打通生物制造技术产业化全链条——记科技进步特等奖多酶协同催化体系及生物基产品绿色制造技术创新与产业化

　　“学术论文不是我们的终极目标，科研成果要服务产业化应用。”华东理工大学鲁华生物技术研究所创始人、所长魏东芝教授正是秉持着这样的初心和观念，带领团队深耕生物制造20余载，开发完成了多酶协同催化体系及生物基产品绿色制造技术，推动了食品、化工、医药及农药等领域的生物基产品实现大规模量产。该技术于近日获得2025年度中国石油和化学工业联合会科技进步特等奖。

　　生物制造是全球竞争的焦点，符合我国“制造强国”的战略需求，随着生物制造技术与产业化日趋成熟，传统化工产业正逐渐向生物制造转型发展。不同于传统化学合成依赖高温高压的生产模式，生物制造是利用生物自身的代谢与催化，在温和条件下完成物质转化，实现绿色、高效、规模化的生产。魏东芝团队则一步步打通技术壁垒，从酶的精准发掘与性能改造，到多酶体系的高效协同催化，再到生物制造技术的产业化落地，实现了从研发到应用的全链条创新，为生物制造的产业化发展筑牢了技术根基。

　　发掘改造酶　破解生物催化源头难题

　　想让生物制造在工业生产中真正落地，酶的发掘与改造是第一步。该团队直击痛点，创建工业酶快速、精准、高效定制技术，并提升了酶的活性，从源头上破解了生物催化的核心难题。

　　酶是生物制造的核心，但想要在海量自然资源中找到适配工业生产的酶耗时耗力。为了实现工业酶的高效发掘，团队搭建起自主可控的酶与微生物资源库，手握上万种实体酶、上亿种虚拟酶的丰富资源。依托这个强大的酶库，团队能从海量酶中快速识别氨基酸特征序列，再通过大数据分析精准匹配兼具高底物耐受性与高特异性的酶，提高了酶发掘的效率与精度，实现万分之一精度锁定目标酶，让工业级酶的发掘不再靠碰运气。

　　找到合适的酶只是第一步，自然界中酶的活性往往难以适用于工业生产。为此，团队化身酶的“结构设计师”，深入解构酶的内部结构，针对性开展活性改造：提出基于过渡态结构重塑及多属性协同进化的创新策略，强化关键氨基酸与底物间的相互作用力，让酶的催化效率实现千倍以上跃升。不仅如此，团队还创建酶催化底物拓展方法，利用人工智能技术加快酶与生物催化剂的进化速度。

　　在创建自主产权酶库的基础上，团队结合“一酶多用”策略，让这些定制化的酶用于非天然氨基酸、羟基羧酸等生物基产品绿色制造。

　　引入传质理论　强化多酶高效协同催化

　　单酶的高效催化只是基础，如何让多种酶在同一个反应体系里高效协同才是生物制造产业化的关键难题。魏东芝团队以“酶的性质归一”为核心思路，创建基于酶自组装及协同催化的多酶级联生物催化技术。他们将不同酶的高活性统一适配到最优反应条件下，并将多步反应归一，一举破解了多酶体系不兼容和催化效率低的行业痛点。

　　在此基础上，团队进一步创新多酶级联工程技术，开发出空间有序、计量可控的酶自组装方法。这一技术引入了化工领域的传质思想，将酶的随机碰撞反应转变为零距离传质反应，突破了传统反应的传质界限，实现了传质过程与催化反应的双重强化，使得转化时间缩短一半，转化率达99%以上。

　　为了让多酶协同催化的优势在产业化中充分释放，团队打造了“微生物细胞工厂”，把多种酶装配到微生物细胞中，让细胞充当工厂生产高附加值产品。在更精细的细胞器内，团队还组建了多酶集合体，在细胞工厂内限制它们的反应区域，进一步提高反应效率和产量，实现了规模化、低成本生产，让多酶高效协同催化的技术优势真正转化为产业生产力。

　　绿色清洁生产　实现多产品产业化制造

　　“要么不做，要么做好。”带着这份对技术落地的极致追求，魏东芝团队创新研发生物催化低成本、规模化及清洁化生产技术，破解了生物催化介质复杂、生产成本高、后续处理难等行业难题，让生物制造从反应到产出的全流程，真正实现绿色、清洁、高效的产业化落地。

　　传统的生物发酵和转化要进行分离纯化，引发了废水处理问题。团队创建的无缓冲液生物催化反应体系，使酶能够直接在纯水体系中发生催化反应。这一改写酶工程教科书理论的技术突破，简化了反应及分离工艺和设备，实现了生产过程清洁化。

　　在工艺清洁化的基础上，团队还实现了资源的高效循环。他们打造的“微生物细胞工厂”能将生产过程中排放的二氧化碳重新吸收利用。魏东芝说：“以柠檬酸生产为例，原料玉米淀粉利用率近100%，产酸水平达国际最高190克/升。”

　　更值得一提的是，团队研发的平台技术具有通用性，解决了单一产品开发成功后其技术难以快速移植于新产品的问题。目前，团队已建成千吨级手性非天然氨基酸生物制造生产线，开发了低成本、无抗生素添加、培养基100%国产化的发酵技术，在多元醇生物催化体系中实现了一种细胞催化剂催化出92余种产品，在甾/萜制造领域以细胞工厂制造取代动植物提取生产方式，开辟了数万种精细化学品生产新路径，推动化工行业向绿色化转型升级。

　　未来，团队将探索多维发展新路径，深化人工智能与生物技术的融合，持续打通技术产业化关键环节，聚焦市场需求研发新产品，延续产学研与上中下游产业链协同，按下生物制造产业化“加速键”。