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L-甲硫氨酸廣泛應(yīng)用于飼料業(yè)，是家禽飼料中首選的限制性氨基酸。L-甲硫氨酸是強(qiáng)肝解毒劑、促進(jìn)發(fā)育劑，當(dāng)缺乏時(shí)會(huì)引起食欲減退。甲硫氨酸廣泛應(yīng)用于營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充與畜產(chǎn)飼料，由于甲硫氨酸容易被雞吸收而轉(zhuǎn)變?yōu)殡u肉蛋白，在雞飼料中添加甲硫氨酸，可少耗飼料，并使雞肉生長(zhǎng)健全。L-甲硫氨酸合成方法主要為化學(xué)合成法和微生物發(fā)酵法兩種。因化學(xué)合成法會(huì)產(chǎn)生大量有害物質(zhì)，微生物發(fā)酵法生產(chǎn)甲硫氨酸越來越受到關(guān)注。本實(shí)驗(yàn)室以谷氨酸棒狀桿菌為出發(fā)菌株，通過代謝工程技術(shù)手段進(jìn)行基因敲除和敲入，以達(dá) 到“開源節(jié)流”，即增強(qiáng) L-甲硫氨酸合成路徑代謝流，抑制或阻斷旁路途徑代謝流，最終提高 L-甲硫氨酸產(chǎn)率，目前中間菌株產(chǎn)率已達(dá) 21 mmol/L，具有重要的應(yīng)用前景。 

L-蘇氨酸在食品、飼料、醫(yī)藥和化妝品等領(lǐng)域的用量呈長(zhǎng)期穩(wěn)定增長(zhǎng)趨勢(shì)，尤其在飼料添加劑中增長(zhǎng)最為迅速。以添加了 L-蘇氨酸的低蛋白配方飼料作為家禽日糧，不但可以緩解天然蛋白的匱乏，減少動(dòng)物氨的排放，還能提高家禽的生產(chǎn)性能。而在醫(yī)藥領(lǐng)域，L-蘇氨酸除了用于氨基酸輸液之外，隨著人類保健意 識(shí)的提高，各類氨基酸保健飲品涌現(xiàn)市場(chǎng)，L-蘇氨酸是必不可少的配方成分。L-蘇氨酸有望取代色氨酸，成為繼賴氨酸和甲硫氨酸之后第三大發(fā)展最迅速的氨基酸。因此 L-蘇氨酸產(chǎn)業(yè)迫切需要提高產(chǎn)量，降低成本，以滿足市場(chǎng)需求。本實(shí)驗(yàn)室以谷氨酸棒狀桿菌為出發(fā)菌株，通過代謝工程技術(shù)手段進(jìn)行基因敲除和敲入，對(duì)關(guān)鍵基因進(jìn)行了測(cè)序、蛋白結(jié)構(gòu)解析及定向改造，以達(dá)到“開源節(jié)流”，即增強(qiáng) L-蘇氨酸合成路徑代謝流，抑制或阻斷旁路途徑代謝流，最終提高L-蘇氨酸產(chǎn)率近 20 倍，具有較好的應(yīng)用前景。

全球氨基酸市場(chǎng)需求增長(zhǎng)勢(shì)頭強(qiáng)勁，年均增長(zhǎng)5.6%以上。2017年，全球年產(chǎn)量已達(dá)850萬噸，總銷售額超百億美元。目前，氨基酸的生產(chǎn)主要有三種方法，包括微生物發(fā)酵法、化學(xué)合成法和酶法水解法等。其中，微生物發(fā)酵法因其產(chǎn)能高、成本低等優(yōu)勢(shì)，作為最主要的方法，生產(chǎn)了全球總產(chǎn)量85%以上的氨基酸。為應(yīng)對(duì)不斷升級(jí)的市場(chǎng)需求，氨基酸發(fā)酵企業(yè)亟需提高發(fā)酵產(chǎn)量和拓展氨基酸品種，而關(guān)鍵在于獲得氨基酸高產(chǎn)菌株。現(xiàn)有的氨基酸高產(chǎn)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(fā)全新的氨基酸高產(chǎn)菌株篩選方法具有十分重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。 項(xiàng)目組通過增加序列中稀有密碼子的數(shù)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(chǎn)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(chǎn)菌株的篩選提供了新系統(tǒng)，理論上可用于任何一種天然氨基酸高產(chǎn)菌株的篩選，同時(shí)也為氨基酸高產(chǎn)機(jī)制的發(fā)現(xiàn)提供了新思路，可用于氨基酸發(fā)酵生產(chǎn)中優(yōu)良菌株的構(gòu)建，進(jìn)而推動(dòng)氨基酸市場(chǎng)的增長(zhǎng)，促進(jìn)氨基酸在飼料、食品、醫(yī)藥等民生領(lǐng)域的應(yīng)用。 目前，微生物細(xì)胞工廠的遺傳改造已經(jīng)基本完成，正在進(jìn)一步的改造。發(fā)酵生產(chǎn)的濃度、產(chǎn)率和速率都達(dá)到國際先進(jìn)水平。進(jìn)一步的提高正在研究進(jìn)行中。

全球氨基酸市場(chǎng)需求增長(zhǎng)勢(shì)頭強(qiáng)勁，年均增長(zhǎng)5.6%以上。2017年，全球年產(chǎn)量已達(dá)850萬噸，總銷售額超百億美元。目前，氨基酸的生產(chǎn)主要有三種方法，包括微生物發(fā)酵法、化學(xué)合成法和酶法水解法等。其中，微生物發(fā)酵法因其產(chǎn)能高、成本低等優(yōu)勢(shì)，作為最主要的方法，生產(chǎn)了全球總產(chǎn)量85%以上的氨基酸。為應(yīng)對(duì)不斷升級(jí)的市場(chǎng)需求，氨基酸發(fā)酵企業(yè)亟需提高發(fā)酵產(chǎn)量和拓展氨基酸品種，而關(guān)鍵在于獲得氨基酸高產(chǎn)菌株。現(xiàn)有的氨基酸高產(chǎn)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(fā)全新的氨基酸高產(chǎn)菌株篩選方法具有十分重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。 項(xiàng)目組通過增加序列中稀有密碼子的數(shù)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(chǎn)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(chǎn)菌株的篩選提供了新系統(tǒng)，理論上可用于任何一種天然氨基酸高產(chǎn)菌株的篩選，同時(shí)也為氨基酸高產(chǎn)機(jī)制的發(fā)現(xiàn)提供了新思路，可用于氨基酸發(fā)酵生產(chǎn)中優(yōu)良菌株的構(gòu)建，進(jìn)而推動(dòng)氨基酸市場(chǎng)的增長(zhǎng)，促進(jìn)氨基酸在飼料、食品、醫(yī)藥等民生領(lǐng)域的應(yīng)用。 目前，微生物細(xì)胞工廠的遺傳改造已經(jīng)基本完成，正在進(jìn)一步的改造。發(fā)酵生產(chǎn)的濃度、產(chǎn)率和速率都達(dá)到國際先進(jìn)水平。進(jìn)一步的提高正在研究進(jìn)行中。

成果描述：采用高效預(yù)處理、低溫酶萃取、鹽析和膜分離等成套技術(shù)，從新鮮動(dòng)物皮、魚皮、魚鱗等不同原料中制備未變性膠原蛋白，解決了獲取大量高純度、未變性的化妝品用和醫(yī)用生物活性膠原的技術(shù)難題；掌握了通過物理與化學(xué)改性手段調(diào)控未變性膠原的熱穩(wěn)定性、流變學(xué)等性能的方法和原理，為未變性化妝品用和醫(yī)用膠原的產(chǎn)業(yè)化利用提供了技術(shù)支撐。目前，化妝品用和醫(yī)用生物活性膠原蛋白生產(chǎn)技術(shù)已分別在成都新際生物活性膠原開發(fā)有限公司和廣東勝馳生物科技有限公司成功實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)與天然膠原標(biāo)準(zhǔn)品一致，經(jīng)濟(jì)效益顯著，具有較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。市場(chǎng)前景分析：生物活性膠原即未變性膠原，具有三股螺旋結(jié)構(gòu)，分子量為30萬，能夠促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)、可生物降解，且生物相容性與機(jī)械力學(xué)性能良好，已廣泛用于美容護(hù)膚、組織工程等領(lǐng)域。膠原作為一種高技術(shù)含量的生物材料在生物醫(yī)學(xué)、化妝品等領(lǐng)域具有巨大的潛在市場(chǎng)。首先生物活性膠原作為一種生物材料本身具有無限的生命力，是全世界科學(xué)家都在研究開發(fā)的新型材料之一，國內(nèi)當(dāng)前處于探索性開發(fā)階段，因此只要抓住這個(gè)先機(jī)將來就可以獲得良好的回報(bào)；其次生物活性膠原的深加工產(chǎn)品擁有巨大的消費(fèi)群體，這主要是由于生物活性膠原具有其它化妝品的活性成分所無可比擬的增強(qiáng)皮膚彈性，祛除細(xì)小皺紋，優(yōu)良的保濕、護(hù)膚的確切效果，先期投入的第一代產(chǎn)品已被市場(chǎng)認(rèn)可。目前，本項(xiàng)目的先期產(chǎn)品技術(shù)已在成都、廣東的2家公司實(shí)現(xiàn)生物活性膠原原料的產(chǎn)業(yè)化，制備的精華液、面膜、眼貼膜等護(hù)膚產(chǎn)品市場(chǎng)反應(yīng)效果良好，作為醫(yī)用膠原海綿、骨修復(fù)材料的原料也即將投入市場(chǎng)，產(chǎn)品市場(chǎng)仍存在很大的開拓空間。與同類成果相比的優(yōu)勢(shì)分析：化妝品用和醫(yī)用生物活性膠原液體（4mg/mL）每毫升售價(jià)約為20元，而生產(chǎn)成本每毫升僅約為2元，因此每公斤生物活性膠原液體的利潤(rùn)為1.8萬元。可見，本項(xiàng)目技術(shù)生產(chǎn)的未變性膠原功能材料具有很大的利潤(rùn)空間，經(jīng)濟(jì)效益非常顯著，具有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

本發(fā)明公開了一種適合骨再生修復(fù)的生物活性多孔結(jié)構(gòu)支架，該支架包括內(nèi)、外支架兩部分，內(nèi)支架被外支架包圍，所述的內(nèi)、外支架均是內(nèi)部孔道結(jié)構(gòu)完全貫通的多孔支架，其中所述的外支架具有高的孔隙率和高的力學(xué)強(qiáng)度，所述的內(nèi)支架具有比外支架慢的降解速度，同時(shí)又具有高的力學(xué)強(qiáng)度，本發(fā)明的支架具有好的力學(xué)匹配性能，生物降解性能和骨組織修復(fù)性能，而且支架的形狀，尺寸可控，孔徑大小可控，支架中的內(nèi)支架、外支架的材料組成和材料的分布可控。同時(shí)，本發(fā)明還提供了多孔結(jié)構(gòu)支架的制造方法，該方法簡(jiǎn)單，方便，生產(chǎn)成本低，能夠?qū)崿F(xiàn)按骨缺損修復(fù)的需求個(gè)性化定制相應(yīng)的按需求分級(jí)降解的多孔支架。

采用高效預(yù)處理、低溫酶萃取、鹽析和膜分離等成套技術(shù)，從新鮮動(dòng)物皮、魚皮、魚鱗等不同原料中制備未變性膠原蛋白，解決了獲取大量高純度、未變性的化妝品用和醫(yī)用生物活性膠原的技術(shù)難題；掌握了通過物理與化學(xué)改性手段調(diào)控未變性膠原的熱穩(wěn)定性、流變學(xué)等性能的方法和原理，為未變性化妝品用和醫(yī)用膠原的產(chǎn)業(yè)化利用提供了技術(shù)支撐。目前，化妝品用和醫(yī)用生物活性膠原蛋白生產(chǎn)技術(shù)已分別在成都新際生物活性膠原開發(fā)有限公司和廣東勝馳生物科技有限公司成功實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)與天然膠原標(biāo)準(zhǔn)品一致，經(jīng)濟(jì)效益顯著，具有較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

蛋白多肽是將食品蛋白質(zhì)進(jìn)行酶解或發(fā)酵之后產(chǎn)生的生物活性肽段，具有調(diào)節(jié)免疫、控制血壓、降糖降脂、抑菌抗炎、抗氧化、促進(jìn)礦物元素吸收等多種重要的生理功能。蛋白多肽比蛋白質(zhì)本身 更容易被人體吸收利用，快速發(fā)揮其生理功能。蛋白多肽可以作為保健食品的功能原料以液體或片劑直接利用，也可以作為營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化成分用于大宗食品的生產(chǎn)，具有很好的市場(chǎng)潛力。

超臨界二氧化碳動(dòng)力循環(huán)（簡(jiǎn)稱sCO2循環(huán)），采用超臨界CO2為工作介質(zhì)實(shí)現(xiàn)熱功轉(zhuǎn)換，具有三個(gè)優(yōu)勢(shì)：①CO2化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，高溫下與金屬材料反應(yīng)弱，為進(jìn)一步提高主蒸汽參數(shù)奠定了基礎(chǔ)。②當(dāng)主蒸汽溫度超過550℃ 時(shí)，sCO2循環(huán)效率高于水蒸汽朗肯循環(huán)。③sCO2循環(huán)整個(gè)系統(tǒng)高壓運(yùn)行，系統(tǒng)緊湊。在燃煤發(fā)電、核能、太陽能、余熱利用等領(lǐng)域具備應(yīng)用前景。 2017年以來，華北電力大學(xué)徐進(jìn)良教授團(tuán)隊(duì)在國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金委重點(diǎn)基金、國家能源集團(tuán)重大項(xiàng)目的支持下，對(duì)sCO2燃煤發(fā)電系統(tǒng)的熱力循環(huán)構(gòu)建、超臨界CO2傳熱特性、sCO2鍋爐及透平等關(guān)鍵部件概念設(shè)計(jì)等開展了研究，取得了重要進(jìn)展。相關(guān)成果獲得中國電力科學(xué)技術(shù)杰出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)，基于相關(guān)成果獲評(píng)全國高校黃大年式教師團(tuán)隊(duì)，接受科技日?qǐng)?bào)專訪：加上高溫高壓二氧化碳也能當(dāng)發(fā)電“能手”，重點(diǎn)論文入選SDG7研究論文精選集，該文集是過去5年Elsevier能源類期刊針對(duì)聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的精選論文（中國約20篇），是能源領(lǐng)域發(fā)展的關(guān)鍵性研究資源。具體成果如下： 1、超臨界二氧環(huán)塔燃煤發(fā)電循環(huán)構(gòu)建關(guān)鍵技術(shù) 引入?yún)f(xié)同學(xué)，提出多級(jí)壓縮sCO2循環(huán)，結(jié)合再熱及間冷，構(gòu)成sCO2循環(huán)提升效率的廣義路徑。是國家能源集團(tuán)sCO2燃煤發(fā)電技術(shù)路線的基礎(chǔ)。提出能量復(fù)疊利用原理解決循環(huán)與熱源耦合面臨的煙氣熱量全溫區(qū)吸收難題，是國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目中sCO2燃煤發(fā)電煙氣余熱吸收的關(guān)鍵技術(shù)。相關(guān)技術(shù)已授權(quán)美國專利1項(xiàng)，中國專利4項(xiàng)。 2、sCO2鍋爐關(guān)鍵技術(shù) 圍繞sCO2燃煤發(fā)電鍋爐面臨的關(guān)鍵難點(diǎn)問題，使用分流減阻、模塊化設(shè)計(jì)鍋爐解決壓降懲罰效應(yīng)，相關(guān)成果獲得國內(nèi)外廣泛應(yīng)用。提出受熱面溫度控制技術(shù)，形成鍋爐鍋側(cè)與爐側(cè)協(xié)同設(shè)計(jì)方法。獲得燃煤sCO2循環(huán)及全生命周期特性，構(gòu)建循環(huán)側(cè)動(dòng)態(tài)響應(yīng)及尺度標(biāo)度律，解決機(jī)組深度調(diào)峰關(guān)鍵問題，從效率、經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)態(tài)特性等方面全面論證了sCO2燃煤發(fā)電優(yōu)勢(shì)。相關(guān)技術(shù)已授權(quán)中國專利3項(xiàng)。 3、sCO2傳熱及換熱器關(guān)鍵技術(shù) 提出類沸騰理論，建立高溫高壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)，具備取得數(shù)據(jù)的能力，能夠?qū)CO2循環(huán)關(guān)鍵受熱面的流動(dòng)阻力、傳熱系數(shù)進(jìn)行精確預(yù)測(cè)，關(guān)聯(lián)式精度明顯改善，并在此基礎(chǔ)上提出了sCO2水冷壁設(shè)計(jì)，對(duì)超臨界應(yīng)用技術(shù)開發(fā)具有廣義指導(dǎo)意義。相關(guān)成果被國家能源集團(tuán)新能源研究院、西安熱工院等相關(guān)研究機(jī)構(gòu)廣泛引用，推動(dòng)了我國sCO2燃煤發(fā)電技術(shù)的發(fā)展。同時(shí)具備回?zé)崞鞯脑O(shè)計(jì)能力，形成了sCO2多臺(tái)回?zé)崞鱾鞑⒙?lián)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)技術(shù)。 4、太陽能光熱發(fā)電與低品位能源利用技術(shù) 科研團(tuán)隊(duì)對(duì)中高溫超臨界二氧化碳太陽能發(fā)電的系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有豐富經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)在中低溫太陽能與余熱利用領(lǐng)域深耕多年。自主研發(fā)了有機(jī)朗肯循環(huán)ORC發(fā)電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了專利向企業(yè)轉(zhuǎn)讓，推動(dòng)了ORC在余熱利用、制氫、海水淡化等領(lǐng)域的工程應(yīng)用，對(duì)系統(tǒng)熱力學(xué)優(yōu)化及工質(zhì)篩選、多目標(biāo)參數(shù)優(yōu)化及全生命周期評(píng)價(jià)、膨脹機(jī)中多相流理論及實(shí)驗(yàn)等方面具有深厚基礎(chǔ)。相關(guān)技術(shù)已授權(quán)中國專利10項(xiàng)。 超高參數(shù)CO2流動(dòng)傳熱實(shí)驗(yàn)平臺(tái)（包括主循環(huán)回路系統(tǒng)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、工質(zhì)充液回收系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，最大運(yùn)行壓力和溫度分別為25MPa和500oC，實(shí)現(xiàn)全周均勻加熱和半周非均勻加熱，獲得了豐富的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，彌補(bǔ)了超高參數(shù)傳熱數(shù)據(jù)的不足，為發(fā)展新的超臨界傳熱理論提供數(shù)據(jù)支撐，為鍋爐設(shè)計(jì)提供第一手?jǐn)?shù)據(jù)資料。） 1000MW級(jí)sCO2燃煤發(fā)電系統(tǒng)圖（采用了以下創(chuàng)新性成果：鍋爐模塊化設(shè)計(jì)，消除了壓降懲罰效應(yīng)；引入?yún)f(xié)同學(xué)原理，構(gòu)建了三壓縮循環(huán)；能量復(fù)疊利用原理，實(shí)現(xiàn)煙氣熱量全溫區(qū)吸收。在透平入口參數(shù)為630℃/35 MPa條件下，發(fā)電效率達(dá)到51%，比現(xiàn)有超超臨界水蒸氣機(jī)組提高4個(gè)百分點(diǎn)。） 團(tuán)隊(duì)通過原始創(chuàng)新，在該領(lǐng)域具備較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，能夠獨(dú)立承擔(dān)該領(lǐng)域的項(xiàng)目。同時(shí)在本領(lǐng)域具有較強(qiáng)的影響力，與國內(nèi)多家高校團(tuán)隊(duì)、科研院所、重點(diǎn)企業(yè)有實(shí)質(zhì)合作。 創(chuàng)新點(diǎn) 1、提出了能量復(fù)疊利用原理及設(shè)備共享概念，解決了sCO2循環(huán)平臺(tái)搭建關(guān)鍵難題。 2、發(fā)明了模塊化二氧化碳鍋爐，消除了由于大流量引起的壓降懲罰效應(yīng)，為sCO2鍋爐的研發(fā)提供可行的技術(shù)路徑； 3、提出了超臨界類沸騰理論，建立了超高參數(shù)二氧化碳傳熱系統(tǒng)，為sCO2換熱器設(shè)計(jì)制造提供支撐。 應(yīng)用案例 本成果是國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目：“超高參數(shù)高效二氧化碳燃煤發(fā)電基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究”的主要支撐，是國家自然科學(xué)基金委重點(diǎn)項(xiàng)目的主要研究對(duì)象，同時(shí)本成果應(yīng)用于我國國家能源集團(tuán)~20MW燃煤超臨界二氧化碳平臺(tái)設(shè)計(jì)。 獲獎(jiǎng)情 獲得中國電力科學(xué)技術(shù)杰出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)。