华东理工大学科研团队突破绿色生物制造核心技术 助力产业升级

近年来,围绕“双碳”目标和制造业绿色转型需求,生物制造被认为是实现原料可再生、过程低能耗、排放更可控的重要路径之一。但从实验室走向稳定量产,行业长期存几处关键瓶颈:一是核心生物催化体系在复杂底物条件下难以兼顾高效率与高稳定性;二是不同产品之间工艺难以快速迁移,研发周期长、成本高;三是产业化对连续化、规模化和质量一致性要求更严——不少技术仍停留在示范阶段——难以跨越“最后一公里”。 针对这些共性难题,华东理工大学团队在绿色生物制造领域深耕20余年,构建“酶工程与生物催化”“细胞工厂与生物合成”“生物过程强化与集成”三大技术平台,形成从催化元件设计、合成路径构建到过程放大与集成优化的系统能力。其核心突破之一,是建立面向可再生生物质原料的多酶协同催化体系,使多种功能互补的酶在温和条件下协同运行,让原料拆解、转化与产物生成等关键环节衔接更顺畅、效率更高。 从问题成因看,多酶体系并非简单“叠加”,而涉及反应速率匹配、酶间相互影响、底物与中间体传质、反应环境兼容等多维耦合。过去制约产业化的因素主要包括:优质酶资源不足,关键酶制备与改造成本较高;多酶之间缺少协同设计,通量不均衡导致效率下降;实验室可行路线在放大后容易暴露能耗、成本、稳定性和质量控制等新问题。团队围绕这些症结开展针对性创新,通过催化体系设计优化与过程集成强化,提高多酶协同效率与适配性,并在工程化验证中形成可复制、可迁移的技术框架,缓解“做成一个产品、难以快速迁移到另一个产品”的行业痛点。 这个技术路径的价值正在体现:在玉米、秸秆等可再生生物质原料条件下,利用生物催化温和、高选择性的特点,可在常温常压或接近常温常压条件下完成关键转化,降低对高温高压以及强酸强碱等高负荷条件的依赖,从而减少能耗与环境压力;同时,多酶协同体系的模块化、平台化思路,有望缩短从路线论证到工艺验证再到规模化生产的周期,加快新产品迭代,提升产业响应能力。在涉及的技术推动下,一批覆盖食品、化工、医药及农药等领域的生物基产品实现从实验室走向规模化生产,显示出科研成果对产业链的直接支撑作用。 从对策层面看,推动生物制造高质量发展,需要在关键技术、产业组织与政策体系上协同发力:一上,围绕“酶—路径—过程”一体化攻关,持续提升自主酶资源与工程化能力,增强关键环节可控性;另一方面,完善中试与放大验证平台,强化质量标准、过程控制与安全评估体系建设,提高成果转化效率;同时,鼓励产学研协同与应用牵引,围绕重点行业场景形成稳定需求,推动技术供给从单点突破走向体系化能力。高校团队的长期积累与平台化建设,为这一路径提供了可参考的实践样本。 展望未来,随着生物基材料与生物基化学品需求增长,以及绿色供应链与可持续消费理念不断深化,生物制造产业化将进入更强调系统能力的阶段。多酶协同催化体系及相关绿色制造技术若能在更多品类、更多原料和更复杂工况下持续验证稳定性,并与数字化过程控制、智能化生产组织深度融合,将更提升我国在绿色生物制造领域的自主创新能力与产业竞争力,为现代化产业体系培育新的增长点。

生物制造是面向未来的重要产业方向;华东理工大学团队的这个成果,反映了基础研究与产业应用的有效衔接,也为绿色生物制造的工程化落地提供了经验。随着多酶协同催化技术更推广应用,有望带动更多传统产业加快绿色转型升级,为可持续发展提供更坚实的产业支撑。