5月30日，記者從第三屆全國創新爭先獎表彰大會上獲悉，南京工業大學食品與輕工學院徐虹教授榮獲第三屆全國創新爭先獎章。徐虹教授創新采用全生物合成的方法研制了聚谷氨酸這一新型功能高分子，形成了從0到1的全新產業，帶動下游形成千億衍生市場，取得了突出的經濟效益和社會效益。

來源   中國科協

一篇“水母報道”帶來的思考

1987年，徐虹碩士畢業后分配至南京化工學院（南京工業大學前身）工作，后師從歐陽平凱院士攻讀博士學位。多年來，一直深耕生物化工領域，致力于功能性生物高分子材料及其應用研究。

功能性高分子與國民經濟和人民生活緊密相關，用量高達1.2 億噸/年，但大多依賴石油資源，存在不可降解等問題?！案叻肿蛹易逯杏幸环N類似蛋白結構的新型生物可降解成員聚氨基酸。”徐虹介紹，聚氨基酸在日化、食品、醫藥等領域具有重大應用潛力，是國內外研究熱點，但其生物合成技術壁壘高。2000年以前，國內在生物高分子聚氨基酸領域的研究還是一片空白。

“為什么水母體內水分充足，看起來很豐盈？”在閱讀了一篇關于水母的報道后，徐虹不禁產生了疑惑，“是什么讓水母在壓力大、鹽度高的生活環境里卻沒有產生脫水現象？”經研究發現，水母體內含有一種叫做聚谷氨酸的物質?！笆遣皇锹犉饋砗苁煜?？”談及聚谷氨酸，徐虹笑著說，“我們日常吃的味精就是谷氨酸（鈉），聚谷氨酸就是單分子谷氨酸聚合形成的大分子?！本酃劝彼崾蔷G色可降解的生物聚合物，是生命體所需的氨基酸聚合而成的活性物質，具有很強的保水性，而且結構中含有游離羧基，能螯合一些金屬元素。

“我們在實驗室里整整花了十年時間，用微生物發酵的方法來生產、提取聚谷氨酸?！? 徐虹說，聚谷氨酸在自然界僅存在于水母和納豆里，大量獲取非常困難。為此，她們先做菌種篩選和優化，再進行機理方面的研究，搞清楚微生物怎樣代謝合成聚谷氨酸。在國家“863”課題“生物可降解型聚谷氨酸功能材料的制備研究”的資助下，徐虹課題組完成了擁有自主知識產權的聚谷氨酸合成研究，添補了行業空白。由此，我國生物合成又增添了一種自主研究的聚氨基酸，并發現了其保水和吸附兩大功效。

建成全球首條聚氨基酸十萬噸生產線

“要實現聚氨基酸的產業化，滿足下游多元化的應用，就要使產物相對分子質量可控，尤其是要制取超高相對分子質量的產物。”徐虹教授表示，聚谷氨酸是一類具有重要應用價值的生物功能高分子，但是分子代謝調控復雜，很難獲得高效生產菌種；高粘發酵體系又阻礙溶氧傳質與營養輸送，產物積累少；發酵產物組分復雜及分離精制不易實現等，這些都不利于其進行產業化。

為解決這些難題，徐虹團隊與南京軒凱生物科技有限公司就生物合成聚谷氨酸的產業化生產開展合作。為了提高菌種生產聚氨基酸的濃度并獲得所要的相對分子質量，研究團隊構建了聚氨基酸精準的合成代謝網絡，發現聚氨基酸生產菌株同時存在聚合酶和降解酶這兩個關鍵酶的特有現象，并在國際上率先對聚氨基酸生產菌株的基因組進行測序，解析并揭示了兩個酶的基因詳細信息和功能，發明了以降解酶為“開關”調控產物相對分子質量和濃度的育種新技術，有效解決了聚谷氨酸菌種篩選方法及高效菌株獲取問題。

在生產過程中，研究團隊又采用酸化降粘、吸附過濾手段去除蛋白菌體等雜質，并用超濾技術濃縮，獲得了高純度產品。他們還創新采用醇析-鹽析復合成型技術獲得聚氨基酸晶體，該技術解決了高純度產品獲取、成型以及低值原料高效利用等問題。

這次產學研合作不僅從理論層面上解決了技術難題，還通過分子設計、菌株選育、分子量與構型調控、反應器開發的集成技術，實破了高粘發酵體系低產瓶頸，實現不同分子量、不同構型的高分子生物合成，建成全球首條10萬噸級聚氨基酸、泛菌多糖生產線，實現該產業從0到1的突破，產品廣泛應用于農業、環保、日化、食品等多個領域，并出口至歐洲、東南亞等地區。

“2010年開始，聚氨基酸生物制備技術開始進行規?；茝V應用，我們生產的聚谷氨酸產品濃度較國際先進水平提高30%以上，底物轉化率翻了一番還多，提取收率可達90%以上，乙醇用量大幅減少?！? 南京軒凱生物科技有限公司聯合創始人馮小海說道。該功能性高分子聚氨基酸生物制備關鍵技術與產業化應用項目，也獲得了2014年度國家技術發明二等獎。

拓展綠色生物制造應用領域

聚氨基酸適用性廣泛，其中，聚賴氨酸可用作生物防腐劑，聚谷氨酸分子量的高低不同應用領域也不盡相同，既可用作日化保濕劑也可用作水處理劑。

一開始，徐虹教授和團隊圍繞聚谷氨酸在日化用品方面的應用展開了系列研究，發明了“可穿戴”的水凝膠防曬面膜等?！霸谟行枰牡胤酵可戏罆袼蔀槠つw撐起一張具有優異的生物黏附性和防水性能的‘保護傘’，且在材料表面結構發生破損時，能在1分鐘內恢復原有結構和形態，像人體皮膚一樣自動愈合。”課題組王瑞教授介紹說，產品優異的性能一是源于γ-聚谷氨酸這種分子結構含有大量的親水基團，二是源于強大的黏附性能在與單寧酸分子組裝形成的雙網絡水凝膠體系在皮膚表面構筑了穩定的三維網狀結構與皮膚表面形成多重相互作用，從而實現了自修復功能。

在這個過程中，徐虹教授發現聚谷氨酸也可用作土壤肥料增效劑。農業生產中下雨等原因會使化肥流失，導致化肥不僅利用率不高，還易對環境造成污染?！叭绻丫酃劝彼崽砑拥交手?，是否能牢牢‘鎖’住磷肥、鉀肥、氮肥，提高化肥利用率？”于是，徐虹教授帶領團隊專門研究聚谷氨酸對農業的作用，并與江蘇省農科院、南京農業大學展開合作，在水稻、小麥、玉米等作物和瓜果、煙草等經濟作物上進行試驗，結果表明聚谷氨酸對減少化肥的使用量、增加農作物產量等方面有顯著作用。

徐虹教授及團隊面向國家化肥減施、農業提質增效等需求，成功開發出了包括聚谷氨酸、泛菌多糖在內的具有自主知識產權的微生物源生物刺激素產品十余種，其中泛菌多糖為國際首創；與企業合作建成了國內最大的年產10萬噸的微生物源生物刺激素生產線。聚谷氨酸、泛菌多糖已應用于100家以上大型肥料與農藥企業，包括云天化、新洋豐、河南心連心、湖北鄂中生態等國內農化頭部企業，顯著推動了化肥農藥行業的科技進步。

“近三年，項目產品服務產出1000萬噸特種增效肥，中國每5噸增效肥中有1噸使用了該技術成果生產的刺激素產品；研發了‘谷樂豐’品牌系列產品，近三年推廣應用超6億畝次?！毙旌缃淌谡f道。

未來，徐虹教授將繼續帶領團隊深耕聚谷氨酸行業，并將其運用到大健康、土壤修復、水處理、飼料以及創傷敷料、手術縫合線等更多領域，讓科研惠及百姓、造福民生。

通訊員 楊芳  韋瑋

揚子晚報/紫牛新聞記者 楊甜子

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