English | 繁体 | RSS | 网站地图 | 收藏 | 邮箱 | 联系我们
首页 新闻 机构 科研 院士 人才 教育 合作交流 科学普及 出版 信息公开 专题 访谈 视频 会议 党建 文化
  您现在的位置: 首页 > 专题 > 旧专题 > 创新专题 > 科学思想库——中国科学院创新案例 > 《科技创新案例》摘录
发挥学科优势,建设绿色化学大产业
——微生物发酵生产长链二元酸
  文章来源: 发布时间:2003-11-17 【字号: 小  中  大   

陈远童 微生物学专家。1941年11月生于广东普宁,1966年毕业于北京大学化学系有机化学专业。现任中国科学院微生物研究所研究员,博士生导师。

从1972年起,跟随已故的中科院院士方心芳教授,在石油微生物领域,从事基础理论研究和应用开发研究。1986年,在方教授的推荐下,成为课题组负责人。一直承担单一长链二元酸系列产品的应用开发研究,通过国家“八五”和“九五”科技攻关,使长链二元酸技术水平和开发水平处于国际领先地位。获国家“八五”攻关重大科技成果奖1项,获国家“九五”攻关优秀成果奖1项,获中科院发明奖一等奖和三等奖各1项,获省部级成果奖多项。获国家发明专利5项。发表30多篇学术论文;技术成果转让多家工厂。1999年底,已在山东淄博建成国际上首家千吨二元酸发酵工厂,产品远销欧美和日本,取得可观的经济和社会效益。

微生物所经过三十年的努力,在发酵生产长链二元酸系列产品和产业化方面作出优异成绩。尤其是通过“八五”和“九五”的国家科技攻关,取得突破性进展,两项国家攻关成果,均被专家评定为国际领先水平。在国内建成国际上首家千吨级二元酸生产工厂。

微生物所在长链二元酸的研发方面能取得今天的国际领先水平成绩,首先应归功于已故的中科院院士、工业微生物学家、微生物所原副所长方心芳教授。在他的指导下,从1970年开始进行微生物正烷烃代谢产物和代谢途径的基础理论研究,发现代谢产物中有二羧酸,通过调研,认识到长链二元酸是一种用途极其广泛的重要的精细化工产品,它们是化工上合成高性能尼龙工程塑料,高档服装用热熔胶、高级香料、高级油漆和涂料等的重要原材料,国家很需要。但长链二元酸自然界中不存在,化工方法难以合成,如能通过生物技术生产,不但可以开辟长链二元酸的新来源,而且是一门新兴的绿色化学工业,不但具有重大的科学意义,而且具有广阔的应用前景。

方教授带领我们进行微生物发酵生产混合长链二元酸的应用开发研究,1979年获国家发明奖三等奖。1986年,方教授因为年事已高,身体又有病,决定退居二线,推荐我为课题组长。

我在方教授开创的石油微生物领域,继续进行单一长链二元酸系列产品的应用开发研究。微生物发酵生产长链二元酸是二十世纪七十年代发展起来的高新技术,是一个新兴的发酵领域(石油发酵)。石油发酵是一个油、水、气和菌体的四相体系,它不同于以往的糖发酵只有水、气和菌体三相体系。在菌体培育、发酵工艺和产物的分离提取方面,为实现大规模工业化生产,我们进行了系统探索、研究和总结。

菌株培育 我们通过常规方法和生物技术方法相结合,对生产菌株进行反复的诱变和筛选,先后从15000多株突变株中培育出6株专门生产C12-C17各种长链二元酸的优良高产突变株,这是我们取得极大成功的最关键因素。微生物氧化正烷烃生成二元酸,有两大关键酶系,ω-氧化酶活力越强,氧化正烷烃生成二元酸越快,产酸量越高;而β-氧化酶活力越弱,生成的长链二元酸越难被进一步氧化降解,与基质正烷烃链长相同的二元酸才积累越多,产品纯度越高。我们还发现,微生物氧化正烷烃生成二元酸具有基质特异性。根据这些特性,我们设计出与众不同的筛选方法,经过长期努力,终于培育出6株生产C12-C17各种长链二元酸的高产菌株,摇瓶产酸水平分别从每升十几克、几十克提高到一百克左右。

发酵条件和发酵工艺的优化 培育出高产菌株,已经成功了一半,但如果不根据石油发酵特点对发酵条件和发酵工艺进行不断优化,也不可能获得最理想的结果。我们发现石油微生物在同化和氧化正烷烃生长和产酸的过程中,有一个潜伏期,它与以往的糖发酵不同,糖溶于水,接种后能马上生长;而烷烃不溶于水,必须经过一段时间的乳化,菌体才能接触到烷烃原料,才能生长和产酸。根据这个特点,我们采用物理和生物的方法,加速烷烃乳化,缩短潜伏期,达到提高产酸量的目的,从而在2吨罐中试和20吨罐工业生产时,配合其它条件的优化控制,产酸量从每升100克以下逐渐提升到150克到200克的国际领先水平。

产物的分离提取和精制 后处理中碰到的第一个难题是残存烷烃的除去,这个问题不解决,后处理相当困难,产品质量很差,影响应用,国内外一般采用高速离心机处理,既费时费电,效果还不理想。我们经过长期试验,终于找到一种简便、经济可行的破乳分层方法,残余烷烃能回收再用,既降低成本,又方便二元酸处理,提高产品质量。我们在后处理中,采用水代替有机溶剂进行分离提取和精制,受到工厂的欢迎,在山东淄博工业生产时,二元酸产品质量通过国家质量认证。

我们的最终目标是建设绿色化学大产业。微生物发酵法生产长链二元酸具有化工合成法无可比拟的优势。化工合成法只能生产十二碳二元酸,由于条件苛刻,合成工艺复杂,成本高,环境污染严重,此法虽然已有几十年历史,但至今年产量不足1万吨。而发酵法可以生产十一碳到十八碳的一系列长链二元酸,条件温和、常温常压、工艺简单、收率高、成本低、没有环境污染,可以大规模工业生产。微生物发酵生产长链二元酸是一种新兴的绿色化学产业,受到国内外科学家和企业家的高度重视,我们多项二元酸成果目前达到的技术水平和产业化规模处于国际领先地位。引起杜邦、通用电器、汉高和ADM等国际大公司的极大关注。

1999年国家计委和科技部组织编制的《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南》共138项,其中三项与长链二元酸有密切关系:1、高性能工程塑料;2、子午线轮胎生产技术和原料。3.高性能涂料。

2001年,长链二元酸作为三星级产品列入国家科技部、财政部和国家税务总局联合编制的“中国高技术产品目录”中向全国企业推荐(三星级代表技术水平最高和优先支持程度最高)。

山东淄博广通化工有限责任公司与我们合作,1999年建成一座国际上最大的二元酸发酵工厂,年生产能力约一千吨,该厂生产的产品远销欧美和日本,该公司计划在5年内把生产能力扩大到一万吨。上海凯赛生物技术公司转让我们的技术,在2002年底建成年产5000吨二元酸的生产工厂。我们正与中石化清江石油化工有限责任公司合作,第一期工程拟建年产3000吨的二元酸生产工厂,并已列入国家计委支持的高技术产业化示范工程。长链二元酸潜在市场巨大,争取把国内长链二元酸年生产能力继续扩大,并带动一大批相关行业的发展,逐渐形成产业链和产品树,形成具有中国特色和自主知识产权的绿色化学大产业。

作 者:陈远童

点 评:

陈先生一直从事长链二元酸产品的应用和开发研究,他在方心芳教授早期指引下,选定这个方向一干就是几十年。他和他的同事充分发挥微生物学科的优势,用微生物发酵生产自然界中并不存在的长链二元酸,终于形成了具有中国特色和自主知识产权的新兴绿色化学产业。这是应用与开发研究领域里的一个成功的案例。文中特别展示了科学家热爱事业,锲而不舍,一步一个脚印,一茬接一茬地向着既定目标奋斗不止的动人精神和取得的高技术成果,读者定能从中汲取力量,受到鼓舞。

  打印本页 关闭本页
© 1996 - 中国科学院 版权所有 京ICP备05002857号  京公网安备110402500047号  联系我们
地址:北京市三里河路52号 邮编:100864