近日，江南大学粮食发酵与食品生物制造国家工程研究中心教授邓禹团队对微生物细胞工厂利用秸秆水解液合成乙醇酸进行了深入研究，并取得了突破进展。相关研究成果已发表在国际期刊《生物资源技术》。
乙醇酸又称为羟基乙酸，主要用做清洁剂、爽肤水和非处方化妆品中的去角质成分。此外，乙醇酸还用于化学清洗、纺织工业以及生产聚乙醇酸-乳酸(PLGA)和聚乙醇酸(PGA)等生物降可降解材料，其相关产品具有生物降解性、生物相容性和低毒性等优点。
据了解，当前乙醇酸的需求量逐年增加，据统计至2023年我国乙醇酸需求量已经达到2.5万吨/年，2022年-2028年的年复合增长率将达到7.1%。一直以来，乙醇酸主要是通过氯乙酸水解法等化学方法催化石油基底物合成的，普遍存在着毒性大、污染严重、产率低和碳排放高等问题。随着我国“双碳”战略的推进，相比石油基乙醇酸，以葡萄糖等可再生有机碳源为底物合成的生物基乙醇酸表现出更多优势，如绿色环保、低碳排放、工艺简单和反应条件温和等。
我国是农业大国，拥有丰富的秸秆生物质资源，这些生物质资源中包含着丰富的纤维素和半纤维素等，其主要成分是葡萄糖和木糖。据团队成员、江南大学生物工程学院副研究员你周胜虎介绍，秸秆经过处理可转变为绿色、廉价、可再生、富含葡萄糖和木糖的秸秆水解液，可作为微生物细胞工厂合成乙醇酸的底物。
团队开发了动态代谢调控策略、辅因子工程和糖蛋白转运工程策略等，以大肠杆菌为底盘细胞，经过改造解决了乙醇酸生产过程中代谢流失衡和辅因子缺乏的问题，实现了以玉米秸秆水解液为底物高产乙醇酸的目标，5 升发酵罐补料分批发酵的乙醇酸产量达到了52.2克/升，这是迄今为止不添加诱导剂的最高产量。
“这不仅降低了生物基乙醇酸的生产成本，减少了碳排放，还能为秸秆生物质资源的再开发利用开辟了新的途径，具有广泛工业化应用前景和商业化价值。”周胜虎表示。