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成果簡(jiǎn)介： 為解決葡萄糖酸及其復(fù)合鹽生產(chǎn)過(guò)程中的酸堿污染及催化劑成本高的難題，引入固定化葡萄糖氧化酶和過(guò)氧化氫酶一步催化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)物的連續(xù)化生產(chǎn)，綠色環(huán)保并大幅度降低了成本。在此過(guò)程中，調(diào)控了固定化介質(zhì)的表面性質(zhì)，提高了固定化酶的活性和穩(wěn)定性；改變了固定化酶的pH耐受性，可在不加酸堿中和低pH下催化反應(yīng)，大幅度降低了廢水處理的難度。

本發(fā)明公開(kāi)了一種ZnFe2O4納米顆粒-ZnO納米纖維復(fù)合納米材料及其制備方法。首先采用共電紡絲方法，沉積得到復(fù)合納米纖維，然后經(jīng)過(guò)適宜的退火工藝制得ZnFe2O4納米顆粒-ZnO納米纖維復(fù)合納米材料，ZnFe2O4納米顆粒均勻穩(wěn)定的附著在ZnO納米纖維上。另外，本發(fā)明首次將ZnFe2O4納米顆粒-ZnO納米纖維復(fù)合納米材料用于葡萄糖色比傳感測(cè)試，測(cè)試方法簡(jiǎn)單且靈敏度高。ZnFe2O4-ZnO形成II型異質(zhì)節(jié)半導(dǎo)體，交叉的能級(jí)結(jié)構(gòu)有利于減小載流子的復(fù)合，提高其催化性能、傳感性能。另外，將ZnFe2O4納米顆粒復(fù)合到ZnO納米纖維上解決了顆粒團(tuán)聚問(wèn)題，進(jìn)一步增強(qiáng)了其催化性能與傳感性能。

葡萄糖酸和山梨醇都是用途非常廣泛的化工原料。目前山梨醇的生產(chǎn)主要是通過(guò)化學(xué)催化 加氫裂解葡萄糖得到的，這是一種高能耗、高分離成本且高污染的生產(chǎn)工藝。生物法生產(chǎn)山梨 醇主要利用運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單孢菌周質(zhì)空間內(nèi)的葡萄糖果糖氧化酶催化氧化還原果糖和葡萄糖得到， 反應(yīng)過(guò)程簡(jiǎn)單，條件溫和且環(huán)境友好。但生物法的底物葡萄糖和果糖相對(duì)于產(chǎn)物來(lái)講是價(jià)格不 菲的。因此，分別利用價(jià)格低廉的菊芋生物質(zhì)原料替代果糖和木薯淀粉質(zhì)生物質(zhì)代替葡萄糖來(lái) 生產(chǎn)山梨醇和葡萄糖酸可以大大提高該生產(chǎn)過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性。 本項(xiàng)目的菊芋生物質(zhì)生產(chǎn)葡萄糖酸和山梨醇技術(shù)采用華東理工大學(xué)研發(fā)的利用固定化運(yùn) 動(dòng)發(fā)酵單胞菌同時(shí)催化菊芋果糖和木薯葡萄糖生產(chǎn)高濃度山梨醇和葡萄糖酸的技術(shù)。該技術(shù)主 要包括高濃度菊芋果糖和木薯葡萄糖混合水解液的生產(chǎn)、重組運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌的細(xì)胞固定化和 利用運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單孢菌催化果糖和葡萄糖生產(chǎn)高濃度山梨醇和葡萄糖酸等主要工序。其中，高濃 度菊芋果糖和木薯葡萄糖混合水解液的制備采用同一種糖化酶同時(shí)催化菊芋聚果糖的酶解和木 薯淀粉的酶解，避免了昂貴的多酶組分的添加，有效降低了催化底物-葡萄糖和果糖的生產(chǎn)成 本；運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌的細(xì)胞固定化則實(shí)現(xiàn)了催化細(xì)胞的循環(huán)使用，降低了催化成本；利用運(yùn)動(dòng) 發(fā)酵單孢菌催化果糖和葡萄糖生產(chǎn)高濃度山梨醇和葡萄糖酸則可得到濃度達(dá)20%以上的山梨醇 溶液，大大降低了后續(xù)的分離成本，果糖和葡萄糖轉(zhuǎn)化率都在90%以上。

2-酮基-D-葡萄糖酸 (2-keto-D-gluconic acid，2KGA) 是工業(yè)上大規(guī)模生產(chǎn)的一種有機(jī)酸，主 要用于食品抗氧化劑D-異抗壞血酸及D-異抗壞血酸鈉的合成。本項(xiàng)目采用氧化葡萄糖酸桿菌 靜息細(xì)胞轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)2-KGA。轉(zhuǎn)化反應(yīng)體系中，底物葡萄糖濃度達(dá)到300g/l左右，2-KGA的產(chǎn) 率在95%以上，時(shí)空產(chǎn)率達(dá)到13.48g/l/h。國(guó)內(nèi)外報(bào)道的最高發(fā)酵生產(chǎn)水平是11.4g/l/h。 現(xiàn)有的2-KGA生產(chǎn)，主要通過(guò)熒光假單胞菌發(fā)酵葡萄糖或淀粉水解糖。工藝面臨的主要問(wèn) 題是抗噬菌體菌株的篩選、連續(xù)發(fā)酵的周期長(zhǎng)、菌體與CaSO4 的分離等。 本項(xiàng)目采用靜息細(xì) 胞轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)2-KGA。本項(xiàng)目和發(fā)酵法比較，具有轉(zhuǎn)化反應(yīng)簡(jiǎn)單、易控制、時(shí)間短、后處理容 易等優(yōu)勢(shì)。

隨著環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的呼聲日益高漲， 以天然可再生資源開(kāi)發(fā)生產(chǎn)綠色環(huán)保、性能優(yōu)良的表面活性劑 已成為當(dāng)代潮流。我國(guó)淀粉資源豐富，利用淀粉水解物——葡 萄糖為原料，開(kāi)發(fā)環(huán)保高效的表面活性劑具有很高的應(yīng)用價(jià)值。 本項(xiàng)目在前期研究基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一類新型的基于葡萄糖的 酯基季銨鹽陽(yáng)離子表面活性劑，可應(yīng)用于日用化工、農(nóng)用化學(xué) 品、織物柔軟劑、皮革化工、造紙、礦物浮選、油田、涂料和 黏合劑等多個(gè)領(lǐng)域。

農(nóng)業(yè)廢棄物中富含木糖，木糖以大分子的木聚糖的形式廣泛存在于植物半纖維素中，可通過(guò)水解等農(nóng)林業(yè)副產(chǎn)物如玉米芯等獲得。如何利用廉價(jià)農(nóng)業(yè)廢棄物中木糖發(fā)酵生產(chǎn)高附加值產(chǎn)物具有重要前景。本實(shí)驗(yàn)室通過(guò)多年研究，挖掘出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的可高效利用木糖生產(chǎn)γ氨基丁酸（GABA)的乳酸菌,L. buchneri WPZ001 可利用木糖或玉米芯水解液為碳源生長(zhǎng)并高產(chǎn) GABA。GABA 是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中一種抑制性神經(jīng)遞質(zhì),在保健食品及飼料添加劑中用途廣泛，而目前其生產(chǎn)方法均為利用葡萄糖發(fā)酵生產(chǎn)。 本研究室研究發(fā)現(xiàn)：L. buchneri WPZ001 在以木糖為碳源的培養(yǎng)基中的生長(zhǎng)和 GABA 合成情況均優(yōu)于葡萄糖，在分別以木糖和玉米芯稀硫酸水解液為碳源的 1 L 規(guī)模的靜置發(fā)酵中，48 h 的 GABA 產(chǎn)量分別可達(dá) 70.1 g/L 和 61.2 g/L，優(yōu)化后，GABA 產(chǎn)量進(jìn)一步提升到 313.1 g/L。本技術(shù)以富含木糖的農(nóng)業(yè)廢棄物為原料生產(chǎn) GABA 的，不僅有助于降低 GABA 生產(chǎn)成本，還對(duì)再生資源的利用具有重要意義。 

1、成果來(lái)源、成果被評(píng)價(jià)及認(rèn)定（發(fā)明專利授權(quán)號(hào)）等情況 本項(xiàng)目來(lái)源于國(guó)家“十二五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“大宗糧食綠色加工技術(shù)與 產(chǎn)品”中課題“玉米淀粉加工關(guān)鍵技術(shù)研究與示范（2012BAD34B07，479 萬(wàn)元， 研究起止時(shí)間：2012.01-2014.12）”和國(guó)家自然科學(xué)基金“酶法選擇性合成單一 類型環(huán)糊精的控制策略研究（31101228，25 萬(wàn)元，研究起止時(shí)間：2012.01- 2014.12）”，屬于農(nóng)產(chǎn)品深加工科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。本項(xiàng)目累計(jì)申請(qǐng)發(fā)明專利 7 項(xiàng)（1 項(xiàng)獲授權(quán)），發(fā)表論文 11 篇（8 篇被 SCI 收錄），于 2015 年 7 月通過(guò)中國(guó)糧油學(xué) 會(huì)鑒定，獲國(guó)際先進(jìn)評(píng)價(jià)。 2、主要技術(shù)內(nèi)容、作用、對(duì)行業(yè)的意義，獲獎(jiǎng)情況 CGT 酶生產(chǎn)環(huán)糊精最不利的條件之一是產(chǎn)物特異性差，給產(chǎn)物的分離純化 帶來(lái)很大不便。同時(shí)，CGT 酶存在的另一大缺陷是其熱穩(wěn)定性較差，由于在環(huán)糊 精工業(yè)化生產(chǎn)中，底物淀粉首先要經(jīng)過(guò)高溫糊化、液化處理，然后降溫至適當(dāng)溫 度進(jìn)行環(huán)化反應(yīng)，若 CGT 酶能夠適應(yīng)更高的反應(yīng)溫度，勢(shì)必有助于提高反應(yīng)效率， 因此，有必要改善 CGT 酶的熱穩(wěn)定性，提高其催化效率，進(jìn)而有效降低環(huán)糊精生20 產(chǎn)成本。本項(xiàng)目主要是通過(guò)改善 CGT 酶產(chǎn)物特異性和熱穩(wěn)定性，提高該酶的使用 性能，將其應(yīng)用于環(huán)糊精的工業(yè)化生產(chǎn)中，能顯著降低環(huán)糊精的生產(chǎn)成本，促進(jìn) 環(huán)糊精在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。因此，隨著環(huán)糊精在食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域中的應(yīng)用 越來(lái)越廣闊，開(kāi)發(fā)改善 CGT 酶使用性能的關(guān)鍵技術(shù)顯得尤為重要，具有很好的推 廣應(yīng)用前景。 3、成果的技術(shù)指標(biāo)、創(chuàng)新性與先進(jìn)性 本項(xiàng)目在長(zhǎng)期從事淀粉生物轉(zhuǎn)化研究的基礎(chǔ)上，針對(duì)環(huán)糊精工業(yè)化生產(chǎn)過(guò)程 中 CGT 酶的產(chǎn)物特異性和熱穩(wěn)定性較差問(wèn)題，通過(guò)深入研究和不懈努力，逐步改 善了 CGT 酶的產(chǎn)物特異性和熱穩(wěn)定性，突破了關(guān)鍵技術(shù)，并實(shí)現(xiàn)了具有理想產(chǎn)物 特異性和熱穩(wěn)定性的β-CGT 酶突變體在酶法生產(chǎn)β-環(huán)糊精中的應(yīng)用。該酶使用 性能改善易操作，具有很好的應(yīng)用價(jià)值，技術(shù)位于國(guó)際領(lǐng)先水平。與國(guó)內(nèi)外同類 技術(shù)相比，具有以下創(chuàng)新： ①針對(duì) CGT 酶產(chǎn)物特異性較差的問(wèn)題，確定了 CGT 酶的產(chǎn)物特異性與其一級(jí) 結(jié)構(gòu)的相關(guān)性，獲得構(gòu)建具有理想產(chǎn)物特異性的 CGT 酶突變體的簡(jiǎn)單可行方法， 為從本質(zhì)上改善 CGT 酶的產(chǎn)物特異性提供理論基礎(chǔ)； ②針對(duì) CGT 酶熱穩(wěn)定性較差的問(wèn)題，采用定點(diǎn)突變技術(shù)闡明了重要氨基酸殘 基對(duì) CGT 酶熱穩(wěn)定性產(chǎn)生影響的規(guī)律，獲得了構(gòu)建具有理想熱穩(wěn)定性的 CGT 酶突 變體的簡(jiǎn)單可行方法，為從根本上改善 CGT 酶的熱穩(wěn)定性打下了基礎(chǔ)； ③ CGT 酶使用性能的改善方法簡(jiǎn)單易行，所得到具有理想產(chǎn)物特異性和熱 穩(wěn)定性的酶突變體可直接應(yīng)用于β-環(huán)糊精的工業(yè)化生產(chǎn)，能提高β-環(huán)糊精的得 率，降低β-環(huán)糊精的生產(chǎn)成本。 

環(huán)糊精在食品、香料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、化工等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。本項(xiàng)目通過(guò)基因工程技術(shù)構(gòu)建了高效表達(dá)?-CGT 酶工程菌，通過(guò)發(fā)酵優(yōu)化，發(fā)酵液酶活達(dá)到 100 U/ml (以?-環(huán)糊精的生成速率計(jì))以上，70400 U/ml (以水解活性計(jì))，具有發(fā)酵周期短，工藝簡(jiǎn)單易控等特點(diǎn)。發(fā)酵結(jié)束后發(fā)酵液過(guò)濾除菌可以直接作 為酶液進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)。此外，通過(guò)蛋白質(zhì)工程技術(shù)改造了酶的產(chǎn)物特異性，當(dāng)以15%淀粉為底物時(shí)，環(huán)糊精總轉(zhuǎn)化率達(dá)到 55%以上，其中α-環(huán)糊精含量達(dá)到 85％以上

D-異抗壞血酸作為維生素 C 的光學(xué)異構(gòu)體，具有抗氧化作用強(qiáng)、氧化速度慢等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化工等工業(yè)領(lǐng)域。2-酮基-D-葡萄糖酸是 D-異抗壞血酸的前體。經(jīng)篩選獲得一株以(NH4)2SO4 為唯一氮源的高產(chǎn) 2-酮基-D-葡萄糖酸菌株，在 30L 發(fā)酵罐中，發(fā)酵時(shí)間 42 h；產(chǎn)量達(dá)到 265.8 g/L，糖酸轉(zhuǎn)化142率為 1.04 g/g。在 500 L 發(fā)酵罐中，發(fā)酵 48 h，產(chǎn)量達(dá)到 220 g/L，糖酸轉(zhuǎn)化率 0.99 g/g。此生產(chǎn)菌株在發(fā)酵過(guò)程中無(wú)副產(chǎn)物生成，所得產(chǎn)品純度高。 

全銅高仿真復(fù)制