陈坚

陈坚,男,1962年5月生,博士、教授、博士生导师,国家杰出青年基金获得者,973项目首席科学家,主要从事发酵工程和食品生物技术研究。1984年在清华大学获学士学位,1990年在无锡轻工大学获发酵工程博士学位。曾在日本大阪大学、东京工业大学、九州工业大学进修或合作研究2年。陈坚教授长期从事发酵工程技术的开发。发酵工业是我国轻工业的主要组成部分,也是国家战略性新兴产业——生物产业的关键支撑。他的主要研究工作和成果包括:

一、发酵微生物功能强化关键技术

发酵工程是微生物细胞利用生物质原料生产精细化学品、酶制剂等工业产品的工程技术。自然界存在的微生物在发酵工业应用过程中面临的主要问题在于:原料利用不够充分、产物合成能力不足和环境适应性较差。因此,陈坚教授选择典型工业微生物,探索和发展了发酵微生物功能强化的机制和方法,主要包括:确定营养需求与供给、优化目标产物代谢网络、改善胞内微环境、调控辅因子合成与再生、增强底物与产物转运和强化抵御环境胁迫能力,强化了发酵微生物的底物利用、产物合成和环境适应性,并应用于有机酸、氨基酸、功能糖和酶制剂等典型发酵产品中。

代表性成果包括:(1)有关辅因子对碳中心代谢途径、胞内外离子平衡、目标产物分泌过程的作用及其机制的研究,被美国科学院院士Ingram LO、Nielsen J、Lee SY在PNAS等杂志上引用并高度评价。(2)通过系统生物学手段,揭示了发酵微生物应对酸、氧和高温胁迫的生理机制与响应策略,被工业界广泛应用于氨基酸、有机酸、酶制剂等重要大宗产品的发酵生产中。在本领域权威杂志上作为通讯作者发表SCI论文55篇(影响因子均大于3.0),全部SCI论文他引合计2463次(H因子25),出版中英文著作5部。(3)通过揭示发酵微生物氮代谢过程及其调控机制,为工业过程中解决发酵食品中有害氨(胺)类物质的积累提供了理论基础。作为首席科学家承担973项目(2012CB720800);于2012年当选国际食品科学院(IAFoST) Fellow。

二、精细化学品工业发酵关键技术

精细化学品是最为重要的一类发酵工业产品,其发酵生产的关键技术问题包括:(1)目标产物如何实现最大程度地积累(高产量);(2)原料如何最大程度被微生物转化为产物(高转化率);(3) 微生物如何最快地将原料转化为目标产物(高生产强度)。陈坚教授开发了系列发酵工程关键技术,包括:(1)基于微生物反应原理的营养与环境优化技术;(2)基于微生物代谢特性的分阶段发酵技术;(3)基于计算流体力学的发酵过程传质强化技术;(4)基于胞内代谢流实时分析的发酵过程在线优化与控制技术;(5)基于多参数在线检测的耦合控制技术。在工业规模应用于多种典型精细化学品发酵生产中,实现了高产量、高转化率和高生产强度的相对统一。

代表性成果包括:(1)开发了轴向流搅拌桨强化传质和奇异优化模式进行控制的透明质酸发酵技术,不仅在国内完成7项总年产值3.1亿元的工程,还被台湾永信药业、瑞士IBSA、美国Sunrider等购买并在境外建厂生产;(2)开发了基于辅因子调控、分阶段溶氧控制的丙酮酸工业发酵技术,成为国际著名发酵公司日本味之素至今从中国购买的唯一发酵技术;(3)通过系统生物学方法确定了维生素C发酵关键营养需求,开发的高强度发酵技术应用于我国第三大维生素C生产企业――江苏江山制药有限公司,提升了我国维生素C工业生产技术水平。

三、酶制剂工业发酵关键技术

酶制剂广泛应用于医药、化工、环境、食品、造纸等行业。酶制剂生产是传统发酵工业的重要组成部分,其生产和应用的主要瓶颈在于:(1)如何发现具有新性能、新特点的新型酶制剂?(2)如何获得能够耐受工业条件并完成高效催化的酶制剂?(3)如何大规模制备高酶活、低成本的酶制剂?(4)如何显著提升酶制剂的工业应用效果?针对上述问题,陈坚教授重点开发了纺织和食品行业迫切需求的新型工业酶制剂发酵与应用技术。

棉织物染整前处理关键酶制剂群的发酵与应用。棉织物染整传统化学前处理过程能耗大、污染严重。采用酶法前处理工艺实现染整过程的节能减排,是国际公认的必然趋势。陈坚教授在国内外率先进行了棉织物酶法染整前处理所需关键酶制剂群(碱性果胶酶、碱性过氧化氢酶、角质酶和聚乙烯醇(PVA)酶)的系统开发与应用:1)采用宏基因组测序、酶纯化、肽指纹图谱分析等方法,首次得到细菌角质酶和PVA酶基因,并实现其高效异源表达;2)采用定向高通量筛选策略,得到了具有优异耐温耐碱性能的果胶酶和过氧化氢酶,显著提高了酶的催化效率;3)开发了一步跨膜法高产工程菌构建方法和基于内膜硬化理论的工程菌发酵技术,在工业规模实现了酶的高效低成本生产;4)建立了染整前处理酶法工艺,单位织物处理能耗和水耗分别减少42.9%和32.0%,总成本降低40.5%。核心成果形成了涵盖菌种筛选、酶分子改造、发酵优化、提取、复配和应用的发明专利群;鉴定成果8项均达国际先进或领先水平。酶制剂发酵在7家企业实施工业化(其中3家为中国发酵工业协会酶制剂分会副理事长单位)生产,并在21家纺织和助齐公司进行应用,使国外公司在中国的染整酶制剂市场占有率从70.2%下降至目前的19.8%。

新型食品酶制剂的发酵生产与应用。食品酶制剂在改善食品色香味形态和质地、保持或提高食品的营养价值、改进食品制造工艺等方面,具有重要意义。陈坚教授针对几种重要食品酶进行了开发。代表性成果包括:1)通过对酶原激活机制、分阶段控制模式等研究,开发了高酶活谷胺酰胺转氨酶(MTG)发酵制备技术,以此为基础建成了生产规模世界第一的MTG工业发酵基地,年产值1.5亿元,国内、外市场占有率分别达80%和50%;2)基于酶功能优化、高效制备和选择性催化的系统研究,开发出具有不同转糖基特异性的系列环糊精葡萄糖基转移酶,打破了国内市场长期被国外公司垄断的局面。采用具有自主知识产权的环糊精葡萄糖基转移酶进行甜菊糖酶法改性在中国最大、世界前三的甜味剂生产厂家投产。

由于在成果转化和产业化实践中的不懈努力,陈坚教授作为第一完成人获得了国家科技进步二等奖1项(2006年),国家技术发明二等奖1项(2012年),省部级(教育部、江苏省、中国石油与化工协会和中国轻工业联合会)技术发明和科技进步一等奖6项、二等奖3项,获授权发明专利59项。在长期的科研工作中,陈坚教授培养了博士34名、硕士58名,其中2人获全国优秀博士论文;获得国家教学成果二等奖3项,是国家精品课程“发酵工程原理与技术”和国家优秀教学团队“发酵工程”负责人。

京ICP备号
版权所有 何梁何利基金
THE HO LEUNG HO LEE FOUNDATION