近日，福建中煙工業(yè)有限責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，開發(fā)出具有完全自主知識產權的固態(tài)果膠酶制劑產品FGP-1，并在打葉復烤生產線實現(xiàn)2萬擔原煙的處理應用，帶來了可觀的經濟和社會效益。該項目研究相關論文發(fā)表在國際權威學術期刊《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)生物酶制劑實現(xiàn)產業(yè)化應用之后在生物酶技術方面的又一項重大突破。

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

追本溯源

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

在這個過程中，如果能利用微生物將煙葉中的有機成分，尤其是淀粉、果膠、蛋白質、纖維素和木質素等大分子物質，降解并轉化為小分子物質，將有效提高煙葉品質。可是，在現(xiàn)有技術條件下，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)和擴繁的。

科研人員正在進行醇化煙葉微生物的宏基因組抽提。

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

科研人員正在進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值的生物技術應用研究”重大專項，并與國家煙草基因研究中心緊密合作，瞄準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際問題，開始展開“煙草本源”微生物提質基因資源挖掘和酶制劑開發(fā)應用研究。

艱難攻關

從浩如煙海的基因序列數(shù)據(jù)里挖掘上百個可能具有煙草原料提質作用的基因片段，猶如大海撈針。對此，項目組巧妙地利用生物信息學分析手段，錨定大分子物質降解方向，把可能具有煙草原料提質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。

科研人員正在進行工程菌株的高通量篩選。

當時項目組發(fā)現(xiàn)，從醇化煙葉中提取的DNA濃度太低，基因片段不完整，難以達到構建文庫的標準。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有差異？更換了幾家測序公司，效果依舊不佳。

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

科研人員正在進行菌株發(fā)酵液酶活測定，每3小時取樣一次。

“即便找到這些可能有用的基因片段，還要經受感官評價，以測試獲得的酶制劑最終對提升感官質量是否有效果。”福建中煙技術中心原料研究部原料研究員陳善義直言，整個研究過程不確定性極大，項目組只能反復不停地試驗，直到各項指標均達標為止。

果膠酶制劑產品。

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)新與應用需求有機結合，整合科研單位與工業(yè)企業(yè)優(yōu)勢，建立起“邊研究、邊應用、邊反饋、邊完善”的科學研究—應用開發(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；挖掘了與煙草品質強相關的“煙草本源”微生物基因5萬余個；構建可定向降解果膠、纖維素、淀粉、蛋白質、木質素等煙草大分子物質且具有自主知識產權的工程菌株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權的固態(tài)果膠酶制劑產品FGP-1。

有了第一款FX-1固態(tài)酶制劑FX-1的生產經驗，項目組對于果膠酶制劑的工業(yè)化生產及應用胸有成竹。

在復烤生產線應用環(huán)節(jié)，團隊科研人員將配制好的酶制劑注入加料設備。

4月7日，福建中煙果膠酶固態(tài)酶制劑產業(yè)化應用首批復烤片煙成功生產，目前在打葉復烤線已實現(xiàn)2萬擔原煙的處理應用，帶來了可觀的經濟效益和社會效益。

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)技術體系，貫通了“基因挖掘—工程菌構建—酶制劑開發(fā)應用”的卷煙原料生物酶提質技術的全鏈條，擁有成套的自主知識產權，構建了良好的工業(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，以及保障原料高質量發(fā)展奠定了堅實基礎。