5月19日，韩国科学技术院 (KAIST) 宣布，KAIST-韩华解决方案（Hanwha Solutions）未来技术研究所已掌握生物技术，能够利用废弃资源大规模生产环保的塑料和纺织品原材料，为石油基产品提供替代方案。

 

 

这项研究由中国工程院外籍院士，韩国国家科学与工程院院士李相烨（Sang Yup Lee）领导，利用工程化的谷氨酸棒状杆菌，实现了1,3-丙二醇（1,3-PDO）的高效、无抗生素、规模化生产。1,3-PDO是一种用途广泛的有机化合物，是制造高性能纤维、聚氨酯泡沫、粘合剂、个人护理品乃至高性能溶剂和防冻剂的关键单体，市场需求巨大。

 

相关研究以“High-titer, antibiotic-free, pilot-scale production of 1,3-propanediol by engineered Corynebacterium”为题5月12日发表于Nature Chemical Engineering，并被选为 5 月刊的封面文章。

 

研究对谷氨酸棒杆菌进行改造，用于高效合成 1,3-PDO，并通过补料分批发酵对各改造环节逐一验证。

 

基于微生物代谢工程策略生产1,3-丙二醇的示意图

 

研究首先对标准菌株谷氨酸棒杆菌 ATCC 13032开展代谢工程改造：以葡萄糖 - 甘油混合底物发酵，1,3-PDO产量可达138 g/L；仅以甘油为底物时，产量为100.9 g/L。核心改造策略包括：构建甘油摄取通路与 1,3-PDO生物合成通路、减少副产物生成，并优化补料分批发酵工艺。

 

随后，研究人员将上述改造方案应用于新分离菌株谷氨酸棒杆菌 SC97。通过进一步改造（引入无抗生素质粒稳定系统、过表达sucCD基因），该菌株在不添加抗生素的条件下，1,3-PDO产量达到141.5 g/L，生产强度为 2.95 g/L/h。

 

 

研究分别在 30 升、300 升中试发酵体系中完成放大试验，30 升规模下1,3-PDO产量为120.2 g/L，生产强度2.07 g/L/h；300 升规模下产量为127.8 g/L，生产强度1.77 g/L/h，证实该工艺具备放大潜力。

 

技术经济分析与生命周期评价结果为工业可行性提供了初步支持。文中设定年产5600吨1,3-PDO，基准销售价格为4.00美元/kg，经济盈亏平衡价格约为2.6美元/kg。但该评估仍依赖当前流程假设，且 LCA 边界中未纳入蒸汽、电力、冷却水、废水处理和基础设施，生物源二氧化碳吸收、土地利用变化和能源信用也未考虑。因此，这些结果更适合作为早期判断，而不是最终产业结论。

 

 

韩华解决方案公司研究主管金正大表示：“这项研究意义重大，因为它证实了使用生物基原料替代现有石油化工工艺的潜力。”他补充道：“我们期望它能为未来可持续化学材料的生产及其工业应用奠定重要基础。”

 

“这项研究表明，微生物化学品的生产可以从实验室规模扩展到实际的工业规模，”韩国科学技术院（KAIST）生物化学工程系特聘教授李相烨表示，“这将有助于未来以更环保的方式生产各种化学材料。”

 

这一成就体现了KAIST与Hanwha Solutions之间始于2015年11月的长达十年的合作伙伴关系，双方的研究人员在此期间直接携手开展实验工作。通过“KAIST-韩华解决方案未来技术研究所”这一平台，双方的合作已产出6项专利申请及13篇已发表论文，堪称韩国产学研合作的典范。