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進入21世紀以來，手性氨基酸作為最重要的原料和中間體，市場規模也越來越大。本項目目前研發的手性氨基酸包含L-2-氨基丁酸、D-蘇氨酸、L-天冬酰胺、L-叔亮氨酸、L-色氨酸等。 創新點： 1）本項目采用一鍋化反應，以廉價的L-蘇氨酸為原料，經過工程菌催化合成2-氨基丁酸，反應時間10-12 h，原料的轉化率達到99%以上，2-氨基丁酸的產量達到100 g/L以上。 2）以消旋化蘇氨酸為原料，進行酶法拆分制備D-蘇氨酸。底物添加量達到2.5 M,反應10 h內達到完全拆分，D-蘇氨酸ee值為99%。 3）以天冬氨酸為原料，采用工程菌催化反應10-12 h，L-天冬氨酸轉化率達到了94.4 %，L-天冬酰胺產量可達120 g/L，生產強度達到12.4 g/(L•h)。 4）基于構建的基因工程菌，采用偶聯輔酶再生技術，轉化廉價底物合成L-叔亮氨酸，反應24 h，底物轉化率達95%，產量達到100 g/L以上水平。 5）其它手性氨基酸（L-色氨酸、D-氨基酸）發酵和生物合成正在陸續開展中。 6）多種高效酶制劑的工程菌株構建、發酵產酶以及多種中間體的制備。如蘇氨酸脫氨酶、亮氨酸脫氫酶、甲酸脫氫酶、ω-轉氨酶等，以及利用這些酶制備的多種醫藥中間體。

? 單葡糖醛酸基甘草次酸（GAMG）和甘草次酸（GA）是甘草酸的兩種改性衍生物，具有比甘草酸更優良的抗炎癥、抗過敏、抗病毒、抗腫瘤等功效，在醫藥、化妝品行業具有廣泛應用。此外，GAMG還是一種高甜度（其甜度是蔗糖的1000多倍）、低熱量的天然功能性甜味劑。由于化學改性法鍵選擇性低，很難將甘草酸定向轉化為 GAMG或GA，且化學法對生產設備要求高，反應條件苛刻，對環境也造成較大的污染。生物改性法具有高選擇性、副反應少、反應條件溫和等優點，具有著廣泛的應用前景和重要的經濟和社會價值。本項目自行

本項目獲 2018 年中國輕工業聯合會科技進步獎一等獎檸檬酸是一種重要的三羧酸類化合物，廣泛應用于食品、醫藥、化工等領域，是當前世界上產量和消費量最大的食用有機酸，是世界第二大發酵產品。雖然發酵法生產檸檬酸起步較早，但目前其生產技術仍存在問題，如發酵種子培養周期長、活力低；發酵菌種影響檸檬酸合成的生理、代謝特性認識有限；傳統同步糖化發酵工藝原料利用不充分；檸檬酸提取過程能耗高，廢水有機物濃度高、處理難度大等。因此，本項目在江南大學劉龍教授帶領下實現了傳統的技術升級和轉型，實現綠色智能化生產。獲 2018 年度中國輕工聯合會科技進步一等獎 主要創新內容及技術突破： 1、建立了結合超聲波誘導孢子快速萌發與種子糖化酶水平表征的移種策略， 發酵強度由 2.55 g·L-1·h-1 提升至 2.85 g·L-1·h-1（提升幅度 11.8%）； 2、進行了檸檬酸發酵生產菌株的系統生物學分析，發現發酵后期的低 pH 環境可激活檸檬酸合成相關基因的表達，葡萄糖作為效應物可激活其轉運蛋白的表 達； 3、強化同步糖化發酵方式，利用葡萄糖模糊預測模型結合糖化酶階段添加的策略補償發酵中后期 pH 急劇降低導致的葡萄糖供給速率不足，中試規模發酵強度進一步提升至 3.15 g·L-1·h-1，殘總糖由 19.2 g·L-1 下降至 13.2 g·L-1（下降幅度 31.3%）； 4、應用模擬移動床實現了檸檬酸發酵液連續分離提純及廢水資源再利用，在實現了清潔化生產的同時檸檬酸收率達到 98%，較傳統鈣鹽法提高 5%。 

1 成果簡介利用生物方法進行污水處理，已經經歷了一個多世紀的發展。但是，在活性污泥法的應用中，仍然存在以下主要缺點：曝氣池占地面積很大，曝氣后氣體排放造成二次污染；曝氣過程中活性污泥、空氣和污水三相混合不均勻，氧傳遞速率較慢，氧氣利用率不高，使得曝氣效率低；剩余污泥排放量大。本研究室基于多年來對環流反應器流體力學特性和工程應用的研究，提出了采用多級環流裝置作為活性污泥曝氣的新方式，并經過 10 多年的基礎、應用以及工業化研究，形成了一套高效的活性污泥的處理污水的新工藝—多級環流曝氣工藝。該工藝可改善氧的傳質，增加氧的利用率，從而減少動力消耗；該工藝還可減少生物處理過程中剩余污泥的產量，減輕處理污泥的負擔；同時，該工藝的生物處理構筑物占地面積顯著減小，可節約投資。該工藝已經完成了 20 噸/天的工業中試，通過了專家鑒定；并在處理印 染污水等方面已經建成了工業應用裝置，目前運行良好。 在多級環流曝氣工藝的基礎上，針對含有中低濃度難降解有機物的污水，本研究室又開發了厭氧-好氧耦合環流曝氣污水生物處理技術，以提高難降解有機物的處理效率。通過在多級環流塔內的懸浮污泥中添加具有特殊孔隙結構和尺度的載體材料，利用氧的傳遞阻力在載體內部形成厭氧菌生存的環境，構成專性厭氧菌生長區。通過被動擴散和流體的沖刷作用，有機物可以擴散進入載體內部，并被厭氧菌降解，同時載體內部的厭氧降解產物也可進入流化床主體，實現厭氧生物降解和好氧生物降解的耦合。該工藝具有高效的好氧降解過程和厭氧降解過程， 且將厭氧和好像過程結合在一個裝置中進行，高度集成化，設備投資小、處理效率高、占地面積小。該工藝已經在含酚廢水、 PTA 廢水、煉油廢水方面已經開展了大量的工藝開發和工業模擬實驗，取得了理想的處理效果。2 技術指標（ 1） 多級環流曝氣：溶解氧濃度可達到 6mg/L 以上，較廊道式曝氣池，占地面積可減小 80% 以上，處理時間可縮短 50%以上。 （ 2） 厭氧-好氧耦合環流曝氣： COD 的容積負荷可達到 7g/L?d 以上，對 COD 濃度小于2500 mg/L 的含酚廢水、 PTA 廢水等廢水， COD 去除率達到 95％以上。3 應用說明該技術主要針對各類石化、化工及其他含有難降解有機物廢水的處理，小規模現場集成式污水處理（如機場、遠郊住宅小區等）以及污水的點源治理。 多級環流曝氣應用包括兩種方式：① 以環流曝氣塔式設備替換現有的曝氣池、初沉池；② 在現有的深度在 4m 以上的廊道式曝氣池進行改造。多級環流曝氣塔為新型塔式曝氣處理設備為專利設備，具有處理效率高，占地面積小等顯著優勢。 20 噸/天的工業中試結果（乙烯綜合廢水， COD 約為 1000 mg/L，）顯示，和該廠現有的廊道式曝氣池相比，占地面積可減小 80% 以上，處理時間可縮短 50%以上， 出口廢水穩 COD 定在 60 mg/L 以內，特別適合于土地資源緊張、處理效率要求高的生產、生活部門。多級環流曝氣塔頂部還有集成的泥水分離器，可將出水中的污泥分離，在污泥沉降良好的情況下，可直接排放，不需要初沉和二沉設備，使設備投資、能耗以及占地面積大幅度降低；即使對沉降性能不佳的污泥，也可達到初沉的作用，節省初沉設備和運行費用。 通過對現有的深度在 4m 以上的廊道式曝氣池進行改造，也可實現多級環流曝氣，方法是在曝氣池內改造曝氣系統，加裝多級導流筒內構件。其改造簡單，投資小，但對廢水處理的效果有顯著的提高。采用多級環流曝氣后，曝氣池內的溶解氧濃度提高 50% （可達到 6 mg/L以上）以上，懸浮污泥濃度提高 30%以上，在達到相同處理效果的前提下，水力停留時間可減小 50%以上，處理負荷提高 50%以上，特別適合于對現有裝置增容的技術改造。由于溶解氧濃度高，剩余污泥的產量也顯著降低。 厭氧-好氧耦合環流曝氣工藝，通過在多級環流曝氣塔中添加高孔隙率的聚合物填料，在填料內部形成的缺氧環境，可發生水解-酸化反應，通過水解-酸化將難降解有機物降解為揮發性脂肪酸，進一步由裝置中主體的懸浮污泥進行好氧代謝，實現了厭氧—好氧生物降解的耦合，提高了難降解有機物的降解效率。工業模擬裝置的研究表明，對 COD 濃度達到 3500mg/L 的含酚廢水，采用厭氧-好氧耦合環流曝氣工藝， 24h 內 COD 可降解至 100 mg/L 以下；對 COD 濃度達到 2500 mg/L 的 PTA 廢水，采用厭氧-好氧耦合環流曝氣工藝， 16 h 內 COD可降解至 100 mg/L 以下；對 COD 達到 2000 mg/L， BOD/COD<0.1 的煉油廢水，采用厭氧-好氧耦合環流曝氣工藝， 24 h 內 COD 可降解至 60 mg/L 以下。上述處理效果，均優于傳統的 A/O 或者 A/A/O 續批式聯合工藝，占地面積低于這些工藝的 1/8。4 合作方式商談。

手性氨基酸作為最重要的原料和中間體，市場規模也越來越大。本項目研發的手性氨基酸包含 L-2-氨基丁酸、D-蘇氨酸、L-天冬酰胺、L-叔亮氨酸、L-色氨酸等。2-氨基丁酸是一種非天然的氨基酸，是一種重要的化工原料，被用作為多種手性藥物合成中的重要中間體，包括抗結核藥物乙胺丁醇、布瓦西坦和抗癲癇 藥物左乙拉西坦。D-蘇氨酸是天然氨基酸 L-蘇氨酸的光學異構體，是一種非天然氨基酸。主要應用于手性藥物、手性添加劑和手性助劑等領域，在制藥行業作為手性合成的手性源，主要用于生產新型光譜抗生素、D-蘇氨醇和多肽合成過程的蘇氨酸保護劑。L-天冬酰胺是常見的 20 種氨基酸之一，在食品、醫藥、化工合成、微生物培養等領域廣泛應用。L-天冬酰胺可以作為添加劑用于清涼飲料,同時在腫瘤治療及蛋白質糖基化中扮演重要角色。L-天冬酰胺常用于氨基酸輸液，以及具有降壓、平喘、抗消化性潰瘍、胃功能障礙等功能，并可用于治療心肌梗死、心肌代謝障礙、心力衰竭、心臟傳導阻滯、疲勞癥等。此外，L-天冬酰胺也是微生物培養和動物細胞培養重要的添加劑。L-叔亮氨酸是一種非蛋白原的手性氨基酸, 由于叔丁基的空間位阻大, 叔亮氨酸的衍生物可在不對稱合成中作為誘導不對稱的模板。隨著不對稱合成的發展, 叔亮氨酸的應用也非常廣泛。又由于占空間大的叔丁基鏈及其疏水性, 它在多肽的合成中能夠很好地控制分子構象, 增加多肽的疏水性和受酶降解的穩定性, 因此在藥物和生物應用中正迅速地發展, 用于抗癌、抗艾滋病等藥物和生物抑制劑及肽等。

光學純的內酯化合物以及相應的水解產物羥基酸是重要的手性合成中間體，其中D-泛解酸內酯 （俗稱D-泛內酯）作為一種重要的飼料添加劑以及日化產品的合成前體，年產量達到上萬噸。其他許多光學純手性γ-內酯以及相應的羥基酸也是重要手性精細化工產品合成的前體。 本項目使用我們自行開發的固定化左旋內酯水解酶，立體選擇性地催化左旋內酯的水解，水解產物羥基酸在強酸環境中進行內酯化，即可獲得高光學純度的左旋內酯；而剩余未水解的產物，在強堿環境中進行消旋化得到消旋的底物內酯，重新用于水解拆分。固定化酶催化劑可以重復使用幾十次，極大地降低了催化劑的成本。 本技術可應用于多種手性內酯產品的拆分生產，包括D-泛內酯以及其他系列內酯化合物，比如α-羥基-γ-丁內酯和β-羥基-γ-丁內酯，2-羥基-4-取代-4-丁內酯等，具有非常高的立體選擇性，產品光學純度達到94.8% ～ 99%。

研發階段/n本發明公開了一種促進靈芝酸或靈芝多糖生物合成的發酵方法。本發明對靈芝細胞生長階段和產物合成階段所需要的條件進行了考察，依據靈芝細胞生長和產物合成階段所需環境條件的不一致性，分別考察了ｐＨ兩階段、溶氧兩階段的控制策略對靈芝酸和靈芝多糖生物合成的影響，在此基礎上，結合中間補料策略，又分別考察了ｐＨ兩階段、溶氧兩階段控制策略或補料策略相互協同在一起后對靈芝酸和靈芝多糖生物合成的影響。試驗結果說明，無論是分別采用ｐＨ值兩階段控制策略、溶氧濃度兩階段控制策略或是將ｐＨ兩階段控制策略、溶氧濃度兩階段

本發明提供一種脂肪酸修飾的有機熒光染料生物探針，該有機熒光染料生物探針是在有機熒光染料或量子點上連接脂肪酸形成的有機熒光染料探針或量子點探針。本發明的效果是該生物探針制備方法簡單，對絲狀菌細胞具有較好的標記靶向性，為標記絲狀菌細胞進行污泥膨脹的預警研究提供方便。在標記過程中增加了生物探針與絲狀菌細胞的生物相容性。該生物探針對絲狀菌的毒性低，靈敏度高，使用量少。

全球氨基酸市場需求增長勢頭強勁，年均增長5.6%以上。2017年，全球年產量已達850萬噸，總銷售額超百億美元。目前，氨基酸的生產主要有三種方法，包括微生物發酵法、化學合成法和酶法水解法等。其中，微生物發酵法因其產能高、成本低等優勢，作為最主要的方法，生產了全球總產量85%以上的氨基酸。為應對不斷升級的市場需求，氨基酸發酵企業亟需提高發酵產量和拓展氨基酸品種，而關鍵在于獲得氨基酸高產菌株。現有的氨基酸高產菌株篩選方法如氨基酸類似物篩選法，存在毒性高、陽性率低及種類受限等問題，無法滿足篩選需求。因此，開發全新的氨基酸高產菌株篩選方法具有十分重要的科學意義和應用價值。 項目組通過增加序列中稀有密碼子的數量來提高蛋白翻譯所需氨基酸濃度的“門檻值”，利用必需基因和顏色蛋白編碼基因，建立了氨基酸高產菌株的選擇和篩選體系，并證明了該方法在大腸桿菌和谷氨酸棒狀桿菌中的可行性。本研究為氨基酸高產菌株的篩選提供了新系統，理論上可用于任何一種天然氨基酸高產菌株的篩選，同時也為氨基酸高產機制的發現提供了新思路，可用于氨基酸發酵生產中優良菌株的構建，進而推動氨基酸市場的增長，促進氨基酸在飼料、食品、醫藥等民生領域的應用。 目前，微生物細胞工廠的遺傳改造已經基本完成，正在進一步的改造。發酵生產的濃度、產率和速率都達到國際先進水平。進一步的提高正在研究進行中。

成果簡介：單葡糖醛酸基甘草次酸（GAMG）和甘草次酸（GA）是甘草酸的兩 種改性衍生物，具有比甘草酸更優良的抗炎癥、抗過敏、抗病毒、抗腫瘤等功效，在醫藥、化妝品行業具有廣泛應用。此外，GAMG 還是一種高甜度（其 甜度是蔗糖的 1000 多倍）、低熱量的天然功能性甜味劑。由于化學改性法鍵 選擇性低，很難將甘草酸定向轉化為 GAMG 或 GA，且化學法對生產設備要