菊粉的提取利用，也有利用微生物菊粉酶生产超高果糖浆等深加工的研究，但由于酶的稳定性和某些作用机制上存在一些问题，尚未见投入大规模工业生产。在我国，菊芋只有零星种植，多用于加工腌菜食用，附加值低、利用量小。菊芋深加工研究开发起步较晚，多数仅局限于产菊粉酶菌种筛选和酶的性质研究。因此构建具有自主知识产权的高效表达的菊粉酶基因的工程菌是菊芋生物炼制的关键环节，具有重要的意义。

  有关专家介绍，我国植物油脂未来的需求量较大，但自给能力有限，油脂进口依存度可能会超过原油。发展节约耕地、可工业化连续生产的油脂生产技术，对我国油脂资源供给和油脂化工行业可持续发展具有重大战略意义。微生物油脂不仅可以用于生产生物柴油，还是非常重要的基础化工原料，提高微生物产油的转化率及生产成本，降低碳水化合物发酵的原料成本，将成为具有市场前景的微生物油脂及替代石油的生物柴油的新产业。

  项目组成员赵宗保研究员说，以菊芋为原料利用微生物转化生产油脂，根据科学估算，每25吨鲜菊芋可产1吨菌油，而利用非耕地大量种植的鲜菊芋价格可控制在150元／吨以内。可见，利用菊芋生产微生物油脂，原料成本在4750元/吨左右，同当前植物油约5000元/吨的价格相比，具有一定竞争力和经济效益。更重要的是，通过发展菊芋转化为大宗产品的技术，可以拉动菊芋的规模化种植，有利于形成菊芋生物炼制的产业链。 (责任编辑：泉水)

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