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隨著全球老齡化進程的加快，被骨關(guān)節(jié)炎困擾的人也越來越多，全球骨關(guān)節(jié)炎患者已近6億。如何解決這一健康難題？作為治療和改善骨關(guān)節(jié)藥品以及保健品的核心原料，氨基葡萄糖（簡稱“氨糖”）也被越來越多人的熟知。

氨糖全球市場達百億美元，我國產(chǎn)能占全球90%，但卻存在著傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)效率與產(chǎn)品品質(zhì)低、綠色化水平低等挑戰(zhàn)，需要解決菌種合成效率不高、痕量關(guān)鍵雜質(zhì)難以去除等技術(shù)瓶頸。

針對這些問題，華東理工大學(xué)生物工程學(xué)院趙黎明教授領(lǐng)銜的項目“氨基葡萄糖全生物法高效綠色制造關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用”，提出了全生物法制備氨糖的綠色技術(shù)路線，突破了氨糖傳統(tǒng)生產(chǎn)中的技術(shù)難題，已與多家企業(yè)合作應(yīng)用，建成了萬噸級氨糖綠色生物制造生產(chǎn)線。

圖片說明：N-乙酰氨基葡萄糖酶法脫乙酰生產(chǎn)線

那么，這條技術(shù)路線的原理是怎樣的呢？

團隊首先通過構(gòu)建和改造高效的菌種并優(yōu)化發(fā)酵工藝來制備N-乙酰氨基葡萄糖，然后再使用脫乙酰酶對其進行脫乙?；幚?，再經(jīng)純化工藝從而得到產(chǎn)物氨基葡萄糖。與傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝相比，該工藝技術(shù)更加溫和與環(huán)保，也更加高效穩(wěn)定。

在N-乙酰氨基葡萄糖的生物發(fā)酵生產(chǎn)方面，團隊首先通過合成生物學(xué)和代謝工程相關(guān)技術(shù)，對菌株的代謝網(wǎng)絡(luò)進行重塑，減少代謝溢流，開發(fā)出可高效、穩(wěn)定生產(chǎn)乙酰氨糖的高產(chǎn)新菌株，再通過發(fā)酵過程優(yōu)化與控制，其最終發(fā)酵生產(chǎn)強度已達到國內(nèi)外規(guī)模化生產(chǎn)最高水平。

通過酶制劑取代鹽酸對N-乙酰氨基葡萄糖脫乙酰，是實現(xiàn)氨糖全生物法制造的核心環(huán)節(jié)，高效脫乙酰酶的挖掘與改造是關(guān)鍵。“我們從嗜熱微生物菌種庫中通過定向篩選、分子改造獲得高轉(zhuǎn)化率的脫乙酰酶，并通過創(chuàng)制新型載體進行酶固定化來降低生產(chǎn)成本。”據(jù)介紹，該技術(shù)成功取代了傳統(tǒng)的鹽酸水解脫乙酰法，實現(xiàn)了氨糖的全生物法工業(yè)化制造。

下游的產(chǎn)品是保證產(chǎn)品品質(zhì)與效果的關(guān)鍵。團隊通過解析關(guān)鍵雜質(zhì)，創(chuàng)新了高效分離技術(shù)、合成了專用樹脂和分離工藝，開發(fā)了電場流場耦合膜分離裝備，提高了氨糖純化效率，實現(xiàn)了高品質(zhì)氨糖（純度≥99.5%）的規(guī)?；a(chǎn)，從而徹底解決了產(chǎn)品容易結(jié)塊發(fā)黃的行業(yè)難題。

圖片說明：高品質(zhì)氨基葡萄糖產(chǎn)品

據(jù)趙黎明教授介紹，該項目歷時12年，開展了從菌種高通量篩選、代謝網(wǎng)絡(luò)調(diào)控、發(fā)酵過程優(yōu)化控制到產(chǎn)品分離純化精制的全鏈條技術(shù)創(chuàng)新，大幅降低了原料單耗、過程能耗和三廢排放量。經(jīng)中國輕工業(yè)聯(lián)合會組織的專家鑒定，整體技術(shù)達到國際領(lǐng)先水平。

迄今，該項目授權(quán)發(fā)明專利27件，發(fā)表論文44篇，制定標準5件，并在6家企業(yè)實施了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，建成了萬噸級氨糖綠色制造生產(chǎn)線，產(chǎn)品國內(nèi)外市場占有率均居全球第一，為應(yīng)用企業(yè)創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益，被工信部授予“制造業(yè)單項冠軍示范企業(yè)”和“國家綠色工廠”稱號。此外，項目還為合成生物學(xué)應(yīng)用于我國功能糖產(chǎn)業(yè)綠色生物制造提供了成功范例，進一步引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展方向，助力“健康中國”“美麗中國”及“雙碳”戰(zhàn)略實施，經(jīng)濟社會效益顯著。