随着全球老龄化进程的加快，被骨关节炎困扰的人也越来越多，全球骨关节炎患者已近6亿。如何解决这一健康难题？作为治疗和改善骨关节药品以及保健品的核心原料，氨基葡萄糖（简称“氨糖”）也被越来越多人的熟知。
氨糖全球市场达百亿美元，我国产能占全球90%，但却存在着传统工艺生产效率与产品品质低、绿色化水平低等挑战，需要解决菌种合成效率不高、痕量关键杂质难以去除等技术瓶颈。
针对这些问题，龙门客栈图生物工程学院赵黎明教授领衔的项目“氨基葡萄糖全生物法高效绿色制造关键技术及产业化应用”，提出了全生物法制备氨糖的绿色技术路线，突破了氨糖传统生产中的技术难题，已与多家企业合作应用，建成了万吨级氨糖绿色生物制造生产线。
图片说明：N-乙酰氨基葡萄糖酶法脱乙酰生产线
那么，这条技术路线的原理是怎样的呢？
团队首先通过构建和改造高效的菌种并优化发酵工艺来制备N-乙酰氨基葡萄糖，然后再使用脱乙酰酶对其进行脱乙酰基处理，再经纯化工艺从而得到产物氨基葡萄糖。与传统生产工艺相比，该工艺技术更加温和与环保，也更加高效稳定。
在N-乙酰氨基葡萄糖的生物发酵生产方面，团队首先通过合成生物学和代谢工程相关技术，对菌株的代谢网络进行重塑，减少代谢溢流，开发出可高效、稳定生产乙酰氨糖的高产新菌株，再通过发酵过程优化与控制，其最终发酵生产强度已达到国内外规模化生产最高水平。
通过酶制剂取代盐酸对N-乙酰氨基葡萄糖脱乙酰，是实现氨糖全生物法制造的核心环节，高效脱乙酰酶的挖掘与改造是关键。“我们从嗜热微生物菌种库中通过定向筛选、分子改造获得高转化率的脱乙酰酶，并通过创制新型载体进行酶固定化来降低生产成本。”据介绍，该技术成功取代了传统的盐酸水解脱乙酰法，实现了氨糖的全生物法工业化制造。
下游的产品是保证产品品质与效果的关键。团队通过解析关键杂质，创新了高效分离技术、合成了专用树脂和分离工艺，开发了电场流场耦合膜分离装备，提高了氨糖纯化效率，实现了高品质氨糖（纯度≥99.5%）的规模化生产，从而彻底解决了产品容易结块发黄的行业难题。
图片说明：高品质氨基葡萄糖产品
据赵黎明教授介绍，该项目历时12年，开展了从菌种高通量筛选、代谢网络调控、发酵过程优化控制到产品分离纯化精制的全链条技术创新，大幅降低了原料单耗、过程能耗和三废排放量。经中国轻工业联合会组织的专家鉴定，整体技术达到国际领先水平。
迄今，该项目授权发明专利27件，发表论文44篇，制定标准5件，并在6家企业实施了产业化应用，建成了万吨级氨糖绿色制造生产线，产品国内外市场占有率均居全球第一，为应用企业创造了巨大的经济效益，被工信部授予“制造业单项冠军示范企业”和“国家绿色工厂”称号。此外，项目还为合成生物学应用于我国功能糖产业绿色生物制造提供了成功范例，进一步引领产业技术发展方向，助力“健康中国”“美丽中国”及“双碳”战略实施，经济社会效益显著。
