生化过程研究部

2023年，绿色生化过程研究部在基础和应用研究方面均有重要进展，发表SCI论文50篇，获得中国发明专利13项。承担国家重点研发计划、省重大专项、国家自然科学基金等项目36项，横向项目15项。

重点进展一：开发新型邻域纳米结构生物传感膜

受细胞膜上电子传递链结构启发，以单宁酸-3-氨丙基三乙氧基硅烷-铁（TA-APTES-Fe）三元涂层作为结构导向剂，首次完成普鲁士蓝（PB）和过氧化物酶（GOx）在3D介孔碳纳米管（CNTs）膜电极上的有序组装和靶向固定，制备出具有邻域纳米结构的介孔生物传感膜，实现葡萄糖的高灵敏度（31.2 μA mM-1）检测和长期稳定连续监测。此外，针对生物传感器污染问题，提出利用GOx-PB级联反应依次产生微气泡和芬顿氧化来模拟“疏松-降解”膜清洁过程，实现生物传感膜的自清洁和再生（Adv. Funct. Mater., 2023, 33, 2303313）。

图1 受细胞膜上电子传递链结构启发，开发具有邻域纳米结构的三维介孔生物传感膜

重点进展二：秸秆非酶氧化剂与纤维素酶协同耦合机制及应用

针对秸秆高固多相酶解用酶量大、用酶成本高等问题，通过研究秸秆酶解强化过程底物变化特征，揭示了秸秆非酶氧化剂与纤维素酶协同耦合机制（Renew. Energy, 2023, 211, 617-625），构建了非酶氧化剂预酶解强化汽爆秸秆高固酶解新技术（ZL202210614623.2, ZL202211437525.2, ZL202211442594.2），成功应用在年处理30万吨秸秆生物炼制联产工业化生产线。技术经济分析显示秸秆酶解过程的用酶成本降低了60%，突破了纤维素酶的技术经济瓶颈。

图2 秸秆非酶氧化剂与纤维素酶协同耦合机制

重点进展三: 利用秸秆全组分合成聚羟基脂肪酸酯工程菌株的构建

木质纤维素主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，三组分的充分利用对其生物炼制至关重要。研究以罗氏真养产碱杆菌特异的碳代谢途径为基础，通过代谢工程，实现生物质全组分的利用。首先构建了葡萄糖的跨膜转运，获得能利用葡萄糖的工程菌株；然后，构建了木糖的代谢途径和跨膜转运系统，获得同时利用葡萄糖和木糖的菌株；最后，构建了利用木质素的工程菌株，能将玉米秸秆中的纤维素、半纤维素和木质素转化聚羟基脂肪酸酯(Bioresour. Technol., 2023, 374, 128762)。

图3利用秸秆全组分合成聚羟基脂肪酸酯工程菌株的构建