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項目研究的背景及用途：本項目的出發點是將我國大量的生物質及城市有機廢物資源(如農作物廢棄物、林業廢棄物、城市垃圾中豐富的有機物、造紙造漿中的廢物、酒精生產廠的廢液廢渣、動物糞便、食品加工中的廢棄物、家庭中有機垃圾、草類廢棄物，產量約每年 30 億噸)高效轉化為清潔的電力。我國當前的生物質及城市有機廢物資源沒有得到合理的利用。利用生物質作為能源，不僅僅是解決了長期的能源供給問題，更重要的是大大緩解了環境保護的壓力。本項目的技術路線所排放的其他污染物如硫化物、粉塵粒子的濃度也大大低于現有的燃煤發電廠。此外，高效、清潔的氣化發電技術可以克服現有的城市垃圾處理處置方式的缺點。與現有垃圾焚燒爐技術相比，本項目的技術路線具有以下優點: (1)發電效率高; (2)炭轉化率高、能量利用率高; (3)排放的二次污染物少; (4)初投資和遠行費用低。 本項目的目的是有效地利用生物質及城市有機廢物，通過流化床氣化的方式將其轉變為電力。確保生產電力的成本可以與現有的燃煤電廠競爭，同時確保生產過程符合環境友好性要求，沒有明顯的二次污染。成果水平及主要技術指標:本技術水平處于國內領先水平,在國際上也是領先的。目前正在申報發明專利 2 項。所需廠房占地面積:需要穩定的生物質或生活垃圾原料供應(年需要量為8000 噸左右);設備相對比較簡單，但需要由相關的廠家定制生廠;廠房面積約為15000～20000 平方米;投資規模在 500 萬左右。 市場分析及效益預測：本項目的市場前景很大。以天津市為例，天津市每年約有 600 萬噸生物質資源，可發出功率為 90～100 萬千瓦的電。若考慮大量種植能源作物，則可以發出更多的電，而且隨著發電規模的擴大，可以顯著降低成本。如果單座發電廠的規模在 2000～4000 kW，該發電成本與燃煤電廠相當。為天津市大量的生物質廢物找到一條合理的利用途徑，同時解決了因城市有機垃圾堆置而帶來的環境污染問題。以 2000 千瓦的發電能力為例，投資回收期為 2.2 年，年盈利為 220 萬左右。

手性氨基酸作為最重要的原料和中間體，市場規模也越來越大。本項目研發的手性氨基酸包含 L-2-氨基丁酸、D-蘇氨酸、L-天冬酰胺、L-叔亮氨酸、L-色氨酸等。2-氨基丁酸是一種非天然的氨基酸，是一種重要的化工原料，被用作為多種手性藥物合成中的重要中間體，包括抗結核藥物乙胺丁醇、布瓦西坦和抗癲癇藥物左乙拉西坦。D-蘇氨酸是天然氨基酸 L-蘇氨酸的光學異構體，是一種非天然氨基酸。主要應用于手性藥物、手性添加劑和手性助劑等領域，在制藥行業作為手性合成的手性源，主要用于生產新型光譜抗生素、D-蘇氨醇和多肽合成過程的蘇氨酸保護劑。L-天冬酰胺是常見的 20 種氨基酸之一，在食品、醫藥、化工合成、微生物培養等領域廣泛應用。L-天冬酰胺可以作為添加劑用于清涼飲料,同時在腫瘤治療及蛋白質糖基化中扮演重要角色。L-天冬酰胺常用于氨基酸輸液，以及具有降壓、平喘、抗消化性潰瘍、胃功能障礙等功能，并可用于治療心肌梗死、心肌代謝障礙、心力衰竭、心臟傳導阻滯、疲勞癥等。此外，L-天冬酰胺也是微生物培養和動物細胞培養重要的添加劑。L-叔亮氨酸是一種非蛋白原的手性氨基酸, 由于叔丁基的空間位阻大, 叔亮氨酸的衍生物可在不對稱合成中作為誘導不對稱的模板。隨著不對稱合成的發展, 叔亮氨酸的應用也非常廣泛。又由于占空間大的叔丁基鏈及其疏水性, 它在多肽的合成中能夠很好地控制分子構象, 增加多肽的疏水性和受酶降解的穩定性, 因此在藥物和生物應用中正迅速地發展, 用于抗癌、抗艾滋病等藥物和生物抑制劑及肽等。

葡萄糖二酸是一種重要的化合物，在醫療和工業中有著廣泛的應用。目前生產葡萄糖二酸的方法主要以化學法-葡萄糖化學氧化法為主，但該方法具有選擇性低、成本高、得率低、要高溫及產生大量氧化反應副產物不利于后續葡萄糖二酸的分離等局限性。目前生物法合成葡萄糖二酸主要是在大腸桿菌中進行的，但在大腸桿菌中異源合成葡萄糖二酸被許多因素限制。釀酒酵母因具有耐酸能力強、耐低溫、可低 pH 發酵、沒有噬菌體感染、適合大規模發酵、易分離和高抗逆性等特點，已被廣泛用于產有機酸的研究，因此釀酒酵母比大腸桿菌更適合葡萄糖二酸的生產并具有更高的工業應用價值。利用釀酒酵母合成葡糖二酸具有很好的應用前景。 創新要點 1) 以釀酒酵母 BY4741 為出發菌株，將擬南芥的肌醇加氧酶 MIOX4 和丁香假單胞菌的 UDH 基因在 delta 重復序位點高效表達，敲除轉錄抑制因子OPI1 獲得工程菌 Bga-3，該菌株在分批補料發酵條件下能夠產 6 g/L 的葡萄糖二酸，為目前報道的最高值； 2) 通過提高工程菌的轉運胞外肌醇的能力和工程菌自身合成肌醇的能力，解決提高葡萄糖二酸產量的關鍵問題； 3) 進一步協調肌醇用于細胞自身代謝活動和葡萄糖二酸合成之間的分配關系，并通過提高葡萄糖二酸合成途徑效率和發酵優化，提高肌醇利用率和葡萄糖二酸合成的產量。 

過敏性疾病已經成為世界第六大疾病，涉及全球 22%的人口。如哮喘、鼻 炎、過敏性濕疹、食物過敏和過敏性休克等均與特異性免疫球蛋白 E（IgE）介 導的免疫反應密切相關，但目前過敏疾病的治療藥物存在副作用，不宜長期使用。江南大學食品生物技術中心經過多年的積累，通過體外高通量篩選。細 胞、動物模型，人群臨床試食及多組學機制解析等手段，研究得到能夠有效調 節免疫，緩解過敏性疾病，可長期食用無毒副作用的益生菌；并以此為基礎， 開發了提升益生菌在消化道中抗逆性的關鍵技術，并攻克了菌種在產業化應用時的發酵工藝、活性保持、生產技術等多層面難題。 主要成果包括： （1）研發得到 3 株有效緩解不同過敏性疾病的益生菌，長雙歧桿菌 CCFM1029 通過降低血清中總 IgE 水平，皮膚組織 IL-4、IL-13 水平，局部組織 中組胺的釋放，以及炎癥細胞的浸潤，緩解過敏性濕疹；短雙歧桿菌 CCFM1067 通過改善肥大細胞炎癥浸潤，降低皮膚組織中 IL-13 和 CCL11 水平，且提高皮 膚組織中 IL-10 的表達，最終實現緩解特應性皮炎癥狀；羅伊氏乳桿菌 CCFM1040 顯著降低過敏性哮喘小鼠肺部病理炎癥，抑制血清中塵螨特異性免疫30 球蛋白 IgG1 的產生，降低肺泡灌洗液中 IL-5、IL-13、IL-17A 的含量，緩解過 敏性哮喘癥狀； （2）通過剖析益生菌的底物代謝規律和關鍵限制性生長因子，建立科學有 效的益生菌特異性增殖培養體系，并基于生長過程碳氮代謝規律，提出遵循底 物消耗規律的自動補料技術和發酵精準化自動控制工藝。益生菌增殖密度達到 1.0×1010 cfu/mL 以上，是傳統培養方法的 5~10 倍； （3）開發了提高益生菌消化道耐受性的關鍵技術，解決了菌株通過胃腸道 后存活率低的技術難題。通過開發高滲預脅迫、微膠囊預包埋等技術，使功能 菌株在胃酸環境下的存活率達到 95%以上，在膽鹽環境下的存活率達到 90%以上。 

L-蘇氨酸在食品、飼料、醫藥和化妝品等領域的用量呈長期穩定增長趨勢，尤其在飼料添加劑中增長最為迅速。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，減少動物氨的排放，還能提高家禽的生產性能。而在醫藥領域，L-蘇氨酸除了用于氨基酸輸液之外，隨著人類保健意識的提高，各類氨基酸保健飲品涌現市場，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展最迅速的氨基酸。因此 L-蘇氨酸產業迫切需要提高產量，降低成本，以滿足市場需求。本實驗室以谷氨酸棒狀桿菌為出發菌株，通過代謝工程技術手段進行基因敲除和敲入，對關鍵基因進行了測序、蛋白結構解析及定向改造，以達到“開源節流”，即增強 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-蘇氨酸產率近 20 倍，具有較好的應用前景。

L-甲硫氨酸廣泛應用于飼料業，是家禽飼料中首選的限制性氨基酸。L-甲硫氨酸是強肝解毒劑、促進發育劑，當缺乏時會引起食欲減退。甲硫氨酸廣泛應用于營養補充與畜產飼料，由于甲硫氨酸容易被雞吸收而轉變為雞肉蛋白，在雞飼料中添加甲硫氨酸，可少耗飼料，并使雞肉生長健全。L-甲硫氨酸合成方法主要為化學合成法和微生物發酵法兩種。因化學合成法會產生大量有害物質，微生物發酵法生產甲硫氨酸越來越受到關注。本實驗室以谷氨酸棒狀桿菌為出發菌株，通過代謝工程技術手段進行基因敲除和敲入，以達到“開源節流”，即增強 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-甲硫氨酸產率，目前中間菌株產率已達 21 mmol/L，具有重要的應用前景。 

一. 項目簡介：應用背景 太陽能光伏發電及太陽能熱水器是目前太陽能利用最為成熟和廣泛的兩個技術領域，但是由于其產能形式單一，最終嚴重制約了其進一步的技術發展和市場推廣前景。其中太陽能光伏發電存在光電轉化效率低（由于溫度效應，晶硅型光伏發電系統綜合光電轉化效率只能達到 12%-13%），光伏組件成本高，導致其成本回收期長。同時光伏電池生產也存在高能耗高污染的問題。如何提高單位面積光伏電池的發電量，減少電池用量是降低系統成本提高發電收益的重要手段。通過聚光可以有效提高光伏電池片表面的太陽能能流密度，并大大增加光伏電池的光電輸出功率，成倍減少電池片用量（用量為傳統技術的 1/4），間接降低了光伏電池生產的總能耗和總污染，但是提高電池表面太陽能能流密度的同時，電池的溫度也急劇升高，嚴重影響電池的電輸出性能和使用壽命，只有通過水冷的方式來降低電池溫度，這就形成了該技術手段的另一種產能形式，太陽能熱水。即太陽能熱電聯供。  

項目簡介 目前臨床上抗哮喘用藥主要包括糖皮質激素類藥物與β2受體激動劑（例如鹽酸丙卡特羅（美普清）），但這兩類藥物存在較大的副作用。糖皮質激素類藥物可引起水、鹽、糖、蛋白質及脂肪代謝紊亂；減弱機體抵抗力，阻礙組織修復，延緩組織愈合；抑制兒童生長發育。β2受體激動劑可引起心律失常、肌肉震顫、水鹽代謝紊亂。臨床急需療效確切、副作用小的新藥。 氣道高反應性是指氣管、支氣管本身對各種刺激，包括特異性抗原刺激和非特異性刺激，如物理、化學刺激，呈現過度反應，是支氣管哮喘病人區別于正常人的重要特征。CD38分子表達與分布在氣道平滑肌等。通過CD38分子的酶催化作用生成的環腺苷二磷酸核糖(cyclic adenosine diphosphate ribose, cADPR)來調節細胞內Ca2+的釋放而調節細胞收縮。氣道平滑肌的收縮能力主要依靠于平滑肌細胞內Ca2+的濃度，CD38分子可以調節細胞內Ca2+的濃度進而影響氣道平滑肌的收縮，在哮喘的發病機制中起到非常重要的作用。圖1.T化合物的化學結構   本項目重點研究了兩種小分子CD38抑制劑，其中一種化合物即5-(3-苯基丙酰氨基)-N-(4-乙氧羰基苯基)-1H-3-吲哚甲酰胺（T化合物分子式見圖1）治療能夠減輕臭氧攻擊所造成氣道與肺泡病理改變，炎癥反應、氧化損傷及氣道高反應，且無明顯血液毒性與全身性毒副作用。該化合物作為CD38酶抑制劑，可通過抑制Ca2+釋放舒張氣管平滑肌，對癥治療氣道高反應性疾病；我們利用臭氧制作小鼠氣道高反應模型，同時給予該化合物的乳化劑灌胃治療，發現經該化合物治療的小鼠氣道阻力明顯降低（見表1）、動態肺順應性明顯增加、肺病變程度減輕（見圖2）。  應用范圍 流行病學結果表明，中國有大約3000萬哮喘病人。其中，兒童哮喘發病率約1.5%，成人發病率約1.24%。由于哮喘發病率不斷地增高，預計在未來15-20年內患者總人數將增至4億人。T化合物可以有效治療哮喘病人氣道高反應癥狀、副作用小，具有良好的藥物開發前景，我國每年有超過3000萬人出現哮喘發病，假設僅僅5%的病人（150萬）接受5000元的抗哮喘治療，則年銷售額可望達到75億元。 表1 ＊P<0.05 vs 正常對照組   ＃ P<0.05 vs 模型組項目階段 本項目處于臨床前階段。化合物合成路線合理，產率高。適合產業化。我們的研究發現，5-(3-苯基丙酰氨基)-N-(4-乙氧羰基苯基)-1H-3-吲哚甲酰胺除了能通過抑制CD38酶活性，擴張氣管平滑肌對癥治療氣道高反應性疾病之外，還具有抗炎、抗氧化作用，未發現明顯毒副作用。   圖2.各組小鼠肺組織病理切片HE染色圖左上，正常對照組；中上，模型組；右上，陽性藥1激素組；左下，陽性藥2美普清組；中下，H化合物組；右下，T化合物組知識產權 已經獲得發明專利授權。合作方式 技術轉讓。

目前臨床上抗哮喘用藥主要包括糖皮質激素類藥物與β2受體激動劑（例如鹽酸丙卡特羅（美普清）），但這兩類藥物存在較大的副作用。糖皮質激素類藥物可引起水、鹽、糖、蛋白質及脂肪代謝紊亂；減弱機體抵抗力，阻礙組織修復，延緩組織愈合；抑制兒童生長發育。β2受體激動劑可引起心律失常、肌肉震顫、水鹽代謝紊亂。臨床急需療效確切、副作用小的新藥。 氣道高反應性是指氣管、支氣管本身對各種刺激，包括特異性抗原刺激和非特異性刺激，如物理、化學刺激，呈現過度反應，是支氣管哮喘病人區別于正常人的重要特征。CD38分子表達與分布在氣道平滑肌等。通過CD38分子的酶催化作用生成的環腺苷二磷酸核糖(cyclic adenosine diphosphate ribose, cADPR)來調節細胞內Ca2+的釋放而調節細胞收縮。氣道平滑肌的收縮能力主要依靠于平滑肌細胞內Ca2+的濃度，CD38分子可以調節細胞內Ca2+的濃度進而影響氣道平滑肌的收縮，在哮喘的發病機制中起到非常重要的作用。 本項目重點研究了兩種小分子CD38抑制劑，其中一種化合物即5-(3-苯基丙酰氨基)-N-(4-乙氧羰基苯基)-1H-3-吲哚甲酰胺（T化合物分子式見圖1）治療能夠減輕臭氧攻擊所造成氣道與肺泡病理改變，炎癥反應、氧化損傷及氣道高反應，且無明顯血液毒性與全身性毒副作用。該化合物作為CD38酶抑制劑，可通過抑制Ca2+釋放舒張氣管平滑肌，對癥治療氣道高反應性疾病；我們利用臭氧制作小鼠氣道高反應模型，同時給予該化合物的乳化劑灌胃治療，發現經該化合物治療的小鼠氣道阻力明顯降低（見表1）、動態肺順應性明顯增加、肺病變程度減輕（見圖2）。

復合鐵酶促活性污泥強化污水生物脫氮除磷技術從改進生物脫氮除磷活性污泥絮體結構為切入點，采用人工調控技術手段，強化鐵離子在電子傳遞體系中電子傳遞作用與酶促反應的激活劑作用，提高脫氮除磷微生物的生化反應代謝活性與適應外界環境因素變化的能力，提高生物脫氮除磷效率，解決污水生物脫氮除磷系統存在的固有矛盾與瓶頸問題。       該技術不僅大大提高生化反應系統微生物活性（DHA、ETS 與 SOUR 分別提高 30%左右），而且提高了城市污水脫氮除磷效率與系統運行穩定性，與普通活性污泥生物脫氮除磷系統相比較，其生物脫氮與除磷效率分別可提高10%、25%左右，特別在解決低溫硝化影響問題上具有突破性進展，系統抗低溫能力得到明顯增強（在反應溫度 10℃條件下，系統硝化效率可以保持 70%以上，同時除磷效率達到 90%）。