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林业工程学报 2025年第2期10卷 1-12页

作者：吴美燕余雪景龚润竹于光刘超唐艳军李滨浙江理工大学纺织科学与工程学院杭州310018 中国科学院青岛生物能源与过程研究所中国科学院生物基材料重点实验室青岛266101

近年来,随着生物质精炼技术和材料科学的不断进步,利用可降解、可再生的木质纤维素资源构筑环境友好的水凝胶材料受到了广泛的关注。半纤维素是木质纤维原料的主要组分之一,是陆地上含量仅次于纤维素的可再生多糖。半纤维素来源广泛、... 详细信息

近年来,随着生物质精炼技术和材料科学的不断进步,利用可降解、可再生的木质纤维素资源构筑环境友好的水凝胶材料受到了广泛的关注。半纤维素是木质纤维原料的主要组分之一,是陆地上含量仅次于纤维素的可再生多糖。半纤维素来源广泛、成本低廉、生物相容性好,还含有大量亲水性的含氧基团,这种高度分支化和亲水性的特点,赋予其水凝胶材料许多优异的特性。半纤维素基水凝胶作为一种具有三维网络状结构的天然聚合物材料,具有良好的保水性、安全无毒、可生物降解、易于化学改性等优势;因此,其在生物医药、导电传感、环境保护等领域的应用前景十分广阔,有望代替传统的石油基水凝胶材料。笔者简要介绍了半纤维素的种类、结构、性质与提取方法,综述了近年来半纤维素基水凝胶的研究进展,包括从物理交联和化学交联两个方面介绍了半纤维素基水凝胶的制备方法、形成机理和应用性能,并重点阐述了半纤维素基水凝胶在高效吸附、药物控释、组织工程、导电传感、3D打印等领域的应用进展。最后,总结了半纤维素基水凝胶的开发与应用领域所面临的挑战,并展望了该水凝胶材料的应用前景和未来的研究方向。

关键词：半纤维素水凝胶木聚糖交联生物降解

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工业丝状真菌生物制造的现状和展望

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中国科学院院刊 2025年第1期40卷 36-46页

作者：杜志强门萍周宇张璇黄雪年吕雪峰中国科学院青岛生物能源与过程研究所、山东省合成生物学重点实验室青岛266101 青岛新能源山东省实验室青岛266101 山东能源研究院青岛266101 济南大学智能材料与工程研究院济南250022

丝状真菌作为支撑生物制造产业发展的一类重要工业微生物,广泛应用于医药、食品、农业和材料化工等多个领域,与人类日常生活密切相关。近年来,合成生物技术的发展进一步推动了工业丝状真菌在生物制造领域的应用。文章综述了该领域的最... 详细信息

丝状真菌作为支撑生物制造产业发展的一类重要工业微生物,广泛应用于医药、食品、农业和材料化工等多个领域,与人类日常生活密切相关。近年来,合成生物技术的发展进一步推动了工业丝状真菌在生物制造领域的应用。文章综述了该领域的最新进展,涵盖了工业丝状真菌遗传改造技术的最新发展,通过理性改造策略推动现有产品生产工艺提质增效的成功案例,以及工业菌株作为底盘细胞在生产植物源天然产物、生物基化学品和功能性蛋白方面的新技术。文章对上述工作进行了总结和分析,并对工业丝状真菌在生物制造领域的发展前景和面临的挑战进行了展望和讨论。

关键词：合成生物学生物制造工业丝状真菌细胞工厂生物基化学品

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生物过程工程与智能生物制造

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中国科学院院刊 2025年第1期40卷 107-115页

作者：王冠庄英萍华东理工大学生物反应器工程全国重点实验室上海200237 中国科学院青岛生物能源与过程研究所、青岛新能源山东省实验室青岛266101

在合成生物学蓬勃兴起的时代背景下,生物制造作为连接生命科学与工程技术的桥梁,正逐步展现出其重塑产业格局的非凡潜力。然而,从实验室的创新成果到产业化进程的顺利推进,生物制造仍面临生产效率、成本控制及过程监控等多重挑战。智能... 详细信息

在合成生物学蓬勃兴起的时代背景下,生物制造作为连接生命科学与工程技术的桥梁,正逐步展现出其重塑产业格局的非凡潜力。然而,从实验室的创新成果到产业化进程的顺利推进,生物制造仍面临生产效率、成本控制及过程监控等多重挑战。智能生物制造,作为一类新质生产力,应运而生,为破解这些难题提供了创新路径。文章评述了生物过程工程与智能生物制造的最新进展,重点剖析了智能感知、智能分析与智能控制三大关键技术体系。智能感知技术,如同生物过程的“慧眼”,实现了实时、高精度的环境监测;智能分析技术,则扮演“智囊”角色,深度挖掘数据背后的规律,为决策提供依据;智能控制技术,则是“指挥官”,精准调控生物过程,确保高效稳定运行。这三者的融合应用,显著提升了生物制造的智能化水平,为突破产业化瓶颈提供了强大动力。展望未来,智能生物制造将依托持续的技术革新与跨学科合作,不断拓展应用边界,向更高效、更智能、更可持续的方向发展,为人类社会的繁荣进步贡献新的力量。

关键词：生物过程生物制造智能感知智能分析智能控制

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Zn(HMDS)_(2)催化剂对丙交酯的开环聚合研究

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高分子学报 2025年第3期56卷 442-448页

作者：杨雪梅郭泫华何晓智徐广强王庆刚中国科学院青岛生物能源与过程研究所太阳能光电转化与利用重点实验室青岛266101 山东能源研究院青岛266101 东北大学理学院化学系沈阳110819 中国科学院大学材料科学与光电子工程中心北京100049

双(双三甲基硅基)胺锌(Zn(HMDS)_(2))作为一种新型、结构简单、无需配体、低毒性的催化剂用于丙交酯的开环聚合,对拓宽其在生物领域的应用具有重要的科学意义.本研究深入探索了Zn(HMDS)_(2)催化丙交酯L-LA和D-LA开环聚合过程,探讨了聚... 详细信息

双(双三甲基硅基)胺锌(Zn(HMDS)_(2))作为一种新型、结构简单、无需配体、低毒性的催化剂用于丙交酯的开环聚合,对拓宽其在生物领域的应用具有重要的科学意义.本研究深入探索了Zn(HMDS)_(2)催化丙交酯L-LA和D-LA开环聚合过程,探讨了聚合活性、可控性以及聚合物的结晶性能和热性能.结果表明,使用Zn(HMDS)_(2)/苯甲醇(BnOH)催化体系可以实现丙交酯单体的高效可控开环聚合反应,并且所得聚合物保持高的立构规整度,P_(m)均大于0.99.用示差扫描量热法(DSC)分析了所得聚合物的热性能,发现随着聚乳酸聚合度的增长,冷结晶温度(T_(c))、玻璃化转变温度(T_(g))、熔融温度(T_(m))都呈现一定的变化规律.

关键词：聚乳酸 Zn(HMDS)_(2) 开环聚合

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近海大型海藻养殖被严重低估的重要碳汇形式——惰性溶解有机碳

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中国科学:地球科学 2025年第5期55卷 1474-1483页

作者：冯秀婷李鸿妹张继红汤坤贤卢龙飞常丽荣张永雨青岛新能源山东省实验室中国科学院青岛生物能源与过程研究所中国科学院大学中国水产科学研究院黄海水产研究所自然资源部第三海洋研究所福建省海洋生态保护与修复重点实验室威海长青海洋科技股份有限公司青岛海洋科技中心海洋生物学与生物技术功能实验室

大型海藻可直接或间接向海水中贡献惰性的溶解有机碳（Recalcitrant dissolved organic carbon, RDOC）,因RDOC具有非常强的抗微生物降解能力和化学属性稳定性,可在海洋中被长期储存,成为大型海藻贡献的溶解态碳汇的一种重要存在形式.然... 详细信息

大型海藻可直接或间接向海水中贡献惰性的溶解有机碳（Recalcitrant dissolved organic carbon, RDOC）,因RDOC具有非常强的抗微生物降解能力和化学属性稳定性,可在海洋中被长期储存,成为大型海藻贡献的溶解态碳汇的一种重要存在形式.然而,目前对大型海藻整个生长周期中RDOC贡献的动态变化却尚不清楚,这也限制了对大型海藻RDOC形式的溶解态碳汇效应的全面评估.本研究在桑沟湾养殖区通过对不同生长阶段海带（Saccharina japonica）进行围隔培养,利用基于藻源DOC长期微生物降解的RDOC含量测定技术解析了海带不同生长阶段RDOC贡献的变化规律,并结合海带生长模型,系统全面评估了养殖海带在整个生长周期中RDOC形式的碳汇效应.结果表明,海带从幼苗期至成熟期,其所释放溶解有机碳（DOC）中RDOC比例持续增加（从24%增加至48%）,伴随海带的不断生长,平均一株海带的RDOC的贡献速率也由0.2mg C d-1增加至478mg C d-1,海带养殖水体中RDOC的主导地位日益增强.利用养殖海带的动态生长模型,通过对海带完整生长周期内的RDOC贡献进行定积分,揭示整个生长期内一株海带（湿重增加2.0kg）贡献的RDOC总量约为52.7g C,这与海带增加的生物质碳量（60g C）几乎相当.该研究是对大型海藻贡献的RDOC形式的溶解态碳汇的首次全面科学评估,表明大型海藻在整个养殖期间对RDOC形式的碳汇贡献极大,若忽略RDOC,大型海藻养殖的碳汇贡献将被严重低估.

关键词：大型海藻养殖海带惰性溶解有机碳海洋碳汇

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浒苔降解过程中颗粒有机碳、氮释放及相关微生物种群丰度变化研究

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渔业科学进展 2025年第2期46卷 64-75页

作者：赵苗苗毕蓉李鸿妹宋欣荣黄圣荣冯秀婷张海龙李莉赵美训中国海洋大学深海圈层与地球系统前沿科学中心、海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室山东青岛266100 青岛海洋科技中心海洋生态与环境科学功能实验室山东青岛266237 中国科学院青岛生物能源与过程研究所、中国科学院生物燃料重点实验室、山东省能源生物遗传资源重点实验室山东青岛266101 中国海洋大学化学化工学院海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室山东青岛266100 崂山实验室山东青岛266237

我国黄海海域已连续18年暴发浒苔(Ulva prolifera)绿潮,数百万吨浒苔在绿潮消亡阶段沉降入海并向海水中释放大量有机质。目前,对于量化浒苔降解过程中颗粒有机碳(particulate organic carbon,POC)、颗粒有机氮(particulate organic nitr... 详细信息

我国黄海海域已连续18年暴发浒苔(Ulva prolifera)绿潮,数百万吨浒苔在绿潮消亡阶段沉降入海并向海水中释放大量有机质。目前,对于量化浒苔降解过程中颗粒有机碳(particulate organic carbon,POC)、颗粒有机氮(particulate organic nitrogen,PON)的释放及其微生物调控机制的相关研究亟待开展。本研究选择浒苔为对象,设置2种降解密度(1 g/L、5 g/L),研究90 d降解过程中的POC和PON浓度、POC︰PON及微生物丰度的变化特征,并探究微生物丰度与POC、PON浓度及其比值的相关关系。结果显示,90 d降解过程中POC浓度[1 g/L与5 g/L处理组峰值分别为(90.17±24.77)和(219.99±45.11)μmol/L]、PON浓度[1 g/L与5 g/L处理组峰值分别为(16.15±0.71)和(23.20±7.16)μmol/L]变化显著。POC、PON浓度随时间变化规律不同:前60 d,POC和PON浓度均先上升后下降;第60~90天,POC浓度持续下降约49%,而PON浓度上升约430%。浒苔降解初期POC︰PON升高,表明此时氮的释放滞后于碳;随后,POC︰PON下降,与微生物对氮的固定以及呼吸作用消耗碳有关。微生物丰度与POC、PON浓度显著相关,表明微生物对浒苔降解过程中POC、PON释放具有重要作用。降解密度对POC、PON浓度有显著影响,5 g/L处理组POC、PON浓度约为1 g/L处理组的2~3倍,且5 g/L处理组达到峰值所需时间较长。本研究厘清了浒苔降解过程中POC、PON的释放特征,明确了微生物丰度变化与POC、PON含量及二者比值变化的关系,为深入探究浒苔降解过程中微生物对POC、PON释放的调控机制以及POC、PON降解机制提供了研究基础。

关键词：浒苔降解降解密度微生物丰度颗粒有机碳颗粒有机氮

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血红素依赖的工程化改性过加氧酶的催化性能研究最新进展（英文）

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Chinese Journal of Catalysis 2025年第2期 35-51页

作者：姜谊平 Zaw Ko Latt 丛志奇中国科学院青岛生物能源与过程研究所光电转换与太阳能光电转化与利用重点实验室青岛新能源山东省实验室中国科学院生物燃料重点实验室山东省合成生物学重点实验室山东能源研究院缅甸教育部生物技术研究部

过加氧酶是一类重要的氧化酶,它们利用血红素作为辅基参与多种氧化反应.与依赖辅酶和复杂电子传递系统的单加氧酶和双加氧酶相比,过加氧酶能够直接在过氧化氢的驱动下催化底物氧化,该过程更加简洁高效,为有机合成、药物化学和合成生物... 详细信息

过加氧酶是一类重要的氧化酶,它们利用血红素作为辅基参与多种氧化反应.与依赖辅酶和复杂电子传递系统的单加氧酶和双加氧酶相比,过加氧酶能够直接在过氧化氢的驱动下催化底物氧化,该过程更加简洁高效,为有机合成、药物化学和合成生物学等领域提供了有力的工具.然而,天然血红素过加氧酶的种类有限,催化底物谱范围较窄,且活性有待进一步提升,这限制了其在工业中的应用.因此,通过酶工程手段对血红素过加氧酶进行改造,提升其催化性能,成为当前研究的重要方向.本文系统总结了近年来在血红素依赖性过加氧酶工程化改造领域,特别是针对非特异性过加氧酶（UPO）、脂肪酸过加氧酶以及人工改造的P450过加氧酶研究的最新进展.天然UPO具备相对广泛的催化底物谱,因此改造方向主要集中在反应活性、选择性及酶稳定性的提升.概述了通过晶体结构指导的定点突变和定向进化等技术,得到的多种改性后的UPO突变体,实现了稳定性、活性、选择性和底物谱等催化性能显著提升.具体评析了改性UPO高效选择性催化生成多种包括维生素、药物代谢产物等高附加值非天然产物,同时,还介绍了UPO对有机过氧化物外消旋体中特定对映体选择性的富集效果.此外,针对天然P450脂肪酸过加氧酶,特别是CYP152家族的成员,如P450SPα, P450BSβ和P450OleT,尽管野生型已有一定的过加氧反应能力,但通过工程化手段可进一步拓宽其底物范围、增强催化效率并改善选择性.文中概述了近期通过蛋白质工程手段改性的P450脂肪酸过加氧酶研究进展,其中包括高效手性γ-内酯合成酶、苯乙烯环氧化酶等系列过加氧酶,展示了工程化改性后的天然P450过加氧酶在精细化学品合成中的巨大潜力.另外,在P450单加氧酶向过加氧酶的人工转化方面,研究人员通过定向进化、理性设计、双功能小分子（DFSM）辅助系统及H2O2通道工程等多种策略,成功开发出高效的人工P450过加氧酶.这些人工酶不仅保持了P450单加氧酶的高选择性和多样性,还简化了催化循环,提升了P450酶催化机制中过氧化氢旁路的利用效率,避免了对昂贵辅酶及复杂电子传递系统的依赖,以上具体改造策略亦在文中回顾总结.综上所述,本文系统总结了当前过加氧酶改性研究的最新进展,详述了通过蛋白质工程手段提升过加氧酶催化性能的成功案例,并探讨了这些酶在有机合成、药物制造等领域的广泛应用前景.未来,通过引入人工智能等新型工程化策略、进一步扩大底物范围并实现更多高附加值产物的催化,将是该领域研究的重要方向.因此,随着研究的不断深入和技术的不断进步,血红素依赖性过加氧酶有望在生物合成领域发挥重要作用,推动合成方向的绿色可持续发展.

关键词：过加氧酶过氧化氢细胞色素P450过加氧酶非特异性过加氧酶蛋白质工程

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基于开放池培养的微藻生物柴油经济成本分析

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太阳能学报 2015年第2期36卷 295-304页

作者：杨艳丽中国科学院生物燃料重点实验室中国科学院青岛生物能源与过程研究所青岛266101

通过广泛的文献调研和专家咨询，构建微藻生物柴油经济成本估算模型，依据中国市场行情对基于开放池培养的微藻生物柴油经济成本进行估算分析。结果表明：目前中国基于开放池培养的微藻生物柴油理论成本可达4．2-5．9万￥／t，其中土地... 详细信息

通过广泛的文献调研和专家咨询，构建微藻生物柴油经济成本估算模型，依据中国市场行情对基于开放池培养的微藻生物柴油经济成本进行估算分析。结果表明：目前中国基于开放池培养的微藻生物柴油理论成本可达4．2-5．9万￥／t，其中土地、营养盐、碳源以及设备折旧占较高比例，分别为25．50％、19．29％～27．04％、14．01％。19．65％和9．96％-14．13％。从技术环节看，79．44％～85．16％的经济成本集中于养殖环节。提高微藻生长率、油脂含量和碳吸收率，增强其对环境的适应能力以及寻找低成本的碳源和营养盐源是降低微藻生物柴油经济成本的主要途径。

关键词：开放池微藻培养生物柴油经济成本

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PVC化学链燃烧过程中二噁英生成研究

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燃料化学学报 2015年第7期43卷 884-889页

作者：毕文卓赵瑞东陈天举武景丽吴晋沪中国科学院青岛生物能源与过程研究所中国科学院生物燃料重点实验室山东青岛266101 中国科学院大学北京100049

制备了负载硅溶胶的Ca SO4载氧体,并对其与CH4、CO和H2的反应特性进行了研究表征。采用管式炉实验系统,对PVC在基于Ca SO4载氧体的化学链燃烧和空气燃烧两种方式下,二噁英的生成特性进行了实验研究。结果表明,负载了硅溶胶的Ca SO4载氧... 详细信息

制备了负载硅溶胶的Ca SO4载氧体,并对其与CH4、CO和H2的反应特性进行了研究表征。采用管式炉实验系统,对PVC在基于Ca SO4载氧体的化学链燃烧和空气燃烧两种方式下,二噁英的生成特性进行了实验研究。结果表明,负载了硅溶胶的Ca SO4载氧体与CH4、CO和H2反应均接近完全转化,其中,与CH4和H2的反应时间显著短于CO。采用化学链燃烧方式可有效抑制PVC燃烧过程二噁英的生成,其生成量和毒性当量分别由空气燃烧中的34 172.5 pg/g及732.8 pg(ITEQ)/g降到化学链燃烧的2 270.9 pg/g及290.2 pg(I-TEQ)/g,这主要是因为化学链燃烧过程中燃料与O2不直接接触,显著减少了大分子碳结构的氧化断裂以及HCl向Cl2的转化,从而抑制了二噁英的低温从头合成反应和前驱物生成反应。

关键词：化学链燃烧二噁英 PVC 载氧体 CaSO4

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煤矸石与半焦富氧混烧特性及污染物排放特性研究

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燃料化学学报 2022年第2期50卷 152-159页

作者：戴若薇赵瑞东王志奇秦建光陈天举吴晋沪中国科学院青岛生物能源与过程研究所中国科学院生物燃料重点实验室山东青岛266101 中国科学院大学北京100049

利用热重分析仪和管式炉实验,研究了煤矸石与半焦的富氧混烧特性,考察了半焦混烧比例、O_(2)含量和反应温度对燃烧特性和污染物排放特性的影响。结果表明,混烧半焦和提高O_(2)含量均可显著改善混合燃料的燃烧性能,当半焦混烧比例为75%时... 详细信息

利用热重分析仪和管式炉实验,研究了煤矸石与半焦的富氧混烧特性,考察了半焦混烧比例、O_(2)含量和反应温度对燃烧特性和污染物排放特性的影响。结果表明,混烧半焦和提高O_(2)含量均可显著改善混合燃料的燃烧性能,当半焦混烧比例为75%时,着火和燃尽指数最高。随半焦混烧比例增大,CO和SO_(2)转化率均逐渐降低。提高反应温度,CO转化率降低,SO_(2)转化率增大,NO转化率呈现先升高然后降低或缓慢增加趋势。反应温度为900℃时,混烧半焦可降低燃烧过程的NO排放量。其余反应温度下,混烧半焦会增大NO转化率。随O_(2)含量升高,混合燃料富氧燃烧过程的CO转化率降低,NO转化率升高,SO_(2)峰值释放量和转化率呈先降低后升高的趋势。当O_(2)体积分数为20%时,SO_(2)转化率最低。

关键词：煤矸石半焦富氧燃烧燃烧特性污染物排放特性

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