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俗语有云,“酒是粮食精”,一语道出了生物发酵的本质。以各类粮食作物为原料,在微生物作用下转化酒(乙醇)的生物发酵法也一直沿用到现在,而乙醇在化学工业、医疗卫生、食品工业、农业生产等领域都有广泛的用途。以粮食为原料生产乙醇的一个弊端是侵占了人们食用的粮食资源,所以以非粮食作物或纤维素为原料生产乙醇是一个很好的替代方法,而更进一步,科学家们也在尝试“无中生有”,将工业尾气中的一氧化碳、二氧化碳等C1气体转化为酒精或者其它工业原料。本次,生辉SynBio邀请到了中国科学院青岛生物能源与过程研究所(以下简称“青岛能源所”)的李福利研究员,请他与我们分享他在生物质和富碳气体的生物燃料以及高值化衍生品的转化研究。图丨李福利(来源:受访者)李福利1998年毕业于兰州大学生物技术专业,随后到山东大学攻读微生物学博士学位,毕业后留在山东大学任讲师一职,2005年晋升为副教授,同年赴德国马普陆地微生物研究所进行厌氧微生物的博士后研究。2008年,他加入青岛能源所建立实验室,围绕生物质降解和以富碳气体为原料的合成生物学应用开展研究,研究方向有嗜热微生物的多糖降解酶催化机制以及生产生物燃料的高效细胞工厂构建,为生物能源的开发提供上游工艺和技术支持。图丨李福利课题组研究方向(来源:李福利实验室主页)多项研究成果正在产业化生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体,是仅次于煤炭、石油、天然气之后的第四大能源,除了粮食作物外,常用的生物质有秸秆、树木等木质纤维素(简称纤维素)、农林畜牧业生产过程中的废弃物等物质。李福利团队用了十余年时间,研究以褐藻为原料进行燃料乙醇、寡糖的生产,最终完成了酶解制备海藻寡糖工业化应用。降解纤维素的重要一环是纤维素酶,2018年,李福利研究组与山东大学微生物技术研究院教授王禄山及青岛能源所蛋白质设计研究组研究员姚礼山合作,提出了一种持续性纤维素内切酶“走钢丝”模型,相比传统酶,这种酶与底物的亲和力更强,水解效率更高。“传统的褐藻降解工艺路线耗时长,工艺流程复杂,成本较高。”李福利表示,“我们利用合成生物技术,以酵母为底盘,实现了多糖裂解酶的高效表达,该酶的热稳定性好,能够与其他酶相匹配,实现对海藻的高效、快速地降解。”这项工作在今年还获得了山东省自然科学二等奖。图丨C1