近日，福建中煙工業(yè)有限責(zé)任公司與鄭州煙草研究院國家煙草基因研究中心聯(lián)合攻關(guān)，開發(fā)出具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的固態(tài)果膠酶制劑產(chǎn)品FGP-1，并在打葉復(fù)烤生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)2萬擔(dān)原煙的處理應(yīng)用，帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)和社會效益。該項(xiàng)目研究相關(guān)論文發(fā)表在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《Environmental Research》（影響因子8.43），這是福建中煙繼去年自主研發(fā)FX-1固態(tài)生物酶制劑實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用之后在生物酶技術(shù)方面的又一項(xiàng)重大突破。

4月7日，福建中煙固態(tài)酶制劑產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用首批復(fù)烤片煙成功投產(chǎn)。

追本溯源

眾所周知，煙葉醇化過程實(shí)際上就是在微生物和生物酶共同作用下，烤后煙葉發(fā)生一系列復(fù)雜生化反應(yīng)的過程，對煙葉品質(zhì)具有重要影響。

在這個(gè)過程中，如果能利用微生物將煙葉中的有機(jī)成分，尤其是淀粉、果膠、蛋白質(zhì)、纖維素和木質(zhì)素等大分子物質(zhì)，降解并轉(zhuǎn)化為小分子物質(zhì)，將有效提高煙葉品質(zhì)。可是，在現(xiàn)有技術(shù)條件下，這些重要的微生物能夠被人工培養(yǎng)成功的概率只有1%，99%是無法被培養(yǎng)和擴(kuò)繁的。

科研人員正在進(jìn)行醇化煙葉微生物的宏基因組抽提。

為了攻克這一難關(guān)，福建中煙和國家煙草基因研究中心技術(shù)人員追本溯源，從醇化煙葉微生物宏基因組中挖掘具有提質(zhì)效果的微生物基因片段，利用工程菌生產(chǎn)所需的生物酶。

科研人員正在進(jìn)行酶制劑處理煙草物料后的滅活。

2019年，福建中煙成立“基于提升卷煙原料使用價(jià)值的生物技術(shù)應(yīng)用研究”重大專項(xiàng)，并與國家煙草基因研究中心緊密合作，瞄準(zhǔn)世界煙草科技前沿和煙草行業(yè)重大需求，針對煙葉資源綜合高效利用的實(shí)際問題，開始展開“煙草本源”微生物提質(zhì)基因資源挖掘和酶制劑開發(fā)應(yīng)用研究。

艱難攻關(guān)

從浩如煙海的基因序列數(shù)據(jù)里挖掘上百個(gè)可能具有煙草原料提質(zhì)作用的基因片段，猶如大海撈針。對此，項(xiàng)目組巧妙地利用生物信息學(xué)分析手段，錨定大分子物質(zhì)降解方向，把可能具有煙草原料提質(zhì)作用的基因縮小到了很小的范圍。即便如此，在從樣品中提取完整的基因組方面上就下了不少功夫。

科研人員正在進(jìn)行工程菌株的高通量篩選。

當(dāng)時(shí)項(xiàng)目組發(fā)現(xiàn)，從醇化煙葉中提取的DNA濃度太低，基因片段不完整，難以達(dá)到構(gòu)建文庫的標(biāo)準(zhǔn)。是試劑盒有問題？換了五六種試劑盒，不行；是收集微生物的方法有問題？嘗試了多種收集方法，也不行；那是測序公司的測序技術(shù)有差異？更換了幾家測序公司，效果依舊不佳。

經(jīng)過反復(fù)比對測試，最終才發(fā)現(xiàn)是樣品選用的問題，原本以為醇化時(shí)間比較久的煙葉理論上富集的微生物更多，但實(shí)際上醇化半年左右的煙葉其DNA更易被提取，完整度也更高。

科研人員正在進(jìn)行菌株發(fā)酵液酶活測定，每3小時(shí)取樣一次。

“即便找到這些可能有用的基因片段，還要經(jīng)受感官評價(jià)，以測試獲得的酶制劑最終對提升感官質(zhì)量是否有效果。”福建中煙技術(shù)中心原料研究部原料研究員陳善義直言，整個(gè)研究過程不確定性極大，項(xiàng)目組只能反復(fù)不停地試驗(yàn)，直到各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)標(biāo)為止。

果膠酶制劑產(chǎn)品。

開啟新程

福建中煙和國家煙草基因研究中心高度重視，深入探索，將理論創(chuàng)新與應(yīng)用需求有機(jī)結(jié)合，整合科研單位與工業(yè)企業(yè)優(yōu)勢，建立起“邊研究、邊應(yīng)用、邊反饋、邊完善”的科學(xué)研究—應(yīng)用開發(fā)合作模式，和高效的醇化煙葉微生物宏基因組基因資源挖掘利用體系；挖掘了與煙草品質(zhì)強(qiáng)相關(guān)的“煙草本源”微生物基因5萬余個(gè)；構(gòu)建可定向降解果膠、纖維素、淀粉、蛋白質(zhì)、木質(zhì)素等煙草大分子物質(zhì)且具有自主知識產(chǎn)權(quán)的工程菌株30余株；基于200 L規(guī)模中試平臺，成功研制出具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的固態(tài)果膠酶制劑產(chǎn)品FGP-1。

有了第一款FX-1固態(tài)酶制劑FX-1的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，項(xiàng)目組對于果膠酶制劑的工業(yè)化生產(chǎn)及應(yīng)用胸有成竹。

在復(fù)烤生產(chǎn)線應(yīng)用環(huán)節(jié)，團(tuán)隊(duì)科研人員將配制好的酶制劑注入加料設(shè)備。

4月7日，福建中煙果膠酶固態(tài)酶制劑產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用首批復(fù)烤片煙成功生產(chǎn)，目前在打葉復(fù)烤線已實(shí)現(xiàn)2萬擔(dān)原煙的處理應(yīng)用，帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

3年來，福建中煙和國家煙草基因研究中心通力合作，逐步形成了一套“煙草本源”微生物基因資源利用的理論和酶制劑開發(fā)技術(shù)體系，貫通了“基因挖掘—工程菌構(gòu)建—酶制劑開發(fā)應(yīng)用”的卷煙原料生物酶提質(zhì)技術(shù)的全鏈條，擁有成套的自主知識產(chǎn)權(quán)，構(gòu)建了良好的工業(yè)企業(yè)—科研單位的合作開發(fā)模式和成果轉(zhuǎn)化模式，為提高行業(yè)生物酶自主研發(fā)、自主掌控水平，以及保障原料高質(zhì)量發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。