生物质炼制科学与工程

生物发酵技术与应用

生物资源与健康产品工程

高固多相生物反应工程研究团队致力于将丰富的生物质资源通过清洁高效的转化技术生产环境友好的生物基能源、生物基材料和生物基化学品。课题组以原料组分分离和新型固态发酵为核心，强调基础理论、工艺流程和设备放大一体化研究，打造生物质原料转化利用的通用技术平台。从生物质产业的工业过程出发，提出基于分立、耦合、并行机制的“反应与分离耦合”，通过生化过程集成、模拟、优化，为降低生物质产业成本与能耗供技术支撑。以木质纤维素原料，粮食谷物、药食同源等生物质资源，建立生物质炼制工业技术体系，依托无污染汽爆技术和气相双动态固态发酵技术平台，实现生物能源、生物基材料/化学品，以及中草药加工和特医营养食品加工技术提升，在10多家单位产业化推广，产生数十亿元经济效益。

近年来在 BIOTECHNOL ADV、 GREENCHEM、BIORESOURCE   TECHNOL等国际著名期刊上发表学术论文 200多篇，以“steam explosion”为检索的SCI论文数量国内外第一。出版英文专著 6 部，出版英文专著6部，其中《Biotechnology   of Lignocellulose》英文专著付费下载1万多次，《Modern Solid State   Fermentation》英文专著付费下载3万多次；中文专著16部。申请国家发明专利 150 多件，授权中国发明专利129项，授权国际发明专利授权8项。荣获国家技术发明二等奖1项，中国发明金奖1项，中国发明优秀奖1项，北京市发明专利一等奖1项，北京市科技发明二等奖2项等其他省部级奖励。先后承担国家“973”、“863”、“十四五国家重点研发计划”、“中科院先导项目”等国家级和企业合作项目，研究经费累计超过千万元。

 研究方向1：绿色生物制造可发酵糖及发酵工程

在“碳中和”和“禁塑令”背景下，我国生物基可降解材料市场每年缺口超过1800万吨，但其上游加工原材料仍然以玉米原料为主，势必影响国家粮食安全。因此，以秸秆为代表的木质纤维素生物质替代玉米发酵生物基可降解材料成为必然趋势。针对木质纤维素原料糖化过程成本高、糖化液可发酵糖浓度低等问题，课题组通过建立高效的前处理-绿色反应介质耦合汽爆新型预处理工艺，研究纤维素酶协同降解机制，集成物理、化学、生物技术靶向解聚木质纤维素，突破低成本可发酵糖制备的技术瓶颈，助推“双碳”目标实现。上述研究获得十四五国家重点研发计划“林木资源生物共转化醇类燃料与增值联产技术”和北京市科技计划“生物质高固多相酶解过程强化的研究”支持。

欢迎生物化工，化学工程与工艺，发酵工程，工业生物催化，微生物学，合成生物学等相关专业报考。

研究方向2：中药植物固态发酵过程强化与放大

我国是世界上药用植物资源最丰富的国家，中医药是我国几千年来同疾病斗争总结的宝贵经验和文化财富。但长期以来，由于传统落后的加工技术导致中药资源利用率低、能耗高、环境污染等问题，制约了中药现代化及其产业的可持续化发展。针对中药植物资源的复杂多样性，仅依靠单一的技术方法已经不足以对中药资源进行合理有效的开发利用的问题，课题组通过引入新的原料预处理、强化提取、生物转化以及药渣资源化利用等技术，并进行科学的技术集成，构建以药为主多种副产品并行开发的炼制体系，提高中药资源利用率，丰富中药产品种类，促进中药现代化发展。发挥我国中医药在“后疫情时代”保障人民生命健康的重要作用。上述研究获得863计划“固态发酵过程控制及智能化装备开发关键技术”、中科院STS计划“纤维素酶固态发酵及其工程化研究”，以及合作企业“联合共建大健康产业研发中心”等项目支持。

欢迎制药工程，化学工程与工艺，生物工程，中药生产与加工，中药资源与开发，生物医药，药物制剂等相关专业报考。

研究方向3：全谷物原料汽爆炼制及其特医食品研发

近年来，我国居民饮食结构由于过度精细化导致的各类“文明病”——高血脂症、高血压、高尿酸、动脉硬化、糖尿病、肥胖症呈持续增长趋势。随着《“健康中国2030”规划纲要》出台，通过全谷物饮食干预，对“三高”等慢性疾病预防控制，以及节省医疗报销开支起到巨大作用。针对全谷物食品存在的可食用性能差、可加工性能弱等开发利用难题，课题组在充分认知谷物原料特性的基础上，提出增加预处理环节、消除谷物致密皮层对功能成份释放、复配使用、货架期等造成的不利影响，构建汽爆耦合先进的食品加工技术体系，研发汽爆耦合高固酶解、固态发酵等新型加工工艺，探索其在传统食品加工和特医食品研发的加工适用性，以实现全谷物加工过程创新和产品创新。上述研究获得中央引导地方科技发展资金项目“粮食细胞内增压处理耦合控制酶解技术及产品”和吉林省科技项目“玉米功能化食品加工全利用产业化技术”支持。

欢迎食品科学与工程，制药工程，生物工程，化学工程与工艺等相关专业报考。

081703-生物化工

生物发酵工程
食品生物技术
生物质资源利用

2007-09--2011-01   中国科学院大学   博士
2004-09--2007-06   中国农业大学   硕士
2000-09--2004-06   河南工业大学   学士

生物化学工程

   

（1） Lignocellulosic full-components hydrogelation using steam-exploded corn stover, Green Chemistry, 2024, 通讯作者
（2） Self‑Buffering Effect of Solids During High‑Solid Enzymatic Hydrolysis of Lignocellulose, BioEnergy Research, 2024, 通讯作者
（3） Steam explosion pretreatment: Dramatic reduction in energy consumption for wheat bran grinding, Journal of Cereal Science, 2024, 通讯作者
（4） 秸秆汽爆分级长短纤维酶解性能差异性的研究, 过程工程学报, 2023, 通讯作者
（5） A sequential combination of advanced oxidation and enzymatic hydrolysis reduces the enzymatic dosage for lignocellulose degradation, Renewable Energy, 2023, 通讯作者
（6） Biomass solid substrate refining process intensification mechanism and application, Science/AAAS, 2023, 第 1 作者
（7） Coproduction and enhancement of electricity and biobutanol using adsorption carrier solid-state fermentation, BIOTECHNOLOGY FOR BIOFUELS AND BIOPRODUCTS, 2022, 第 2 作者
（8） Sufficient premixing enhances enzymatic hydrolysis efficiency of lignocellulose at high-solids loading, CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL, 2022, 第 2 作者
（9） Improving storage property of wheat bran by steam explosion, INTERNATIONAL JOURNAL OF FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY, 2021, 第 2 作者
（10） Energy-efficient butanol production by Clostridium acetobutylicum with histidine kinase knockouts to improve strain tolerance and process robustness, GREEN CHEMISTRY, 2021, 第 4 作者
（11） N2 periodic pulsation process intensification to improve ethanol productivity in solid state fermentation of steam-exploded corn stalk, RENEWABLE ENERGY, 2021, 第 1 作者
（12） Changes in flavour compound profiles of precooked pork after reheating (warmed-over flavour) using gas chromatography-olfactometry-mass spectrometry with chromatographic feature extraction, INTERNATIONAL JOURNAL OF FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY, 2020, 第 2 作者
（13） Process of steam explosion assisted superfine grinding on particle size, chemical composition and physico-chemical properties of wheat bran powder, POWDER TECHNOLOGY, 2020, 第 2 作者
（14） Effect of periodic high-frequency vibration with rigid spheres added on high solids enzymatic hydrolysis of steam-exploded corn straw, PROCESS BIOCHEMISTRY, 2020, 第 2 作者
（15） High solids all-inclusive polysaccharide hydrolysis of steam-exploded corn pericarp by periodic peristalsis, CARBOHYDRATE POLYMERS, 2020, 第 2 作者
（16） 汽爆秸秆对磷矿粉溶解作用及其溶解残渣对小麦生长的影响, Dissolving Effect of Steam Exploded Corn Stalk on Phosphate Rock Powder and Influence of Its Residual on Wheat Growth, 生物质化学工程, 2020, 第 2 作者
（17） High Productivity Ethanol from Solid-State Fermentation of Steam-Exploded Corn Stover Using Zymomonas mobilis by N-2 Periodic Pulsation Process Intensification, APPLIED BIOCHEMISTRY AND BIOTECHNOLOGY, 2020, 第 2 作者
（18） Comparison of Volatile Flavor Compounds from Seven Types of Spiced Beef by Headspace Solid-phase Microextraction Combined with Gas Chromatography-olfactometry-mass Spectrometry (HS-SPME-GC-O-MS), FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY RESEARCH, 2020, 第 2 作者
（19） Novel Single-step Pretreatment of Steam Explosion and Choline Chloride to De-lignify Corn Stover for Enhancing Enzymatic Edibility, PROCESS BIOCHEMISTRY, 2020, 第 3 作者
（20） 汽爆耦合同步糖化发酵工艺对麦麸粉理化指标及感官品质的影响, Effects of steam explosion coupled with simultaneous saccharification and fermentation on physiochemical indexes and sensory quality of wheat bran powder, 食品与发酵工业, 2019, 第 2 作者
（21） Effect of Novel Pretreatment of Steam Explosion Associated with Ammonium Sulfite Process on Enzymatic Hydrolysis of Corn Straw, APPLIED BIOCHEMISTRY AND BIOTECHNOLOGY, 2019, 第 2 作者
（22） Tissue fractionation of corn stover through steam explosion-assisted mechanical carding: Its effect on enzymatic hydrolysis and pulping, BIOMASS & BIOENERGY, 2019, 第 2 作者
（23） Hybrid dilute sulfuric acid and aqueous ammonia pretreatment for improving butanol production from corn stover with reduced wastewater generation, BIORESOURCE TECHNOLOGY, 2019, 第 2 作者
（24） A Steam-Explosion-Based Hydrolysis and Acidification Technology for Cornstalk Bioconversion, BIOENERGY RESEARCH, 2019, 第 1 作者
（25） 混菌同步糖化固态发酵丁醇的研究, 生物产业技术, 2018, 第 3 作者
（26） 汽爆高粱全粉馒头的研制, 食品工业科技, 2018, 第 2 作者
（27） 规模化纤维素乙醇的困境与出路, 高科技与产业化, 2018, 第 1 作者
（28） 影响固态发酵装料系数的因素及其强化措施, Factors and related strategies for improving the solid-state fermentation loading coefficient, 生物产业技术, 2018, 第 1 作者
（29） 高固多相生物反应工程, 过程工程学报, 2018, 第 1 作者
（30） 生物能源固态发酵应用的研究进展, 生物产业技术, 2018, 第 1 作者
（31） Comparison of kokumi gamma-Glu((n > 1))-Val and gamma-Glu((n > 1))-Met synthesized through transpeptidation catalyzed by glutaminase from Bacillus amyloliquefaciens, FOOD CHEMISTRY, 2018, 第 4 作者
（32） Two-steps gas double-dynamic solid-state fermentation enhances growth and spore production of Conithyrium minitans, BIORESOURCE TECHNOLOGY, 2018, 第 2 作者
（33） 秸秆资源工农耦合循环技术及其应用, 生物产业技术, 2018, 第 1 作者
（34） 固态发酵多孔介质的质热传递过程研究, 生物产业技术, 2018, 第 3 作者
（35） Advances in Porous Characteristics of the Solid Matrix in Solid-State Fermentation, Current Developments in Biotechnology and Bioengineering, 2018, 
（36） 固态发酵技术：从传统酿造到现代生物发酵产业的应用, 生物产业技术, 2018, 第 2 作者
（37） 固态发酵培养基对微生物生长影响及其配置原则, 生物产业技术, 2018, 第 1 作者
（38） 功能性红曲的汽爆灭菌工艺初步研究, 食品工业科技, 2017, 第 3 作者
（39） Correlations of medium physical properties and process performance in solid-state fermentation, CHEMICAL ENGINEERING SCIENCE, 2017, 第 2 作者
（40） Physical structure changes of solid medium by steam explosion sterilization, BIORESOURCE TECHNOLOGY, 2016, 第 2 作者
（41） Periodic peristalsis increasing acetone–butanol–ethanol productivity during simultaneous saccharification and fermentation of steam-exploded corn straw, JOURNAL OF BIOSCIENCE AND BIOENGINEERING, 2016, 第 2 作者
（42） High-throughput screening of high Monascus pigment-producing strain based on digital image processing, JOURNAL OF INDUSTRIAL MICROBIOLOGY & BIOTECHNOLOGY, 2016, 第 2 作者
（43） 万吨级秸秆汽爆炼制生产液体燃料产业化技术与示范, 高科技与产业化, 2015, 第 1 作者
（44） A novel steam explosion sterilization improving solid-state fermentation performance, BIORESOURCE TECHNOLOGY, 2015, 第 2 作者
（45） A novel digital color analysis method for rapid glucose detection, ANALYTICAL METHODS, 2015, 第 2 作者
（46） Effect of Treatment Methods on Chitin Structure and Its Transformation into Nitrogen-Containing Chemicals, CHEMPLUSCHEM, 2015, 第 3 作者
（47） Variable pressure pulsation frequency optimization in gas double-dynamic solid-state fermentation (GDSSF) based on heat balance model, PROCESS BIOCHEMISTRY, 2015, 第 2 作者
（48） Variable pressure pulsation frequency optimization in gas double-dynamic solid-state fermentation (GDSSF) based on heat balance molel, Process Biochemistry, 2015, 第 1 作者
（49） Zhao Zhi-Min,Wang Lan*, Chen Hong-Zhang, A novel steam explosion sterilization improving solid-state fermentation performance,, Bioresource technology, 2015, 第 1 作者
（50） Periodic-peristole agitation for process enhancement of butanol fermentation, BIOTECHNOLOGY FOR BIOFUELS, 2015, 第 2 作者
（51） 固态发酵斜卧青霉JUA10的底物与氧气传递间的关系, Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 2014, 第 1 作者
（52） 过程工程在木质纤维素发酵抑制物解除中的应用, 生物工程学报, 2014, 第 1 作者
（53） Relations between substrate morphological change and oxygen transfer in solid-state fermentation (SSF) using Penicillium decumbens JUA10, JOURNAL OF CHEMICAL TECHNOLOGY AND BIOTECHNOLOGY, 2014, 第 1 作者
（54） Relations between substrate morphological change and oxygen transfer in solid-state fermentation (SSF) using Penicillium decumbens JUA10, JOURNALOFCHEMICALTECHNOLOGYANDBIOTECHNOLOGY, 2014, 第 1 作者
（55） 黄酮类物质促进丙酮丁醇梭菌ATCC824的生长, World J Microbiol Biotechnol, 2014, 第 1 作者
（56） Promotion of the Clostridium acetobutylicum ATCC 824 growth and acetone-butanol-ethanol fermentation by flavonoids, WORLD JOURNAL OF MICROBIOLOGY & BIOTECHNOLOGY, 2014, 第 1 作者
（57） Formation Kinetics of Potential Fermentation Inhibitors in a Steam Explosion Process of Corn Straw, APPLIED BIOCHEMISTRY AND BIOTECHNOLOGY, 2013, 第 2 作者
（58） 汽爆秸秆产生的发酵抑制物的动力学形式, Appl Biochem Biotechnol (2013), 2013, 第 1 作者
（59） 木质素中酚酸物质对于丙酮丁醇发酵的影响, Promotion and Inhibition Effects of Phenolic Acids on Clostridium Acetobutylicum Fermentation, 生物质化学工程, 2013, 第 2 作者
（60） Digital image analysis and fractal-based kinetic modelling for fungal biomass determination in solid-state fermentation, BIOCHEMICAL ENGINEERING JOURNAL, 2012, 第 2 作者
（61） 固态发酵中数字图像处理与分形维数表征生物量, Biochemical Engineering Journal, 2012, 第 1 作者
（62） Increased fermentability of enzymatically hydrolyzed steam-exploded corn stover for butanol production by removal of fermentation inhibitors, PROCESS BIOCHEMISTRY, 2011, 第 1 作者
（63） Acetone-butanol-ethanol Fermentation and Isoflavone Extraction Using Kudzu Roots, BIOTECHNOLOGY AND BIOPROCESS ENGINEERING, 2011, 第 1 作者
（64） 汽爆秸秆好氧厌氧交替发酵制氢, 微生物与人类健康科技论坛论文汇编, 2009, 第 2 作者

（1） Technologyies for biochemical conversion of biomass, Metallurgical Industry Press, 2017-04, 第 2 作者
（2） 细胞破壁过程与生物炼制工程, 化学工业出版社, 2020-04, 第 2 作者

   

（ 1 ） 固体发酵过程控制及智能化装备开发关键技术, 负责人, 国家任务, 2012-01--2015-12
（ 2 ） 气相双动态固态发酵技术及其发酵装置, 负责人, 其他, 2014-09--2022-01
（ 3 ） 秸秆汽爆半纤维素发酵丁醇及其综合利用技术产业化, 负责人, 境内委托项目, 2011-07--2015-07
（ 4 ） 生物质乙醇联产热电高效综合利用技术及工业示范, 负责人, 中国科学院计划, 2018-06--2022-12
（ 5 ） 纤维素酶固态发酵及其工程化研究, 负责人, 中国科学院计划, 2020-01--2021-12
（ 6 ） 多元林草原料预处理过程集成优化与智能控制技术, 参与, 国家任务, 2022-12--2026-11
（ 7 ） 生物质炼制制备可发酵糖技术路线开发, 负责人, 境内委托项目, 2023-03--2026-03

（1）生物炼制材料技术进展及在汽车领域的应用前景   2023中国汽车工程学会年会暨展览会   2023-10-25
（2）木质纤维素可发酵糖吸附载体固态发酵2,3-丁二醇的研究   中国化学会第三届全国纤维素学术研讨会   2023-08-08

已指导学生

刘菲菲  硕士研究生  081703-生物化工  

谢军  硕士研究生  085238-生物工程  

周瑶瑶  硕士研究生  081703-生物化工  

姚长洪  硕士研究生  085600-材料与化工  

张金童  博士研究生  081703-生物化工  

冯欣宇  硕士研究生  081703-生物化工  

李名路  博士研究生  081703-生物化工  

现指导学生

石昕  博士研究生  081703-生物化工  

朱云帆  硕士研究生  086000-生物与医药  

庞泰然  博士研究生  081703-生物化工  

陆祖瑜  博士研究生  081703-生物化工  

步永欣  博士研究生  085600-材料与化工  

林雪城  硕士研究生  085600-材料与化工  

颜嘉怡  博士研究生  081703-生物化工