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植根传统学科 提升民生产业——记生工学院酿酒科学与酶工程至善创新团队

编辑:文:舒媛媛    发布日期:2015-12-03   来源:校新闻中心

我国是酒的故乡,也是酒文化的发源地,是世界上酿酒最早的国家之一。其中白酒在中国所有酒饮料产量中所占比例仅为16%,却创造60%的价值和70%的税收。不仅对国家经济做出很大贡献,也成为中国传统文化传承的纽带。但长期以来,白酒以传统形象示人,在很多消费者心目中,白酒行业仍沿袭落后手工生产方式,白酒丰富的科学价值与内涵常常为人们所忽视。生工学院徐岩教授团队致力于白酒研究20载,以前沿生物技术助推传统酿造产业的现代化改造,为白酒走向世界舞台做出积极贡献。

白酒第一次打动科技界

2014年1月,国家科学技术奖励大会在北京举行。由我校徐岩教授主持,我校和贵州茅台酒股份有限公司、山西杏花村汾酒厂股份有限公司、江苏洋河酒厂股份有限公司共同完成的“基于风味导向的固态发酵白酒生产新技术及应用”项目,获国家技术发明奖二等奖(通用项目)。传统白酒第一次站上中国科学技术领域的最高领奖台。

回想20年前,团队开始白酒研究,可以称得上是“白手起家”。徐岩教授介绍说“学校原先是以葡萄酒、啤酒研究为主,后来做过黄酒研究,但是产值份额最大的白酒却没有研究,这一领域发展空间很大。1995年左右,恰好赶上发酵工程专业调整为生物工程专业,一方面是学科发展需要,一方面是产业发展需要,促使我们转向白酒研究。”

不同于葡萄酒、啤酒的西方酿造方式,固态发酵与蒸馏、群体微生物发酵的白酒只有中国才有。由于国际上没有同类产品,没有基础研究可供参考,有专家说,搞白酒研究比搞原子弹还难。只要搞出一项成果,都是世界先进水平。但在白酒领域真要研究出成果应用于生产,并发挥巨大的作用,是一件十分困难的事情。而且要解释清楚白酒的科技性,让人信服更是难上加难。

“一滴白酒中含有1500多种微量成分,但这些成分只占到总量的2%左右,这在世界发酵食品中都很难见到。”徐岩教授介绍说。

面对成分如此复杂的白酒,研究从何入手?徐岩教授和他的团队另辟蹊径,从酒的品质口感入手,在国内率先将“气相色谱闻香法(GC-O)”及风味导向微生物学的思想引入中国白酒的研究。在此基础上,发展形成风味导向的固态发酵白酒生产新技术。

“从微量成分中甄别影响风味的成分,通过微量成分找到产生这种成分的微生物,通过控制群体微生物让整个过程向着可控的方向发展,这是我们的研究思路”。这种风味导向不是建立在感官品尝基础上,而是基于风味化合物及其产生的微生物机制,建立在风味化学的基础上,融汇东西方学术之长,将现代科技手段应用到传统工艺中去,让不甚了解酒是有科技含量的科学家们认同了酒行业是一个科技产业,这是白酒科技在中国顶级学术圈的一次推广,中国白酒第一次打动了科技界。

新技术手段耕耘民族产业园地

经过20年耕耘,团队在白酒园地收获硕果累累。“目前全国一年白酒研究方面的SCI论文30篇左右,我们差不多占全国的一半,此外,文章发表到美国JAFC(《农业与食品化学》)、AEM(《应用与环境微生物化学》)等知名期刊,让国际研究者认可白酒研究的科学价值。”传统产业研究成果在世界研究舞台上占有一席之地。

说到团队白酒研究起步晚,但却后来居上,有何秘诀时,徐岩教授坦言“坚持已有优势,大胆传承创新,运用现代生物技术改造提升传统产业,是我们最大的成果。”在日本学习一年,徐岩教授看到日本同行,在东方发酵方式基础上,运用西方先进手段,延展出新的生物技术产业,给了他很大的启发。 “学习国外风味组学、基因组 、宏因组等新技术手段,耕耘民族产业园地,未来一定大有可为。”

正是在这一思想指导下,逐步形成了一支基本都有海外学习研修经历的12人团队,多年来,团队借鉴先进技术在白酒传统产业园地耕耘不辍,最终收获累累硕果,其中不乏改写“教科书”的记录。

如对酱香型白酒中4甲基吡嗪化合物认识,过去国内一直认为是化学反应的产物,通过化学反应原理加以改造利用,而徐岩教授团队研究发现,4甲基吡嗪是风味和生物活性产物,是由微生物代谢产生,从微生物生长方向加以改造利用,为白酒生产工艺制定和指导提供了重要帮助,受到国际同行高度评价 。

又如,首次发现并证明了产生主要异味物质——糠味的微生物对白酒口感的负面影响,利用生物手段加以控制消除。再者,运用风味化学原理技术,改造茅台酒稳定性,提高批次稳定性,使勾调效率大幅度提高,等等。

“基于风味导向的固态发酵白酒生产新技术及应用”研究成果在包括贵州茅台、山西汾酒和江苏洋河在内的40余家全国知名白酒企业实现科技成果转化。仅近三年累计新增销售收入30多亿元、利税18多亿元;推动了传统产业的机械化生产,节能减排达到40%左右。针对中国传统酿造产业,形成了风味导向学术思想,成果辐射全国,推动了整个白酒产业的改造。

在推动传统产业转型升级同时,团队关注食品安全、绿色环保等社会可持续发展的民生问题,在工业酶高效表达与分子改造及其应用方面开辟新路径,运用生物酶方法解决面制品品质改造问题。通过从基因分子调节到系统过程调控等关键技术创新,多层次、多角度、多途径的提高酶制剂生产水平和生物催化效率。其中,脂肪酶研究成果在夏盛实业集团等3家酶制剂知名企业实现产业化生产与应用,打破国际垄断,近三年累计新增销售收入1.04亿元、利税4.71千万元,成为工业生物技术实现进口替代和改造传统食品产业的成功范例。

近年来,团队承担和完成国家“973”计划课题3项、“863”计划课题5项、科技支撑计划课题2项、自然科学基金项目7项等国家级项目以及江苏省产学研前瞻性联合研究等科研项目;在Chem. Commun.、Appl. Environ. Microbiol.、J. Agr. Food Chem.Biotech.Adv.等国际著名学术期刊发表论文100余篇(其中SCI收录50篇),单篇最高影响因子9.0,引用论文最高影响因子45.79;申请国内外发明专利20余项、授权国家发明专利36项。荣获国家技术发明奖二等奖、教育部技术发明奖一等奖、中国商业联合会科学技术奖特等奖等科研奖励。

创新育人推进成果落地转化

团队一直致力于各层次学生的教学培养工作,组成了以全国优秀教师领衔的教学团队,形成了以酿酒工程、酶工程为优势专业、基础扎实、特色鲜明的教学体系。2009年,团队成员参与的发酵工程课程教学团队,被评为国家级教学团队;徐岩教授主讲的《把酒论科技》被确定为首批国家精品视频公开课,在“爱课程”网正式上线,并在中国网络电视台和网易“公开课”同步展示,在全国产生了广泛的影响。

团队注重培养学生的创新精神和扎实的科研能力,为社会培养输出研究生130余人,其中博士生27人,大部分已成为科研院所学术骨干和企业技术骨干,为传统产业改造提升贡献聪明才智。

团队指导研究生获得全国百篇优秀博士学位论文提名奖(2009年)、江苏省优秀博士学位论文(2008年)、江苏省优秀硕士学位论文(2012年),15名博士研究生获得江苏省研究生创新计划项目支持。团队积极参与本科学生的创新创业能力培养工程,指导学生获得第十一届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛全国二等奖、第九届“挑战杯”大学生创业计划竞赛铜奖等奖励。广泛开展国际合作与交流,培养了学生的创新性思维和国际前沿专业理论知识与技能。

积极参与各类教学教改项目,主编、参编中英文教材专著13部,其中英文3部。主编普通高等教育“十一五”国家级规划教材《发酵工程》,并进一步获批入选普通高等教育“十二五”国家级规划教材,参与编写普通高等教育“十一五”国家级规划教材《酶工程》。荣获国家级教学成果二等奖1项、江苏省高等教育教学成果特等奖1项、江苏省高等教育教学成果二等奖2项等荣誉。

谈及团队建设,徐岩教授强调青年教师工程能力培养,“只有了解企业需求,才能更好服务企业,更好指导学生。”采取学校和企业共同培养方式,推动团队新进青年教师进企业做1-2年博士后 ,从生产一线发现问题,带着问题做研究,加速研究成果落地转化。

未来,团队将进一步凝练科学问题,围绕国家创新驱动的重大产业和民生需求,重点在原始创新、关键问题上突破,获得具有显示度的科研成果,实现全面提高研究水平的目标。

科研方面,建立工业生物产业中酿造微生物发酵工程和工业酶与生物催化系统工程及其应用的新技术体系,获得一批具有自主知识产权的功能微生物菌种及其功能产物发酵生产工艺、新型酶制剂产品及其高效制备与应用工艺,力争经济技术指标达到国际领先水平并实现规模化生产与应用,促进整体行业技术水平和产品质量的提高。在人才培养、课程建设、教材建设等方面,通过加强团队建设,提高博士和硕士研究生培养质量,出版1-2部专著教材,积极引进海外高层次人才,举办高水平国际会议,形成高水平的原创和标志性成果,扩大团队在学术领域和相关行业的影响力。

植根传统学科 提升民生产业——记生工学院酿酒科学与酶工程至善创新团队

团队合影

植根传统学科 提升民生产业——记生工学院酿酒科学与酶工程至善创新团队

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