近日，我校生命科学学院孙杨副教授在生物工程国际知名期刊Bioresource Technology在线发表了题为“Continuous catalytic production of 1, 3-dihydroxyacetone through sustainable system using perfusion culture and immobilized cells”的研究成果。该研究提出了一种连续催化甘油生产1, 3-二羟基丙酮(DHA)的新策略，为生物工程和合成生物学相关产品的生产提出一种高效生产的新途径。
DHA是各种精细化学品和药物底物的重要前体，被广泛应用于化妆品、医药和食品等领域。目前利用甘油作为底物进行生物催化合成DHA时会受到反馈抑制，当DHA浓度超过50 g·L-1时，会显著抑制微生物的生长和代谢，这对维持DHA的长期有效催化生产提出了挑战。
该研究利用中空纤维柱灌流技术和固定化细胞构建了一种新型的连续生产和同步分离(ICSS)集成系统（图1），并对细胞的时序寿命进行了研究，发现添加酵母提取物和硫酸镁可以复苏细胞的生物催化能力，实现DHA长期的高效率生产。同时该研究结合恒化器的理念构建了相应的动力学模型，增加固定化细胞用以处理未消耗的甘油，降低成本的同时大大提高了下游结晶纯化效率（图2）。在最佳运行条件下，利用高效微生物连续催化生产技术新策略，使DHA产量提高4.85倍，大大提高了DHA的生产效益。ICSS系统不仅适用于DHA的生产，还可应用于其他物质的连续化生产工艺开发，在可持续生物生产过程中具有很大的应用潜力，为利用微生物进行工业高附加值产品生产提供了一种新的思路。
图1 连续化生产同步分离系统的建立及二羟基丙酮可持续生产应用
图2 ICSS系统与传统补料分批发酵生产DHA工艺比较
生命科学学院青年教师孙杨副教授与硕士研究生刘唐为本文共同第一作者，河南大学刘宇鹏教授与江南大学白仲虎教授为本文的通讯作者。河南大学为第一完成单位。该研究得到河南省重点研发专项（231111310700)、河南省青年人才托举工程（2023HYTP024）等项目的资助。
刘宇鹏，教授，河南省应用微生物工程研究中心副主任、河南省生物工程学会第七届理事会常务理事。主要从事微生物发酵工程、生物催化等方面的教学及科研工作，多项应用技术成果顺利转化企业，曾获河南省科技进步二等奖1项（第1完成人）；在国内外权威学术期刊上发表论文30余篇，出版专著3部，授权获国家发明专利授权12项。
孙杨，副教授，高级工程师，硕士生导师，主要从事QbD理念应用、生物医药、生物催化及生物过程工程研究。获河南省生物工程学会第七届理事会理事、河南省青年人才托举工程、四川龙泉驿英才、河南大学就业创业工作先进个人、国家级创新创业优秀指导教师、河南省创新创业大赛优秀指导教师、中国制药装备协会科技创新奖等荣誉。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.biortech.2024.130734
