郭燕川：研发酶法明胶的“带头人”

◎ 文/李云山

郭燕川：研发酶法明胶的“带头人”

◎ 文/李云山

可持续发展是我国科技发展永恒的主题，环境保护问题在现阶段和今后很长一段时间内将日益突出，发展节能、绿色的生产工艺是大势所趋。结合新技术，开发明胶的制备工艺，以提高生产效率，实现清洁生产是明胶行业的发展趋势，而由郭燕川博士领衔的中科院理化技术研究所明胶室团队研发的酶法制胶工艺，有望为明胶制造工艺带来一场新的革命。

明胶的前世今生，科技创新引领节能之路

明胶是从骨、皮、肌腱、膜及其它动物结缔组织的生胶质（又称胶原）中提取出来的蛋白质，它是一种具有水溶性、能凝冻的胶体物质。这种独特的结构特点，决定了明胶具有许多优良的物理化学性质（如亲水性、胶冻性、成膜性、表面活性等）而被广泛应用于许多领域，如作为食品、医药包装（胶囊壳、片剂糖衣）的重要原料，近年来，随着人们对明胶的认识不断加深，其应用逐渐拓展至功能食品、医疗器械等高附加值产业。

骨明胶工业已有约200年历史，一直沿用传统碱法工艺制备。但采用该工艺面临生产周期长、效率低——根据季节气候的不同，从50到60天；用水量大——每生产1吨明胶需耗水400-500吨（相应煤和电消耗也大）；污染环境——大量废酸和浸灰水需要庞大的污水处理系统来处理等问题。传统工艺明胶生产对水电资源的过分依赖和对环境的严重污染，使企业面临巨大的环保压力。在提倡节能减排的今天，这些传统的制备方法已经远不能适应当今国家环境保护的高标准要求。因此，寻找新的清洁环保的方法，是明胶产业发展的必然。

针对传统方法的不足，研究者开始对酶法制胶进行研究。用酶处理使胶原溶解并经热变性而成为明胶的方法称为酶法。酶法明胶制备新工艺从根本上解决了传统工艺的三大缺陷，使生产周期缩短为传统工艺的二十分之一（2-3天），耗水量减少约50%，特别是没有氢氧化钙碱废液排放，减少污染，节约大量的治污排污费用。在节能、环保日益严格的大环境下，传统工艺的明胶制造企业急需技术升级为企业带来更加广阔的发展空间。

不断进取，做最优秀的研发团队

一直以来，国内外对酶法明胶技术的研究都还停留在实验阶段，未能进入工业化应用。自中科院理化技术研究所与宁夏公司共同完成酶法骨质明胶技术的工业化生产后，我国因此成为世界上第一个完成酶法明胶工业生产实施的国家，突破了现有传统明胶生产工艺，开创了明胶技术新时代。

中科院理化技术研究所明胶室在明胶领域有近40年的研究基础，2016年被认定为中国轻工业明胶重点实验室，同年理化所被授予“中国日用化工协会明胶分会第八届理事会常务理事单位”。研究组主要围绕胶原、明胶、胶原肽开展研究工作，在研发、试验、项目建设的数年时间里，锻炼了一支队伍、成长了一批人才。

1999年，理化所明胶研究组开始进行酶法明胶生产工艺的系统研究，由老中青三代科技人员组成科研团队，经过十几年的艰苦拼搏，立足基础研究，强化工程技术开发，相继突破了酶解配方与工艺控制、酶解工艺配套设备开发、其他配套辅助工艺开发等技术难题，解决了从实验探索走向成熟生产的关键技术。2002年，8公斤的实验室中试研究成果通过了中科院科技成果鉴定。鉴定委员会认为：该项目的完成是明胶生产中一次重大突破，属国际领先水平。短短几年的时间里，研究组就把该工艺从“国内领先”做到了“国际领先”，这不仅是量的积累，更是一个质的飞跃。2012年，在中科院理化所廊坊科技园区完成实验室中试车间建设，主要是搭建单批次500立升的自动化中试制备实验系统，包括骨粒磨粉设备选型、骨粉预处理罐、纯水系统、热水系统、酶解反应罐、棉饼处理、树脂交换处理系统、一级、二级膜浓缩系统、干燥系统等的确立。总计进行中试实验上百次，完成了骨料预处理系统开发和酶解反应系统的探索和优化，以及酶法明胶其它分离等后处理工序的设备选型和工艺参数优化，为进一步扩大生产奠定了基础。

酶法明胶设备

全面技术攻关，精心培育市场

一项重大技术创新，可以推动一场技术革命；一场技术革命，可以引领一个行业乃至多个领域的科学变革。可以预见，酶法制胶工艺的开发成功将给明胶工业注入巨大活力。2014年10月，酶法明胶制造技术实现了工业化生产，在宁夏鑫浩源生物科技股份有限公司建成了1000吨/年酶法骨明胶生产示范线，成果通过宁夏省科技成果鉴定。公司2015年在新三版成功挂牌。2016年，在宁夏鑫浩源公司完成了3000吨/年规模的生产运行。目前酶法明胶产品已销售至食品、照相、药用辅料等行业。该项目获得中国产学研创新成果优秀奖和宁夏省科技进步三等奖。目前已与埃塞俄比亚当地研究所和企业开展合作，着手在埃塞进行3000吨/年明胶厂建设。

但是理化所的成员没有松懈和停下脚步，在他们看来，明胶行业刚刚步入绿色发展、低碳发展的新时期。“这只是万里长征迈出了第一步，能够实现批量化连续生产，有市场有效益，才是真正的成功。”

我国酶法制胶研究经过近五十年的努力，已取得了巨大进步。随着明胶越来越多的功能性被发现以及对明胶质量要求的逐步提高，酶法制胶的强大优势必然会吸引越来越多的明胶工作者投身这项研究中来。希望这项高效、节能、绿色的新技术能够在明胶生产实践中得到全面推广应用，为我国明胶行业的可持续发展作出贡献。

人物简介

郭燕川，现任中科院理化所研究员、中国科学院理化所明胶研究室主任、中科院理化所杭州研究院生物基材料中心主任、中科院理化所生物材料与应用技术研究中心副主任、中国轻工业明胶重点实验室主任、中国轻工业协会明胶分会科技委主任、《明胶科学与技术》杂志副主编、美国化学会/中国化学会会员。长期致力于生物酶解过程及在明胶、壳聚糖等生物制品工业生产中的应用研究，明胶及胶原蛋白肽及其衍生物在健康与医疗领域的应用研究，和生物活性陶瓷材料研制及在硬组织修复领域的应用研究。共承担国家863、科技部国际合作专项、北京市科技计划、国家自然科学基金、中科院重点部署等研究课题10余项，企业横向项目10余项。所负责的酶法明胶生产工艺技术项目，是中国科学院重点部署项目和中科院理化所“十三五”重点培育项目。2010年在中科院理化所获物理化学博士学位，2010年至2011年作为访问学者在加州大学洛杉矶分校基础医学院从事分子生物学研究工作。发表论文100余篇，SCI收录40余篇, 申请中国专利40项（授权20项）、美国专利3项（授权2项），获中国产学研创新成果奖1项、宁夏省科技进步三等奖1项。