「音波纤维素」玉米芯中的大智慧——记山东大学教授曲音波

今天，山东创新网分享「音波纤维素」玉米芯中的大智慧——记山东大学教授曲音波。

玉米芯能做什么？工业中的玉米芯更多是通过物理粉碎之后加以利用。山东大学生命科学学院曲音波教授所在的团队通过多年对木质纤维素酶的研究，创造了利用玉米芯炼制生产纤维素乙醇技术，获得国家技术发明二等奖并且成功地将这一技术投入到工业生产中。

十年磨一剑

曲音波教授的求学生涯刚开始并不平坦。受“文革”影响，在1972年考入山东大学生物学系工业微生物专业读本科之前，他在山东济宁酿酒厂工作。在进入大学两年之后，又回到了山东济宁酿酒厂担任技术员和技术科长。四年后，1978年，他回到山大继续攻读研究生，是“文革”后的第一批研究生，师从著名微生物学家王祖农教授。
在读研究生时，曲教授的导师王祖农曾经指着校园里清洁工人正在点燃的落叶向他描述了一个诱人的研究方向：地球上每年有上千亿吨通过光合作用合成的木质纤维素物质还没有得到充分利用，如果利用某些微生物将它们降解转化为人们需要的糖、乙醇、蛋白质等食物，能源或化工原料以及对环境无害的物质，对解决人类面临的食品短缺、能源危机、环境污染问题，都将发挥重要的作用。
但是，王祖农教授的团队已经研究了20多年，仍没有很大的突破。如果继续研究下去，不仅困难很多，而且在短期内恐怕难有收获，人们对此类项目的关注程度也不高。初生牛犊不怕虎，那时的曲音波没有因导师所说的困难止步。当时所用的能源都是不可再生的煤和石油，这些资源都会有枯竭的一日，如果能尽早地找到一种可替代、可再生的新型能源，必将造福于人类。一句“我会努力的”，满怀社会责任感的曲音波教授接过了这项研究的接力棒。
山大硕士毕业后，曲音波留学日本大阪大学、东京大学，参加“国际微生物学研究班”。第一次出国的经历使他清楚地了解到我国在微生物研究领域与发达国家的差距，也激发了他为中国微生物研究早日与世界水平接轨而奋斗的使命感。在东京大学的9个多月里，他硬是从不起眼的土壤中筛选出100多株降解长链脂肪族二胺的细菌，分离鉴定出多种降解产物，并提出了一条可能的代谢途径。他的研究成果、敬业精神、工作效率，就连被称作“工作狂”的日本同行和以严谨、严格著称的日本导师也大加赞赏。
从硕士到博士，从基础研究到应用研究，曲音波在“冷板凳”上潜心钻研。功夫不负有心人，研究取得了最初的突破。通过改进筛选抗降解物阻遏突变株的方法，他和同事们选出多株纤维素酶高产菌株，个别菌株的产酶能力达到了当时的国际水平。

一朝破重难

今年，曲音波教授领衔完成的“玉米芯废渣制备纤维素乙醇技术与应用”项目不但突破了诸多技术瓶颈，而且率先在国际上建成了用玉米芯年产3000吨纤维素乙醇的中试生产装置和万吨级的生产示范装置，使生产成本接近了粮食乙醇生产水平。
目前国内外多数研究单位和企业都只试图以秸秆等原料单纯生产燃料乙醇一种产品，使得原料、预处理所占的成本在总成本中的比例过高，而原料中的各种成分未能被充分利用，最终价值也没有最大化，这是纤维素乙醇工艺尚未能产业化的主要原因之一。因此，亟须引入新的研究思路和技术。
利用玉米芯木糖加工废渣生产纤维素酶和燃料乙醇的新技术路线，成功地利用木糖醇、低聚木糖等高附加值产品的生产过程，将玉米芯中纤维素、半纤维素、木质素相互束缚的坚固结构变得松散，既可将原料和预处理成本转移到了高附加值产品的生产成本中，又在保障预处理效果的前提下，为下一步的酶解工艺提供了易酶解的原料，提高了纤维素乙醇生产的经济性。同时，通过在预处理阶段将玉米芯的半纤维素部分转化为低聚木糖、木糖醇等高附加值产品，解决了生物质资源中的半纤维素部分乙醇转化率低的难题，剩余的木质素也可以生产较高值的化工产品，从而提高了生产工艺的整体经济效益，形成产品多元化的合理产业结构。相关技术先后多次通过了各级政府组织的成果鉴定，在国内外本领域知名刊物上发表相关研究论文31篇，先后获得了2009年山东省技术发明一等奖，2011年国家技术发明二等奖，并成功通过了国家发明专利。新技术成功通过了中石化委托中咨公司进行的规划评估及国家环保部环境技术评估。
曲音波教授脚踏实地，潜心研究，终在玉米芯中实现了他的理想。但是他并不满足于现在取得的成就，他最终的目标是希望能够实现生物质原料的全部利用，形成生物质炼制巨型行业，部分替代不可再生的一次性矿产资源。也许在不远的明天，我们就可以看到曲音波教授在科研上的再一次重大突破。（王彦怡）