成果推介——新能源和节能环保领域
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新能源和节能环保领域
☆ 第五十篇 ☆
能源学院——林鹿团队
林鹿
首席科学家
厦门大学特聘教授，博导，能源学院副院长。从事生物质高值转化制备化学品与生物基化学品的研究与技术开发。承担了973、863等国家级项目多项，发表SCI论文120多篇,他引次数超过3000次,担任多个国际SCI杂志编委。
团队成员：龙敏南、郑志锋、刘运权、曾宪海、刘健、王夺、孙勇、叶跃元、李水荣、唐兴、甘礼惠、
团队照片
成果一
秸秆制纤维素乙醇与航空燃油技术
项目简介
前期研究基础
应用技术成果
目前该项目已经与相关企业签订了技术协议，委托合同进入实质签订阶段。
合作企业
本项目合作企业为大庆联谊石化股份有限公司。
大庆联谊石化股份有限公司成立于1993年，位于黑龙江省大庆市大同区，是一家从事石油化工产品生产、销售、油品及化工品贸易的能源化工企业。公司注册资本64800万元，占地1000多亩，于1997年5月在上海证券交易所挂牌上市。2016年12月，北京海淀科技发展有限公司注资收购联谊股份，持有联谊公司63.27%的股份，成为大庆联谊石化股份有限公司的控股股东，目前在大庆建立年产550万吨的炼油生产线。
成果二
环保型生物质组分离产业化技术
项目简介
生物质特别是木质生物质包括农业秸秆、木材等是地球上含量最丰富的可再生有机碳资源，主要由纤维素、半纤维素和木质素等组分结合构成。探索木质生物质的清洁高效并有规模化应用前景的分离与转化新方法新途径，以替代不可再生的石油、煤等化石基化学品、材料和能源，是本世纪初以来的科学热点领域之一。
本团队探索性发现并初步建立了一种固体碱-活性氧蒸煮分离木质生物质组分的方法，并由此建立了弱碱氧化体系制浆的新方法体系。利用该方法实现生物质组分分离过程中，采用环境友好的不溶于水但在水溶液中产生弱碱性的Mg基化合物作为催化剂（固体碱），并加入O2这一清洁化合物，蒸煮过程不含水溶性强酸、强碱和含硫化合物，生产过程中无传统分离方法的恶臭味产生，安全有效，固体碱可以回收再利用。分离的生物质组分一方面可用作纸浆等材料，另一方面可直接作为转化纤维素合成燃料乙醇和航空燃油的重要原料。
前期研究基础
本项目得到了国家重点基础研究发展计划课题（973计划课题）“生物质细胞壁组分结构解译与组分键合机制，2010CB732201”、福建省发改委、厦门市科技局的项目资助，目前已经完成了实验室公斤级小试到吨级中试装置的建设。
应用技术成果
吨级中试示范装置
本项目目前已经建立了公斤级实验室小试和年利用原料万吨级的中试示范装置，并与相关企业已经展开合作。
合作企业
本项目合作企业为泉州福山农业科技有限公司。
福山农业科技有限公司是一家以造福社会、自主创新、坚守诚信、共创未来为发展理念的农业高科技企业，是集农林植物产品的研究、开发、生产、销售与服务为一体的高科技企业。
成果三
海洋活性功能糖（低聚木糖）研究
项目简介
本项目技术通过生物炼制技术对大米草等多种海洋源生物质进行组分分离，获取纤维素、半纤维素与木质素，并通过木聚糖酶将半纤维素转化为低聚木糖。项目科学意义如下：（1）通过大米草中纤维素、半纤维素与木质素组分分离，阐明大米草等海洋源生物质纤维素、半纤维素与木质素组成与结构特点（2）通过木聚糖酶及半纤维素侧链酶（如阿拉伯糖苷酶、阿魏酸酯酶、乙酰酯酶、葡萄糖醛酸酶等）对大米草半纤维素特异性酶解，解构海洋源生物质半纤维素素的分子结构特征。
前期研究基础
本实验室已经完成在毕赤酵母中的高效表达黑曲霉半纤维素酶，包括主链酶GH10家族内切β-1,4-木聚糖酶、GH3家族β-木糖苷酶以及侧链酶GH62家族阿拉伯糖苷酶、GH67家族α-葡萄糖醛酸酶。本论文进一步从黑曲霉中克隆GH11家族内切β-1,4-木聚糖酶，CE1家族乙酰木聚糖酯酶和阿魏酸酯酶A等基因并在毕赤酵母中高效表达以构建完整的半纤维素水解酶体系。在此基础上，利用重组半纤维酶对竹材加工剩余物和小麦麸皮进行协同酶解，研究半纤维素酶协同作用机理，实现半纤维素的高效酶水解转化为高附加值产品。
本项目技术已经过中试示范，以滩涂大米草为原料进行中试测试，低聚木糖得率6～9%。与目前低聚木糖龙头企业山东龙力生物科技股份有限公司（A股上市公司，代码：002604）相比，低聚木糖单位成本更低，产品价值更高。
在量产低聚木糖基础上，开发了系列新型低聚木糖保健品。产业化的工艺包括原料粉碎、及预处理、半纤维素提取分离纯化、木聚糖酶发酵、糖化产低聚木糖、低聚木糖分离纯化等过程。在第一阶段分级分离预处理提炼半纤维素，并以半纤维素为原料制取木聚糖；第二阶段发酵生产木聚糖酶，利用新型工艺将木聚糖水解为低聚木糖；第三阶段对低聚木糖糖化液等进行分离提纯，结合已有的成熟保健品技术，开发形成新型产品，包括高纯低聚木糖、低聚木糖保健口服液等。
应用技术成果
低聚木糖（Xylooligosaccharides, XOS）是一种重要的功能性食品，由2~7个木糖以β-1,4-糖苷键连接而成的混合物，它除了具有低热、稳定、安全、无毒等良好的理化特性外，还有促进肠道内有益菌繁殖、抑制有害菌生长的独特生理功能，现已引起广泛关注。低聚木糖可高效增殖双歧杆菌，具有调节肠道菌群，润肠通便，提高免疫力、降低血压、血清胆固醇及血糖、防龋齿、清口臭、促进人体对钙的吸收等功效。目前，低聚木糖已经在保健食品、动物食品领域广泛使用，并逐步向乳品、功能性食品饮料、糖果、医药辅料、婴幼儿配方食品、营养强化剂等市场领域渗透，极具市场前景。我国低聚木糖年需求量达5万吨，国际上需求量每年以25%的速度递增，日本市场年需求量约5万吨，欧美市场年需求量约10万吨。市场价格约18万元/吨。
本项目低聚木糖技术已经过中试放大。
已建成年5000吨级海洋活性功能糖综合利用生产线，需要资金1500万元，土地10亩。达产后预计年产500吨低聚木糖（75L型），纸浆3200吨、木质素饲料1000吨，销售收入7590万元，净利润1500万元。
合作企业
厦门华澄制药有限公司，厦门晓岚生物科技有限公司
成果四
海洋紫球藻联产花生四烯酸与藻红蛋白
项目简介
花生四烯酸( arachidonic acid，AA，或ARA，20: 4w-6) 又称全顺D-5,8,11,14-二十碳四烯酸，是属于ω-6系列的一种人体必需的多不饱和脂肪酸(Polyunsaturated fatty acids，PUFAs)，具有广泛的生物活性和重要的营养作用。ARA不仅是机体组织细胞膜的结构成分，同时, 它也是内循环系统和中枢神经系统中起重要作用的前列腺素、环前列腺素和白三烯类等二十碳衍生物的直接前体。另外，ARA也是成熟母乳成分之一，它对婴儿的视力和智力发育是必需的。因此，英国营养基金会和FAO/WHO推荐在婴儿奶粉中添加DHA和ARA。ARA及其代谢产物的生理功效还包括：在细胞内可发挥第二信使作用，参与造血和免疫调节，引起血管舒张，参与肝、胆多种功能的调节，引起炎症反应及参与神经内分泌和促进细胞分裂等。在水产动物营养方面，ARA是许多鱼类幼体、对虾幼体的必需脂肪酸，关系到幼体的生长发育和存活。饵料中添加ARA，可提高投喂动物的生长速度和存活率。因此，在婴幼儿保健食品、医药、化妆品、饲料等领域得到广泛应用。1994年我国卫生部正式批准可在婴幼儿配方食品中添加ARA， 1999年正式批准ARA作为新型营养强化剂，卫生部公告2010年第3号文件中公布的7种新资源食品，其中就包括ARA油脂。
ARA的传统来源是动物肝脏、猪肾上腺、血液、鱼油和蛋黄等，但这些组织中AA的质量分数极低，一般少于干重的0.2%，并且受产地和季节的限制，开发费用很高，无论在产量还是成本上都不能满足市场的需要。目前ARA的来源途径有两种：一种是利用生物技术培养微生物，另一种是培养微藻。微生物发酵主要使用高山被孢霉，被孢霉发酵生产ARA具有生物量大、油脂含量丰富和不饱和脂肪酸组成比较合理等优点。但由于外界环境变化或其他因素的影响，被孢霉菌种易发生退化，表现在菌种长势微弱、杂菌丛生、耗糖能力减弱，生物量、油脂含量和ARA含量降低等，这对发酵生产来说是很不利的；而且由于在菌体中ARA含量与其它多不饱和脂肪酸相比优势并不明显，使ARA的富集难度增大，ARA市场价格一直居高不下，不能适应市场的需求。
藻胆蛋白是某些藻类特有的重要捕光色蛋白,早在上个世纪初,就曾报道在蓝藻和红藻中存在强烈荧光性的红色、紫罗蓝色和蓝色蛋白质。科学研究表明，藻胆蛋白是一种既可以作为天然色素用于食品、化妆品、染料等工业上，也可制成荧光试剂，用于临床医学诊断和免疫化学及生物工程等研究领域中。另外，还可以制成食品和药品用于医疗保健上，应用范围广阔，具有很高的开发、利用价值。藻胆蛋白主要存在于蓝藻、红藻、隐藻和少数一些甲藻中 ,其主要功能是作为光合作用的捕光色素复合体 ,在一些藻类中藻胆蛋白也可以作为储藏蛋白 ,以使藻类在氮源缺乏的季节得以生存。已知的藻胆蛋白主要可以分为以下4大类：藻红蛋白(Phycoerythrin,PE)、藻蓝蛋白(Phycocyanin,PC)、藻红蓝蛋白(Phycoerythrocyanin,PEC)、别藻蓝蛋白(Allophyxoxyanin,APC)。
藻红蛋白(P-phycoerythrin,PE)是目前普遍使用地新型荧光标记试剂。在特定波长激发下，藻胆蛋白能发射强烈的荧光，其荧光强度是荧光素的30-100倍。具有很好的吸光性能和很高的量子产率，在可见光谱区有很宽的激发及发射范围。因藻红蛋白具有光敏作用，是海洋藻类中重要的捕光色素蛋白之一，也是新型的高效光敏剂。
据大量文献报道，藻红蛋白具有显著的抑制和杀死人类Hela、SMMC 7721、SW480等多种肿瘤细胞的功效。经适宜波长的光激发后可以产生单线态氧及其它的氧自由基，杀伤生物大分子。肿瘤光动力治疗是以此为基础而发展起来的很有前景的肿瘤治疗新手段.尽管新型的光敏药物在不断的涌现，包括：铝酞菁、C60等，但目前常用的光敏药物主要来自全血中分离的血叶琳衍生物，它们不仅价格昂贵，而且毒副作用大，有严重的皮肤光毒反应.接受以血叶琳衍生物作光敏剂的光动力治疗的病人至少要避光两周到一个月，以防止皮肤受到光毒性的破坏。因而，限制了肿瘤光动力治疗的广泛应用。有研究表明藻红蛋白是一种新型的高效、无毒副作用的光敏药物，可望开发为有实用价值的新型光动力药物用于杀死肿瘤细胞。据报道，藻红蛋白与肿瘤细胞的相互结合过程，为藻红蛋藻红蛋白与细胞结合主要发生在三个结构层次，即细胞膜，胞浆和胞核。PE首先与细胞膜结合，形成明显的环状荧光；随着与细胞作用时间的延长，逐渐进入细胞浆及核内，有时甚至可以观察到核内清晰的核仁。已有资料证明，PE在经过激光激发后可以产生单线态氧及其它的氧自由基产物。这些活性氧组份具有破坏包括蛋白质和核酸等在内的生物大分子的作用。藻红蛋白的激光光敏杀伤肿瘤细胞可能在细胞水平的三个层次上发挥作用：1) 藻红蛋白结合于肿瘤细胞膜或游离于膜外，光敏反应发生时，产物可攻击膜蛋白和不饱和脂质，引起膜蛋白光氧化，损伤膜结构；2) 位于胞浆内，光辐照产生的单线态氧等自由基对胞浆内酶和核酸进行攻击，影响细胞内生化反应，破坏RNA的结构.作用于线粒体，破坏生物氧化链等；3) 作用于细胞核内的DNA，阻碍细胞周期的进行，启动细胞凋亡。目前医学界正积极深入藻红蛋白的抗肿瘤机制，为将其开发成抗肿瘤药物做准备。另外，藻红蛋白在分子免疫诊断、荧光试剂等领域已有广阔的市场前景。
前期研究基础
本项目团队在福建省海洋高新产业发展专项资金、厦门市科技计划项目、厦门大学校长基金等经费的资助下，完成了100L培养液规模培养紫球藻及不饱和脂肪酸ARA产物分离提纯工艺研发工作，建立了小型中试培养紫球藻及ARA产物分离纯化的工艺路线，并获得纯度95%的ARA产品。已建立紫球藻联产藻红蛋白的提取纯化工艺路线。
应用技术成果
目前该技术已于相关企业对接进行合作开发，并正联合承担省级重大科技攻关项目。
合作企业
合作企业为厦门汇盛生物有限公司。
厦门汇盛生物有限公司，于1998年成立，是专业从事微生物发酵、研发、生产和销售为一体的民营高新科技企业。公司建筑面积三万多平方米，公司目前拥有现代化发酵车间、提取车间及综合办公楼；配备有精密检测实验室、发酵系统、藻油包埋系统、动力系统、蒸汽系统、无菌空气系统、冷水循环系统等生产设施和设备；并已形成完善的生产工艺流程。公司具有较好的创新意识和新产品的开发能力，追求以新产品项目开发带动企业的发展。在公司开发生产的各类生物产品中，“虾青素的发酵法产业化项目”被列入《厦门市“十一五”科技发展专项规划》重大项目新兴产业创新工程、福建省十大优秀成果转化项目；“高密度培养微藻发酵生产DHA项目”被认定为厦门市高技术成果转化项目、2009年国家中小企业技改项目、福建省产业调整和振兴2010年重点项目、福建省科技重大专项专题项目。
公司严格按照现代企业管理机制，在生产控制、品质控制、售后服务等方面力争做到精益求精；奉行以质量求生存，以创新求发展，以信誉求效益为原则，连续八年被厦门市政府授予“守合同、重信用”单位，并被银行评为AA级信用企业。公司已通过ISO9001:2008质量管理体系、ISO22000:2008食品安全管理体系等认证。汇盛公司坚持“用科技传递健康”的理念，不断地开发新技术、新产品、提供新服务，倾心致力于绿色营养添加剂的发展事业。