温廷益：从玉米到服装
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大家好我来自中科院微生物研究所大家都吃过玉米对吧但是我说你把玉米穿上身上你相信不相信 OK 如果你相信我就和我一起分享从玉米到服装的故事好不好大家看看我年轻时头发是不是比现在多

是吧 这是 80 年代时我我在天津市长大我从小性格比较内向不爱说话 好独处每天在我们家那个胡托里啊在用粉笔头在地下画各种立体几何的模型画各种化合物的分子结构我们的邻居都说这个孩子走火入魔了是不是有点神经了以后离他远一点

1982 年我考上了南开大学微生物学专业我又开始对发酵官感兴趣大家知道发酵吗你们吃的醋 你们吃的酱油包括你们喝的酒都是我们微生物发酵酿制的所以当时我就有一个梦想我们能不能用微生物发酵制造各种化学品呢

现在大家知道我们这个行业不叫简单的发酵工程了我们现在的时髦的名字叫合成生物物诀我 05 年回国的时候因为我是南开大学毕业的嘛南开大学生物科学院就给了我一个教授岗位我拿着 offer 做准备去南开大学工作我的导师也希望我回到母校去做一个合格的教授

但是我有一次在北京做一个学术报告被时任卫生所的研究所的所长高福院士知道了他过来跟我聊当时我就觉得随便聊聊吧但是他觉得我没有来卫生所的意思就用激将法踢了我一下他说你如果到卫生所来做氨基酸领域的研究工作如果你三年做不到科学院的天三

五年做不到全国的前五八年做不到全国的前三对不起你在科学院就待不下去你会失业的我的人可能比较吃这套他一说我非得试试我行不行然后我转身背叛了我的导师来到了中科院维生物研究所我导师为此好几年不理我说到这儿之后大家知道什么是氨基酸吗

氨基酸主要是通过微生物发酵的方法来进行生产的其中哪个氨基酸生产量最大呢

就是谷胺酸小朋友知道吗你们吃的味精就是谷胺酸大但是排在第二个氨基酸是哪个呢是氨酸氨酸是九种人和动物必须氨基酸之一为什么要吃氨酸在座的小朋友家长我提醒大家我说一件事如果你们孩子十岁以前

身高没有达到标准身高你一定要吃点蜡烟酸加上运动最好配合游泳运动你的孩子就未来不会像我那么矮了所以说在动物饲料的添加中蜡烟酸非常的重要你吃的猪肉 牛肉 羊肉和鸡肉之所以价格在国内还能保持那么低蜡烟酸功不可没

大家看这就是蓝胺酸我们的猪长得快我们的鸡长得快它的营养的肉质也会变得更好

但是我们国家虽然是一个氨基酸大国全球 60%左右的氨基酸是在中国生产的但是我们却不是一个生产强国主要原因是我们的微生物发酵菌种生产性能较差生产成本较高特别是我们的菌种专利数量还非常的少所以我来微生所第一件事就要做出有自组织产权的优良的生产菌种

当我一到卫生所我是 05 年 11 月份到卫生所我一报到我一看到卫生所从事工业卫生物的实验室什么水平啊还是用传统诱变为主的一种诱变一种什么概念就是用紫外线化学物质像这个硫酸二一脂 DS

进行传统优变传统优变什么概念你优变完得有大量的工作像大家看那个上面那么多的平板去筛选你筛选到的图片是不是你要的不知道像什么就像小朋友开盲盒那个隐藏款开到的东西是我要吗未必但是工作量很大

我当时在国外学的是基因编辑技术现在叫合成生技术国外已经通过合成生技术进行编辑它相当于什么呢 私人定制我想改哪里就改哪里我想怎么改就怎么改就是在 DNA 水平上去做这工作于是

我回国的第一件事就是创建一个工业微生物个性化群中改造和创新的一个平台什么概念我先把细菌的所有的代谢途径它的基因都输到电脑计算机里做它一个网络模型然后通过模型预测出来应该改造哪些基因然后再进行核生生学的基因编辑再进行发酵罐的验证再进行各种组学的验证

然后这样一圈一圈这样循环就是我们合成商会学的八个字设计 构建 测试经过多轮的这种循环之后我们军中的产量就上来了负产物再减少

2007 年宁夏当时是在国内氨基酸企业排到一个中等水平的企业找到我希望改造氨酸的生产菌种因为它的生产菌种的产量太低转化率也太低希望能够降成本

增加他们企业的这种利润当时我们就用刚才我这套平台用我们计算机模拟一步一步地改一共给它改了 17 个基因最后它的产量已经达到一个过境先进水平不论是唐山转化历还是产量可是到了这个时候又出现了一个问题我 05 年回国时蜡烟酸的价格是 3 万多亿吨

等到了几年之后蓝酸的产能过剩我们国家现在的产能达到了 350 万吨 2020 年达到了 300 万吨利润率急速下降从 3 万多到 1 万多最后最低降到了 5400 企业就没有利润产能过剩怎么办

有一天我在办公室上就琢磨怎么帮企业把产能过剩的事解决突然我发现大家看见了吗你左边这个是氨酸的分子结构它叫二六二氨基体酸如果我把带红圈的移位的缩基我把它抠掉之后就成了右边的一五二氨就是我们做尼龙材料的前提也是它的单体

就那么一步反应都能做那么大的事那这件事能轮上我们来做吗然后我叫我的助手梁永博士去查发现在 90 年前也就是 1934 年美国杜邦公司的卡洛斯博士卡洛斯很厉害他是尼龙的发明人他们发现用 5 个碳的沃尔安和 10 个碳的鬼二酸能聚合成性能非常好的尼龙 510

它的性能跟蚕丝一样穿在身上凉爽凉爽的但是就是化学合成法的原料成本太高了成化也太难做了他们到 1937 年 退尔求其次开发了性能差 化工合成成本低的 G2N 也就是用 6 个碳取代了 5 个碳开发了尼龙 66 的技术

左边这张图大家看的是一双尼龙丝袜它当年的描述成像蛛丝一样的细像钢丝一样的强像绢丝的一样美这个尼龙丝袜杜邦卖了四天竟然销售了 400 多万双风靡全球成了一个时代的象征你看二战时的尼龙袜的广告就是原来的广告

现在尼龙市场多大 21 年已经超过了 1000 万吨但是 90%以上是尼龙 6 和尼龙 66 而且要做这个尼龙 66 它的 G2N 的前提 G2 精和 G2N 都被国外企业垄断也就是说我们国家在尼龙 66 行业的 80%以上的利润被外企拿走了一边是蓝银酸产能过剩一边是尼龙被卡脖子

如果我们用蓝氨酸能够合成二氧那么又把蓝氨酸的产能过剩和尼龙假不有两问题那么就同时解决了梁博士查回来结果告诉我美国杜邦 德国巴斯夫 日本东立 韩国西捷他们尽了多少年的努力就因为什么工艺放大 废弃物处理 成本等各种原因都没有做成功难道我们就能做成功吗

大家知道我的性格谁一袭向我就上了企业老总说你试试我说试试咱就试试然后我们就选择了用大伤感菌做生产菌组大伤感菌它的优点是 17 分钟就能穿衣袋然后基因信息完备遗传操作系统成熟代谢途径和调控机制研究得也非常深入但最大一个问题大伤感菌它不能合成无二氨

于是我们头一件事既然我从大人感军出发我第一件事叫大人感军能够合成沃尔安就把外源基因引进到大人感军通过基因改造使大人感军能够合成了沃尔安第二个目标叫大人感军高产沃尔安它的副产物越来越少这件事我们也做到同时出现了第三件事沃尔安对大人感军有细胞毒也说沃尔安到了一定浓度

大肠杆菌不生长了这种麻烦了于是我们又在大肠杆菌的细胞膜上大家记住在细胞膜上我们加了一个转运泵就跟我们外边用的水泵似的只要一产生无二氨这个转运泵就把无二氨从细胞内转到细胞外最后经过这些努力我们的产量

已经达到了全球领先的水平什么概念我们的摩尔转化率接近了百分之百也就是说我们底部氨酸几乎百分之百被转成了沃尔安也就是说我们合成沃尔安的这步成功了

第二步在实验室我们又得你能够合成物二氨能制造出物二氨你还要把它纯化出来然后我们又在实验室建立了不同的发酵工艺 纯化工艺得到了两个 9 以上的纯度的物二氨

于是我们非常的兴奋我们信誓旦旦地就跑到企业去做中式了因为我们觉得我们在实验室非常成功可是令我们想不到的事出现了

出现什么大家看我们实验室从左边从 5 升的旋转蒸发仪到 2 升的旋转蒸发仪 2 升的旋转蒸发仪对应的是什么呢对应的是 50 升发酵罐产生的发酵液但是我们中式天敦级的时候我们的发酵液要用点 1.5 立方米的发酵罐也就是说我们发酵液比原来要

多产生 300 倍到 600 倍在这种情况怎么办我们旋载蒸发仪下不是油到 120 度把无二氨减压蒸馏出来但是如果我把我们那个旋载蒸发仪做成 5 米到 9 米的话

是不是大家看球形的面积表面的蒸发量太大了是不是能耗太高了大家知道球体的体系怎么算吗三分之四π二立方所以在这种情况下我们至少要做到 5 米以上的球体去蒸发这在产业化上是行不通的工业化

没有经验嘛于是我们就和企业设计了不同的这种中式设备最后大家看我们做出来的东西有的都像排骨质量非常的差纯度根本没有办法去做我们以后做的尼龙做我们的服装这个时候企业几千万已经打了水漂在这对我的压力对企业压力都非常的大怎么办坚持不坚持不坚持没法交代坚持呢

做不出来怎么交代我就得离开科学院对吧刚刚说了 8 年嘛所以大家已经开工没有回头见必须坚持下来于是我们又在那做了两年多的努力这个期间非常苦包括我包括刘世文博士我们每天在那干到夜里两三点因为他那个研发中心的门晚上 10 点关门我们出来之后要翻墙头到我们的志工宿舍去睡觉刘世文博士更是

连续干了 45 天最长一次为此还推迟了结婚的婚期这非常难的做了一件事不管怎么样经过三年努力我们把沃尔安的中式成本从刚开始的 9 万多元降到了 2 万元左右然后又经过两年的努力在 2020 年 8 月我们在黑龙江大庆市建成了全球第一条万吨级的沃尔安生产线这个生产线和我们中式又有很大的区别你看它都是金流塔了它的成本会更低

然后我们同时又是用尼龙 56 做切片做成长纤维做成短纤维做成了各种的服装它的年度达到了 2.5 左右它的分子量达到 2 万 5 左右达到了一种仿私的要求大家说了半天尼龙 56 刚才我说 5RN 比 GRN 好那 56 自然要比 66 好它好的优点很多我举几个方面它吸湿性强易染色耐磨 难染 多离化纹度低

小朋友们都住在北京你们冬天脱衣服时是不是滋啦啦电闪雷鸣为什么静电太强了但是你要穿上我们五六座的服装这种它吸湿性非常强它的衣服就没有那种滋啦啦电闪雷鸣不会把晚上把你吓到然后它易染性还有它非常的耐磨它穿得非常的干爽夏天摸着丝滑丝滑特别柔顺特别凉爽

在这个某宝上做的有它的我们做的瑜伽服内衣这种防晒服都有拿尼龙 56 做成的材料它的性能明显的超越 66

这都是这个品牌同时这个企业和国内一线品牌和国外一线品牌说估计你们穿的鞋未来的鞋面都几乎是我们尼龙 566 而且他们在国外卖的价格卖到 3 万万因为国外特别认生物基因的产品在我们国内卖的价格反而还没有那么高

这个企业也从一个中型企业现在成了氨基酸的前三名的巨头我们做了一个什么工作就打通了全流程从玉米到服装的过程最早我们拿玉米做成变粉糖再做成葡萄糖再做成盐酸盐再做成乌尔恩做成五六晶体五六切片五六苍鲜和短鲜做成布料做成各种的服装

我们现在正在以温热胺做单体在做尼龙 5S 系列包括 510 512 这个我们未来要做的东西包括海下的油气管道

绳索 降落伞 火箭的整流罩包括我们人工血管的管弦的那个线都可以拿我们的材料要做所以未来我们国家走的一条生物机尼龙 5X 的路和国外石油机的尼龙 6X 的路是完全不同我们最终目标要实现以塑料取代钢材实现它的更环保更低碳

说到这儿 这些年我的儿时的梦想就是生物制造做一个产品我现在有三到四个产品已经在祖国大地的企业上得到了应用未来 合生生物学有可能将 30%到 60%的石油基化学品通过微生物制造来实现

也就是说什么一个概念呢以后我们用的 50%的没化工产品生化化工产品都会通过玉米或者通过结杆来做原料进行生产所以就实现我们把玉米穿在身上的一个目标 05 年夏天也就是说我来卫生务所前四个月我们时任院长陆永祥院士给卫生所

写了九个字微生物高科技大产业这也是我近 20 年的一个追求的目标在座的小朋友们同学们如果你们有志于以后做核生生物学生物制造的方面的研究工作做一个核生生物学的科学家请你们加入到我们团队里加入到中科院微生物研究所最后让我们中国的微生物占到国际科学田园的最前端谢谢大家