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成果簡介： 為解決葡萄糖酸及其復合鹽生產過程中的酸堿污染及催化劑成本高的難題，引入固定化葡萄糖氧化酶和過氧化氫酶一步催化技術，實現了產物的連續化生產，綠色環保并大幅度降低了成本。在此過程中，調控了固定化介質的表面性質，提高了固定化酶的活性和穩定性；改變了固定化酶的pH耐受性，可在不加酸堿中和低pH下催化反應，大幅度降低了廢水處理的難度。

本發明公開了一種ZnFe2O4納米顆粒-ZnO納米纖維復合納米材料及其制備方法。首先采用共電紡絲方法，沉積得到復合納米纖維，然后經過適宜的退火工藝制得ZnFe2O4納米顆粒-ZnO納米纖維復合納米材料，ZnFe2O4納米顆粒均勻穩定的附著在ZnO納米纖維上。另外，本發明首次將ZnFe2O4納米顆粒-ZnO納米纖維復合納米材料用于葡萄糖色比傳感測試，測試方法簡單且靈敏度高。ZnFe2O4-ZnO形成II型異質節半導體，交叉的能級結構有利于減小載流子的復合，提高其催化性能、傳感性能。另外，將ZnFe2O4納米顆粒復合到ZnO納米纖維上解決了顆粒團聚問題，進一步增強了其催化性能與傳感性能。

葡萄糖酸和山梨醇都是用途非常廣泛的化工原料。目前山梨醇的生產主要是通過化學催化 加氫裂解葡萄糖得到的，這是一種高能耗、高分離成本且高污染的生產工藝。生物法生產山梨 醇主要利用運動發酵單孢菌周質空間內的葡萄糖果糖氧化酶催化氧化還原果糖和葡萄糖得到， 反應過程簡單，條件溫和且環境友好。但生物法的底物葡萄糖和果糖相對于產物來講是價格不 菲的。因此，分別利用價格低廉的菊芋生物質原料替代果糖和木薯淀粉質生物質代替葡萄糖來 生產山梨醇和葡萄糖酸可以大大提高該生產過程的經濟性。 本項目的菊芋生物質生產葡萄糖酸和山梨醇技術采用華東理工大學研發的利用固定化運 動發酵單胞菌同時催化菊芋果糖和木薯葡萄糖生產高濃度山梨醇和葡萄糖酸的技術。該技術主 要包括高濃度菊芋果糖和木薯葡萄糖混合水解液的生產、重組運動發酵單胞菌的細胞固定化和 利用運動發酵單孢菌催化果糖和葡萄糖生產高濃度山梨醇和葡萄糖酸等主要工序。其中，高濃 度菊芋果糖和木薯葡萄糖混合水解液的制備采用同一種糖化酶同時催化菊芋聚果糖的酶解和木 薯淀粉的酶解，避免了昂貴的多酶組分的添加，有效降低了催化底物-葡萄糖和果糖的生產成 本；運動發酵單胞菌的細胞固定化則實現了催化細胞的循環使用，降低了催化成本；利用運動 發酵單孢菌催化果糖和葡萄糖生產高濃度山梨醇和葡萄糖酸則可得到濃度達20%以上的山梨醇 溶液，大大降低了后續的分離成本，果糖和葡萄糖轉化率都在90%以上。

2-酮基-D-葡萄糖酸 (2-keto-D-gluconic acid，2KGA) 是工業上大規模生產的一種有機酸，主 要用于食品抗氧化劑D-異抗壞血酸及D-異抗壞血酸鈉的合成。本項目采用氧化葡萄糖酸桿菌 靜息細胞轉化法生產2-KGA。轉化反應體系中，底物葡萄糖濃度達到300g/l左右，2-KGA的產 率在95%以上，時空產率達到13.48g/l/h。國內外報道的最高發酵生產水平是11.4g/l/h。 現有的2-KGA生產，主要通過熒光假單胞菌發酵葡萄糖或淀粉水解糖。工藝面臨的主要問 題是抗噬菌體菌株的篩選、連續發酵的周期長、菌體與CaSO4 的分離等。 本項目采用靜息細 胞轉化法生產2-KGA。本項目和發酵法比較，具有轉化反應簡單、易控制、時間短、后處理容 易等優勢。

隨著環境保護和可持續發展的呼聲日益高漲， 以天然可再生資源開發生產綠色環保、性能優良的表面活性劑 已成為當代潮流。我國淀粉資源豐富，利用淀粉水解物——葡 萄糖為原料，開發環保高效的表面活性劑具有很高的應用價值。 本項目在前期研究基礎上，設計開發一類新型的基于葡萄糖的 酯基季銨鹽陽離子表面活性劑，可應用于日用化工、農用化學 品、織物柔軟劑、皮革化工、造紙、礦物浮選、油田、涂料和 黏合劑等多個領域。

農業廢棄物中富含木糖，木糖以大分子的木聚糖的形式廣泛存在于植物半纖維素中，可通過水解等農林業副產物如玉米芯等獲得。如何利用廉價農業廢棄物中木糖發酵生產高附加值產物具有重要前景。本實驗室通過多年研究，挖掘出具有自主知識產權的可高效利用木糖生產γ氨基丁酸（GABA)的乳酸菌,L. buchneri WPZ001 可利用木糖或玉米芯水解液為碳源生長并高產 GABA。GABA 是中樞神經系統中一種抑制性神經遞質,在保健食品及飼料添加劑中用途廣泛，而目前其生產方法均為利用葡萄糖發酵生產。 本研究室研究發現：L. buchneri WPZ001 在以木糖為碳源的培養基中的生長和 GABA 合成情況均優于葡萄糖，在分別以木糖和玉米芯稀硫酸水解液為碳源的 1 L 規模的靜置發酵中，48 h 的 GABA 產量分別可達 70.1 g/L 和 61.2 g/L，優化后，GABA 產量進一步提升到 313.1 g/L。本技術以富含木糖的農業廢棄物為原料生產 GABA 的，不僅有助于降低 GABA 生產成本，還對再生資源的利用具有重要意義。 

1、成果來源、成果被評價及認定（發明專利授權號）等情況 本項目來源于國家“十二五”科技支撐計劃項目“大宗糧食綠色加工技術與 產品”中課題“玉米淀粉加工關鍵技術研究與示范（2012BAD34B07，479 萬元， 研究起止時間：2012.01-2014.12）”和國家自然科學基金“酶法選擇性合成單一 類型環糊精的控制策略研究（31101228，25 萬元，研究起止時間：2012.01- 2014.12）”，屬于農產品深加工科學技術領域。本項目累計申請發明專利 7 項（1 項獲授權），發表論文 11 篇（8 篇被 SCI 收錄），于 2015 年 7 月通過中國糧油學 會鑒定，獲國際先進評價。 2、主要技術內容、作用、對行業的意義，獲獎情況 CGT 酶生產環糊精最不利的條件之一是產物特異性差，給產物的分離純化 帶來很大不便。同時，CGT 酶存在的另一大缺陷是其熱穩定性較差，由于在環糊 精工業化生產中，底物淀粉首先要經過高溫糊化、液化處理，然后降溫至適當溫 度進行環化反應，若 CGT 酶能夠適應更高的反應溫度，勢必有助于提高反應效率， 因此，有必要改善 CGT 酶的熱穩定性，提高其催化效率，進而有效降低環糊精生20 產成本。本項目主要是通過改善 CGT 酶產物特異性和熱穩定性，提高該酶的使用 性能，將其應用于環糊精的工業化生產中，能顯著降低環糊精的生產成本，促進 環糊精在各個領域的廣泛應用。因此，隨著環糊精在食品、醫藥等領域中的應用 越來越廣闊，開發改善 CGT 酶使用性能的關鍵技術顯得尤為重要，具有很好的推 廣應用前景。 3、成果的技術指標、創新性與先進性 本項目在長期從事淀粉生物轉化研究的基礎上，針對環糊精工業化生產過程 中 CGT 酶的產物特異性和熱穩定性較差問題，通過深入研究和不懈努力，逐步改 善了 CGT 酶的產物特異性和熱穩定性，突破了關鍵技術，并實現了具有理想產物 特異性和熱穩定性的β-CGT 酶突變體在酶法生產β-環糊精中的應用。該酶使用 性能改善易操作，具有很好的應用價值，技術位于國際領先水平。與國內外同類 技術相比，具有以下創新： ①針對 CGT 酶產物特異性較差的問題，確定了 CGT 酶的產物特異性與其一級 結構的相關性，獲得構建具有理想產物特異性的 CGT 酶突變體的簡單可行方法， 為從本質上改善 CGT 酶的產物特異性提供理論基礎； ②針對 CGT 酶熱穩定性較差的問題，采用定點突變技術闡明了重要氨基酸殘 基對 CGT 酶熱穩定性產生影響的規律，獲得了構建具有理想熱穩定性的 CGT 酶突 變體的簡單可行方法，為從根本上改善 CGT 酶的熱穩定性打下了基礎； ③ CGT 酶使用性能的改善方法簡單易行，所得到具有理想產物特異性和熱 穩定性的酶突變體可直接應用于β-環糊精的工業化生產，能提高β-環糊精的得 率，降低β-環糊精的生產成本。 

環糊精在食品、香料、醫藥、農藥、化工等行業有著廣泛的應用。本項目通過基因工程技術構建了高效表達?-CGT 酶工程菌，通過發酵優化，發酵液酶活達到 100 U/ml (以?-環糊精的生成速率計)以上，70400 U/ml (以水解活性計)，具有發酵周期短，工藝簡單易控等特點。發酵結束后發酵液過濾除菌可以直接作 為酶液進行轉化反應。此外，通過蛋白質工程技術改造了酶的產物特異性，當以15%淀粉為底物時，環糊精總轉化率達到 55%以上，其中α-環糊精含量達到 85％以上

D-異抗壞血酸作為維生素 C 的光學異構體，具有抗氧化作用強、氧化速度慢等優點，廣泛應用于食品、醫藥、化工等工業領域。2-酮基-D-葡萄糖酸是 D-異抗壞血酸的前體。經篩選獲得一株以(NH4)2SO4 為唯一氮源的高產 2-酮基-D-葡萄糖酸菌株，在 30L 發酵罐中，發酵時間 42 h；產量達到 265.8 g/L，糖酸轉化142率為 1.04 g/g。在 500 L 發酵罐中，發酵 48 h，產量達到 220 g/L，糖酸轉化率 0.99 g/g。此生產菌株在發酵過程中無副產物生成，所得產品純度高。 

全銅高仿真復制