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《木材发酵没有热量的木材发酵可以转化成美味的酒精。》

  • 来源专题：可再生能源
  • 编译者： pengh
  • 发布时间：2018-05-09

  • 在日本，日本林业和林产品研究所的研究人员找到了一种方法，可以生产一种由木材制成的酒精饮料，并希望在三年内将其“木醇”上架。利用类似的木材发酵生产生物燃料，他们能够排除毒素，使其美味可口。他们的方法将木材制成奶油糊状，加入酵母和酵素开始发酵过程，而不用加热保存每棵树的木材的特定风味。到目前为止，他们已经使用了雪松、桦树和樱桃。四公斤的雪松木给了他们3.8升的液体，酒精含量约为15%，这与日本的清酒差不多。

    研究人员Kengo Magara今天告诉日本，“我们认为，酒精可以像树一样在这里产生，这很有趣。”日本有大量的树木，我们希望人们能享受到来自各个地区的木材醇。

    ——文章发布于2018年5月6日

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  • 《发酵罐里“酿”出青蒿素 这种技术帮人类实现“造物自由”》
    • 来源专题：生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：hujm
    • 发布时间：2019-11-20
    • 有了合成生物技术，用100立方米工业发酵罐生产出的青蒿素，与5万亩农业种植获得的产量相当。 　　如果我们食用的粮食、肉类、油脂，不需要土地种植和畜牧养殖，就可以摆脱靠天吃饭和土地资源紧张的命运；如果我们使用的汽油、制造各种化工产品的原料，不需要石油、天然气等碳基能源，就不会再担心能源枯竭和环境污染的问题；如果很多珍稀的药物成分，不需要再从植物和动物中提取，就不会担心物种灭绝和过多杀戮……这些看似天方夜谭的事情，正随着合成生物学技术的迅猛发展被逐步实现，未来我们所需的各种产品可能像酿啤酒一样，在工厂车间就能制造出来。 　　日前科技部批准建设国家合成生物技术创新中心，这将为提升我国合成生物领域企业和产业创新能力提供有力支撑。 　　创建有特定功能的“人工生物” 　　合成生物学作为新兴前沿交叉学科之一，早在2004年就被美国《麻省理工·技术评论》选为改变世界的未来十大技术之一。中国科学院天津工业生物技术研究所副所长王钦宏介绍说，合成生物学就是采用工程化设计理念，对生物体进行有目标的设计、改造乃至重新合成，创建出能完成特定功能或被赋予非自然功能的“人工生物”。它是继DNA双螺旋结构发现和基因组测序之后的“第三次生物科学革命”，促进了人类对生命密码从“读”到“写”的质变，使人类克服自然进化的局限，让设计自然为人类服务成为可能。 　　“合成生物学是在分子水平上对生命系统的重新设计和改造。”王钦宏解释说，这个过程很像IT技术，如果让计算机实现某种功能，需要很多元器件集成起来。基因就相当于具有各种功能的元器件，我们把所需要合成的目标物质的各种基因以工程化的方式设计集成，然后装入底盘细胞（目前便于遗传操控的酿酒酵母和大肠杆菌是常用的底盘细胞），被重新设计的细胞就是合成生物。以生物合成番茄红素为例，我们可以先从番茄中提取番茄红素合成所需要的所有基因，然后把这些基因重新设计组合，再装入“底盘细胞”——大肠杆菌或酿酒酵母中获得合成生物，再以葡萄糖作为原料，通过类似酿造啤酒一样的过程，生产出的番茄红素，与从番茄中提取的番茄红素完全一样。 　　这个看似简单的过程，涉及到生物学与化学、工程学、计算、生物信息学等多学科的交叉融合，此外还涉及基因组测序、基因化学合成、基因编辑、生物计算与建模、蛋白质结构解析、理性设计与定向进化、合成途径构建与调控等一系列核心技术。 　　“从2010年首个细胞生命被成功合成，到2019年实现功能性定制细胞器的合成，合成生物学不断取得重大科学突破。”王钦宏介绍说，目前合成生物技术主要应用于信号传导、能量转化、物质合成和分子识别等领域。信号传导可应用于癌症、糖尿病的智能诊疗，灵敏检测出体内的疾病；能量转化可用于人工光合作用，通过重新设计植物中光合作用系统，提高光合作用中植物对能量的吸收转化，使作物生长周期缩短，增加产量；物质合成是通过构建合成细胞工厂，实现化工、材料、能源的绿色制造；分子识别主要应用于环境检测，通过增强分子信号识别能力，提高检测的灵敏度。 　　颠覆传统产业模式 　　“传统的化学合成，主要以石油、天然气等碳基能源作为原料，在生产过程中，可能会产生大量二氧化碳和有毒有害物质。而采用合成生物技术，只需要酵母、细菌等做‘底盘’，用来自玉米淀粉的葡萄糖等做原料，就可以合成我们所需的各种物质。”王钦宏进一步介绍，此外还可以使用秸秆等植物纤维作为原料，甚至目前正在研究跳过植物光合作用合成物质的步骤，直接使用二氧化碳作为原料，完成各种生物合成。 　　“因此，合成生物技术的应用，颠覆了工业、农业、食品、医药等领域传统产业模式，为社会经济问题提供解决方案，创造价值链高端的新经济增长点。”王钦宏说，“目前合成生物技术正快速向实用化、产业化方向发展。” 　　在农产品方面，使用微生物细胞作为细胞工厂，我国已实现人参皂苷、番茄红素、灯盏花素、天麻素等众多天然产物的人工合成，形成了新的制造模式，减少了对土地的依赖和污染。以天麻素为例，其生物合成成本是植物提取的1/200、化学合成的1/2—1/3，生产效率大幅提升，质量可完全替代化学合成。王钦宏介绍说：“还有像红景天里面的主要成分红景天苷，这种成分只有在生长于海拔4000米以上的红景天中才能提取到。而通过生物合成的方式，在工厂里就可以生产了。” 　　在石油化工产品方面，我国目前创建了丁二酸、丙氨酸、苹果酸等一批化学品合成的生物制造路线，颠覆了对石油、天然气等传统资源的依赖与高污染的传统化工过程。“以丙氨酸为例，我国在国际上率先建成万吨级L-丙氨酸生物合成路线，相比化工合成路线，生产成本降低50%，废水排放和能耗分别降低90%、40%。”王钦宏介绍说。 　　在化学原料药方面，实现了羟脯氨酸、肌醇、左旋多巴、维生素B12等产品的绿色新工艺。以肌醇为例，合成生物工艺较传统工艺高磷废水的排放减少90%以上，成本降低50%以上。 　　在传统产业改造方面，应用生物纺织、生物造纸、生物脱胶等绿色生物工艺，实现了二氧化碳减排，减少污水排放，促进传统产业走出资源环境制约。 　　发展迅猛但亟须突破瓶颈 　　虽然目前国际合成生物学研究飞速发展，合成生物学的底层技术、生物体系构建、实用性技术已经发生了革命性变化，但是合成生物技术要想实现产业化，降低成本、提高与传统生产模式的竞争力非常重要。“比如美国合成生物学家设计构建了能够生产抗疟药物青蒿素的人工酵母细胞，其技术能力可实现100立方米工业发酵罐的生产量与5万亩农业种植获得的产量相当，使抗疟疾药物成本下降90%，堪称合成生物技术的重大应用典范。”王钦宏说。 　　“我国在合成生物领域起步略晚，但是进展很快，目前我国合成生物学研究，无论是在基础科研论文发表量，还是技术专利申请量方面，均已在国际上处于第二位。”王钦宏介绍说，前不久在天津召开了两个合成生物学领域的盛会——“2019代谢工程国际会议”和“第十届中国工业生物技术发展高峰论坛暨第四届生物工业投资大会”。在会上，代谢工程学科创始人之一的延斯·尼尔森表示，中国正在全球代谢工程领域发挥越来越重要的作用。与此同时，还发布了《中国工业生物技术白皮书2019》，全面总结了中国工业生物技术近年来在基础研究、应用研究、技术转化与产业发展等方面取得的进展和成就。 　　“但与美国相比，我国在基础理论、核心体系、产业技术等方面尚存在不小的差距。”王钦宏坦言，这主要表现在原创标志性工作较少，还没有出现类似于“人造生命”、青蒿素合成式的重大突破；合成生物设计创制的技术方法体系不完善，元件标准化、通用性方面有差距，导致核心技术和关键设备对国外依存度高；从基础研究到应用技术创新方面，需要更好地衔接，需要从需求出发凝练核心科学问题，推进合成生物学技术颠覆式创新与工程化应用，支撑生物产业发展。 　　目前，我国在自主细胞工厂创制的机制与分子基础方面，在DNA合成、生物元件标准化、基因编辑系统、合成生物理性设计等底层核心技术构建方面，在高通量、自动化的系统技术平台建设方面还存在不足，亟须突破技术瓶颈，占领国际竞争制高点。
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  • 《生物发酵行业废气治理现状》
    • 来源专题：生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：hujm
    • 发布时间：2018-03-03
    • 生物发酵产业将发酵技术和现代生物技术的结合，以含淀粉等其他农副产品为主要原料，采用生物细胞或酶的生物催化功能，进行大规模的物质加工与转化，用来生产高附加值产品。中国生物发酵产业的主要产品仍以味精、赖氨酸、药品等产品为主，且产量较大。因发酵工艺涉及环节多，发酵气体成分复杂，带有异味，因而受到社会的广泛关注，采取有效废气净化和异味治理技术，减少发酵气体周边环境的影响，是当前生物发酵企业密切关注的问题。 味精行业废气治理 中国是味精生产大国，2010统计数据显示中国味精生产量位居世界第一位。味精生产主要以玉米淀粉、小麦淀粉为原料，经过液化、糖化、发酵过程，再分离提取谷氨酸，经精制获得味精产品；生产工艺过程中产生废气，废气主要成为为主要含氨、胺、硫醇、硫醚、脂肪酸和硫酸盐类物质，并带有恶臭气味，对周边环境产生一定的影响。关于味精发酵气体的治理，早期一些味精企业选择以水为吸收剂，自行开发相关的废气治理装置，如压力水雾化拦阻气水混合装置，多级水喷淋塔，利用水吸收废气，但对于废气中溶解度较低的气体组分的吸收效果有限。 为实现资源化管理，味精生产工厂利用淀粉经发酵生产味精后剩余的母液，经浓缩、高温喷浆干燥造粒生产复混肥，其过程中产生了挥发性的异味气体。当前研究利用生物法治理味精生产和制肥过程中的废气，主要选择生物滴滤塔，以沸石为填料，液体从塔顶向下喷淋，经底部回流至贮液槽，完成循环。废气体从塔底通入，上升过程中与填料表面的生物膜接触，经生物净化后的气体从塔顶排出。试验结果显示生物滴滤塔废气的脱臭效率大于95%，生物滴滤器对于去除味精废气类复杂气体具有良好的效果，但当进气强度较大时，系统的除臭效果不尽人意。通过复合生物塔工艺，即生物滴滤塔-生物过滤塔来进一步提高设备处理能力。 赖氨酸行业废气治理 赖氨酸是仅次于谷氨酸的第二大氨基酸，目前主要用发酵法生产，中国大部分生产企业都用玉米淀粉作为原料。赖氨酸发酵产生的废气主要为挥发性有机物（VOCs），对赖氨酸发酵尾气进行监测，监测结果显示挥发性有机物成份达到23种，气体带有焦糊味，若不治理，对周边环境有较大影响。 工程应用中采用等离子技术和光催化氧化技术治理赖氨酸发酵气体。采用等离子技术时，发酵气体首先通过喷淋塔和除尘设施，然后进入等离子技术反应器，反应器工作电压90kV，在外加电场的作用下，电极空间内电子获得能量后撞击异味气体分子，破坏其化学键，使之转化为二氧化碳和水，从而达到净化的目的，但高压放电存在一定的安全隐患。光催化氧化，让特定波长的光照射催化剂材料，可以激发出“电子-空穴”对（一种高能粒子），高能粒子“电子-空穴”，可将害有机污染物碳氢键打开，从而被自由基氧化生成CO2、H2O等无毒无味的物质。在工程应用中采用“除尘+光触媒净化塔+喷淋吸收塔”，脱臭效率达到99%以上。光催化氧化技术催化剂为TiO2，催化剂载体为蜂窝状，要求进气颗粒物浓度小于50mg/m3，否则会引发催化剂堵塞，紫外线光源的使用寿命为3000h～4000h。 发酵制药行业废气治理 中国抗感染类产品80%为发酵类抗生素，抗生素产量位居世界首位，同时中国还是世界上最大的维生素类产品的生产国与出口国。生物发酵工艺过程中废气以VOCs为主，由于部分发酵代谢产物随尾气带出，废气有特殊难闻气体。典型青霉素生产车间产生废气主要成份为乙酸乙酯、乙酸丁酯、正丁醇；例如，红霉素发酵尾气有苦涩气味。红霉素发酵尾气治理采用“臭氧氧化+光催化氧化+湿式氧化+喷淋洗涤”工艺，降解VOCs，同时消除苦涩气味对厂界周边环境的影响。当前转轮浓缩技术逐步应用于发酵制药行业废气治理，该技术最初应用于半导体制造、涂装行业VOCs治理，转轮浓缩器是去除有机挥发物的核心设备，转轮表面涂覆有吸附VOCs的沸石。其原理是利用沸石低温吸附、高温脱附的特性对有机废气进行浓缩。浓缩后的废气最终通过废气焚烧炉、RTO等处理后排放，由于浓缩后的废气量仅有待处理废气的十分之一以下，从而大大降低了能耗。 转轮浓缩是一项应用于低浓度、高风量有机废气净化的处理技术。对低沸点的有机气体难以吸附，对高沸点的有机气体在转轮上难以脱附，在转轮上积累使系统出率效率下降。焚烧炉在氧存在下将VOCs分解成CO2和水的无害化过程，反应温度815.6℃，且停留时间不超过0.75s～1.0s[15]。RTO即蓄热式氧化焚烧技术，与传统焚烧炉相比，RTO对燃烧VOCs产生的热量进行回收用于二次燃烧。燃烧法（焚烧炉、RTO）需不断消耗燃料，经济投入大，并且存在爆炸风险，对设备运行及安全管理要求高。 结尾 味精，赖氨酸，发酵制药行业的排放废气主要以VOCs为主，并带有异味，采取的末端治理措施主要集中在生物法、深度氧化技术（光催化氧化、臭氧氧化、等离子法）、转轮浓缩技术。我国“十三五”规划。将逐步加大对VOCs排放的监管，相关国家法律法规及标准将日趋严格，生物发酵企业也采取了相应的废气治理措施，但仅仅着眼于末端治理，投入的治理费用高，增加了发酵企业的生产成本。因此，有必要推行清洁生产，实现节能减排。发酵企业产品生产过程中物料输送、加热中挥发、沉淀、跑、冒、滴、漏、误操作等都会造成物料的损失，这就是产生废气的来源。应从发酵产品全生命周期着手，改进物料、工艺，才能够做到“节能、降耗、减污、增效”，不断提高市场竞争能力，达到经济效益、社会效益、环境效益的高度统一。
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