科技日报记者 陈曦
近日，国家知识产权局公布第二十六届中国专利奖预获奖名单，由安徽华恒生物科技股份有限公司与中国科学院天津工业生物技术研究所共同完成的专利“生产L-缬氨酸的重组微生物及构建方法、应用”荣获中国专利奖银奖。该专利聚焦氨基酸工业菌种创新，成功突破核心技术瓶颈，实现L-缬氨酸厌氧生物制造和产业应用。
L-缬氨酸是组成蛋白质的20种氨基酸之一，是哺乳动物的必需氨基酸，在饲料添加剂领域应用广泛。与其他氨基酸复配可替代豆粕蛋白，对减少我国大豆进口、保障粮食安全意义重大。L-缬氨酸的下游延伸产品缬沙坦是降血压药的有效成分。L-缬氨酸在人体营养添加剂、调味品、化妆品、农药和保健品等方面也有着广泛应用。
传统工业中，L-缬氨酸都是好氧生物制造。好氧发酵中大量碳源用于细胞生长，造成物质转化率低、二氧化碳排放高；发酵过程需要连续通气和高强度搅拌，造成能耗高。最终导致L-缬氨酸生产成本居高不下，严重限制了其推广应用。
针对上述技术瓶颈，研究团队采用合成生物学和代谢工程技术，突破L-缬氨酸合成途径还原力不平衡的难题，构建出高转化率厌氧合成途径；使用生长合成偶联进化技术，解决菌种比生产速率低的难题；解析渗透胁迫耐受机制，创制出L-缬氨酸的高效厌氧工业菌种；开发出厌氧串联发酵工艺和简优提取工艺，实现了L-缬氨酸的十万吨级厌氧生物制造产业化。
天津工生所刘萍萍副研究员介绍，与传统好氧发酵相比，该菌种厌氧发酵时无需通气、低速搅拌，生长过程不依赖三羧酸循环、生物量低、碳源更多流向产物积累，具有物质转化率高、碳排放少、能耗低的优势，低碳节粮、节能增效。
目前，该专利技术已实现技术转移转化。合作企业安徽华恒生物科技股份有限公司2020年实现L-缬氨酸厌氧生物制造的产业化，目前拥有全球最大的L-缬氨酸产能规模。近三年新增销售额27.6亿元，全球市场占有率超30%，排名第一。
在社会效益上，L-缬氨酸作为一种必需氨基酸，是低蛋白日粮技术体系中的关键功能性氨基酸。通过与其他氨基酸复配，可有效降低饲料中豆粕使用量，提高蛋白利用效率。据测算，每生产和应用1吨L-缬氨酸，可协同替代约53吨豆粕。“我们创制的L-缬氨酸厌氧生物制造技术体系，通过菌种与工艺的创新，可显著降低L-缬氨酸生产成本，为其在饲料领域的大规模推广应用提供了重要技术支撑，有助于进一步扩大低蛋白日粮技术应用范围，推动畜牧养殖业绿色、高效和可持续发展。”刘萍萍说。
在生态效益方面，该成果开发的L-缬氨酸厌氧发酵技术大幅降低了生产过程中的能源消耗和碳排放。近三年累计减少二氧化碳排放约23.2万吨，为氨基酸行业绿色低碳发展提供了新路径，与国家“双碳”目标高度契合，具有显著的经济、社会和生态综合效益。
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