近日，南京工业大学食品与轻工学院徐虹教授荣获第三届全国创新争先奖章。徐虹创新采用全生物合成方法研制出功能性高分子聚谷氨酸，形成了“从0到1”的全新产业，取得了显著的经济和社会效益。
一篇报道后的深思
“高分子家族中有一种类似蛋白结构的新型生物可降解成员聚氨基酸。”徐虹介绍说，聚氨基酸是国内外研究热点，但其生物合成技术壁垒高。2000年以前，国内在生物高分子聚氨基酸领域的研究还是一片空白。
在阅读了一篇关于水母的报道后，徐虹不禁产生了疑惑：“是什么让水母在压力大、盐度高的生活环境里仍没有产生脱水现象?”经研究发现，水母体内含有一种叫做聚谷氨酸的物质。
“味精就是谷氨酸(钠)，而聚谷氨酸是单分子谷氨酸聚合形成的大分子。”徐虹介绍说，聚谷氨酸是绿色可降解的生物聚合物，是生命体所需的氨基酸聚合而成的活性物质，具有很强的保水性。
“我们在实验室里整整花了十年时间，用微生物发酵的方法来生产、提取聚谷氨酸。”徐虹说，聚谷氨酸在自然界仅存在于水母和纳豆中，大量获取非常困难。在国家“863”课题“生物可降解型聚谷氨酸功能材料的制备研究”的资助下，徐虹课题组完成了拥有自主知识产权的聚谷氨酸合成研究，填补了行业空白。由此，我国生物合成又增添了一种自主研究的聚氨基酸，并发现了其保水和吸附两大功效。
建成10万吨级生产线
徐虹表示，聚谷氨酸的生物合成难度较大，其分子代谢调控复杂，很难获得高效生产菌种;高黏发酵体系又阻碍溶氧传质与营养输送，产物积累少;而且发酵产物组分复杂及分离精制不易实现。这些都不利于其进行产业化。
为解决这些难题，徐虹团队与南京轩凯生物科技有限公司就生物合成聚谷氨酸的产业化生产开展合作。为了提高菌种生产聚氨基酸的浓度并获得所要的相对分子质量，研究团队构建了聚氨基酸精准的合成代谢网络，发现聚氨基酸生产菌株同时存在聚合酶和降解酶这两个关键酶的特有现象，发明了以降解酶为“开关”调控产物相对分子质量和浓度的育种新技术。
在生产过程中，研究团队又采用酸化降黏、吸附过滤手段去除蛋白菌体等杂质，并利用超滤浓缩技术，获得了高纯度产品。他们还创新采用醇析—盐析复合成型技术获得聚氨基酸晶体，解决了高纯度产品获取、成型以及低值原料高效利用等问题。
这次合作不仅从理论层面上解决了技术难题，还通过分子设计、菌株选育、相对分子质量与构型调控、反应器开发的集成技术，打破了高黏发酵体系低产瓶颈，实现不同相对分子质量、不同构型的高分子生物合成，建成全球首条10万吨级聚氨基酸生产线，产品出口至欧洲、东南亚等地区。
“2010年开始，聚氨基酸生物制备技术开始进行规模化推广应用。我们生产的聚谷氨酸产品浓度较国际先进水平提高30%以上，底物转化率翻了一番还多，提取收率可达90%以上，乙醇用量大幅减少。”南京轩凯生物科技有限公司联合创始人冯小海说道。
持续拓展应用领域
起初，徐虹带领团队围绕聚谷氨酸在日化用品方面的应用展开了系列研究，发明了可穿戴的水凝胶防晒面膜等。后来，徐虹发现聚谷氨酸也可用作土壤肥料增效剂。农业生产中下雨等原因会使化肥流失，导致化肥不仅利用率不高，还易对环境造成污染。
“如果把聚谷氨酸添加到化肥中，是否能牢牢‘锁’住磷肥、钾肥、氮肥，提高化肥利用率?”于是，徐虹带领团队专门研究聚谷氨酸对农业的作用，并与江苏省农科院、南京农业大学展开合作，在水稻、小麦、玉米等作物和瓜果、烟草等经济作物上进行试验。结果表明，聚谷氨酸对减少化肥的使用量、增加农作物产量等方面有显著作用。
未来，徐虹将继续带领团队深耕聚谷氨酸行业，并将其运用到大健康、土壤修复、水处理、饲料以及创伤敷料、手术缝合线等更多领域，让科研惠及百姓、造福民生。
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