文章核心观点 - 江南大学生物工程学院刘立明教授团队在短链二醇生物制造领域取得系统性进展，研究成果正式发表于Biotechnology Advances（IF≈14.1）[1] - 文章系统梳理了短链二醇生物制造从实验室走向工业应用的全链条进展，提出了“上游—中游—下游”一体化的分析框架[2] - 短链二醇（C2–C6）工业生产长期依赖石油化工路线，存在高温高压、重金属催化剂、高碳排放等问题，生物制造路线成为替代石化路线的绿色方案[1][2] - 从实验室摇瓶到万吨级发酵罐，短链二醇生物制造仍面临菌株稳定性差、放大困难、下游分离成本高等多重瓶颈[2] 短链二醇市场规模 - 乙二醇（EG）全球市场规模高达300–400亿美元[1] - 1,4-丁二醇（1,4-BDO）市场规模约120–130亿美元[1] - 1,3-丙二醇（1,3-PDO）市场规模约14–16亿美元[1] - 2,3-丁二醇（2,3-BDO）市场规模约2–3亿美元[1] - 短链二醇广泛应用于聚酯、聚氨酯、可降解塑料、防冻剂、溶剂、医药及个人护理品等领域[1] 上游层面：底盘与代谢工程策略 - 文章系统比较了模式底盘（大肠杆菌、谷氨酸棒杆菌、酿酒酵母）与非模式底盘（肺炎克雷伯氏菌、枯草芽孢杆菌等）在生产不同短链二醇时的代谢适配性[2] - 总结了蛋白定向进化、代谢流精准调控、辅因子工程和适应性进化等策略在提升产量、产率和生产强度方面的作用[2] 中游层面：碳源代际升级路径 - 第一代粮食基原料为葡萄糖[2] - 第二代非粮木质纤维素原料包括玉米秸秆、麦秸等[2] - 第三代C1化合物包括CO₂、甲醇、甲酸等，为降低原料成本、实现碳中性提供了可行路线[2] 下游层面：工业放大关键制约因素 - 文章深入剖析了从实验室到工业放大的四大关键制约因素：溶氧传递robust性、原料经济性与过程可控性、产物分离纯化的经济性、基因工程菌株的生物安全与遗传稳定性[3] - 引入技术经济分析（TEA）和生命周期评价（LCA）作为评估工业可行性的系统性工具[3] - 揭示了原料选择、下游回收、热集成和系统边界如何共同决定最低售价（MSP）和碳足迹[3] 工程可转移性评估 - 首次系统评估了不同C2–C6二醇合成途径之间的“工程可转移性”，即一个途径中验证的策略能否有效迁移到另一个途径[4] - 为跨产物的代谢工程设计提供了定量参考[4] 研究团队与资助 - 江南大学生物工程学院发酵工程专业2024级博士生张少伦为论文第一作者，高聪研究员为论文通讯作者[5] - 研究得到江苏省高校基础研究计划（BK20233003）、江苏省高校创新研究团队项目（JUSRP2002413001）以及中央高校基本科研业务费（JUSRP202504026）的资助[5] - 刘立明教授团队围绕高效微生物细胞工厂构建、酶工程改造及工业生物过程放大开展系统研究，在短链二醇、有机酸和氨基酸等生物基产品的生物制造方面取得一系列原创性成果[5] - 部分成果已发表在Nature Catalysis（2021、2020）、Nature Communications（2025、2024、2022、2021、2019、2018）、Angewandte Chemie International Edition（2024、2023、2022）等本领域权威期刊[5]