成都生物所李东研究员团队在己酸生物制造领域取得重要突破：成功实现从机制解析到10吨级工业化应用的完整跨越

2025/10/20

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李东己酸生物

在“双碳”战略背景下，将海量有机废弃物转化为己酸等高值化学品，是实现资源化利用的关键路径。利用混合微生物菌群在开放、非灭菌条件下进行定向生物合成，因其低成本和原料普适性而备受瞩目。然而，该技术路线长期面临严峻的工程化瓶颈：微生物群落内部竞争激烈，易导致副产物增多、体系不稳定；同时，从实验室到工业规模的放大缺乏成功的产业化范例。

针对上述挑战，中国科学院成都生物研究所李东研究员团队开展了长达六年的系统性研究与技术攻关，取得了从“机制解析”到“工程化应用”，再到“拓展工艺边界”的系列重要进展，成功实现了从基础研究到工业生产的完整跨越。

第一步：核心机制突破，变“黑箱”为“白箱”

团队首先在基础科学层面取得突破，通过精准调控，成功构建了一个以瘤胃球菌属（Ruminococcus）为核心的功能菌群。该菌群能高效、定向地将酸性复杂底物转化为己酸。通过深入阐明该体系的微生物群落演替规律与核心代谢网络，团队将被视为“黑箱”的混菌发酵过程，转变为一个可预测、可调控的“白箱”系统，从根本上解决了菌群竞争和副产物众多的难题，为工程化放大奠定了坚实的理论基础。

第二步：工程化应用，实现从0到1的产业跨越

基于清晰的科学机制，团队稳步推进工艺放大。在实验室层面，创造了己酸合成浓度高达33.7 g/L的已报道最高水平；随后，在全球范围内首次报道了该免灭菌发酵技术在500升中试规模的成功应用；并在此基础上，在国内首次成功放大至10吨级工业规模且实现稳定运行。这一标志性的工程化实践，不仅打通了从基础研究到工业应用的“最后一公里”，也为解决开放式定向生物合成稳定性差、产物选择性低等全球性难题提供了关键技术方案。

第三步：拓展工艺边界，解锁中性环境合成潜力

在推动产业化的同时，团队为提升工艺普适性继续深耕。研究发现，当培养环境从酸性切换至中性时，群落中的厌氧球菌属（Anaerococcus）能“接棒”成为核心功能菌，高效合成己酸。这一发现不仅揭示了功能菌群优异的环境可塑性，更首次证实了厌氧球菌属的链延长潜力，为丰富相关微生物资源库做出新贡献。该成果极大地扩展了己酸生物合成的发酵pH边界（从酸性到中性），为未来处理更多样化的有机废弃物奠定了基础，显著增强了技术的通用性。

显著经济社会价值：从“环境负债”到“绿色资产”

目前，该技术已在南北两家知名白酒企业推广落地，建成并稳定运行国内两条己酸生物制造工业生产线。团队同步开发的高效产物提取与精制工艺，打通了从原料到高附加值产品的全链条。该技术的应用展现出巨大的经济潜力：据估算，可将每吨处理成本约30元的废水，转化为价值超过3000元的产品，实现从“环境负债”到“绿色资产”的质变。该全链条技术体系为我国处理有机废弃物、发展绿色生物基化学品产业提供了重要的理论基础和技术储备。

成果发表与团队贡献

该系列研究成果已在多个国际权威期刊发表，并布局核心专利。核心机制与工业化应用系列成果：Applied and Environmental Microbiology (2021), 硕士毕业生奉鑫为第一作者。Waste Management (2021), 硕士毕业生任冰为第一作者。Bioresource Technology (一区TOP, 2022), 硕士毕业生黄欢欢为第一作者。拓展工艺边界研究成果： Chemical Engineering Journal (一区TOP, 近期发表原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894725104506), 硕士生罗月岑和梁妍为共同第一作者，朱晓宇副研究员为所有论文的唯一通讯作者。此外，团队已布局的两项核心专利均已获得授权。该系列研究工作先后得到了国家自然科学基金面上项目、四川省科技支撑计划、中国科学院“西部之光”A类计划、青年创新促进会以及企业横向项目等联合资助。