曲音波

■本报记者 唐凤 仇梦斐 通讯员 刘玮

“手持玉米秸，捉迷藏，戏童顽。”在曲音波眼里，这个孩子用来嬉戏的玉米秸秆，能够变身清洁能源。

实际上，在他眼里，“珍藏”着大量木质纤维的每一片农田、森林甚至垃圾填埋场，都可能是生物燃料潜在来源。

“目前，生物燃料主要用粮食来做，美国用玉米，巴西用甘蔗，技术已经非常成熟。”山东大学生物科学学院、微生物技术国家重点实验室教授，国家“973计划”项目首席科学家曲音波在接受《中国科学报》记者采访时表示，我国21世纪初为了消化陈化粮和为丰产的玉米寻找新出路，开始推广燃料乙醇。然而，我国虽然是耕地大国，但人均耕地面积较少。基于这种耕地资源和人口发展现状，近50～100年，大规模发展以粮食为原料生产燃料乙醇并不现实，也无法长久持续。

“这其实等于汽车和人争粮，拿粮食来烧。”这个问题让研究了40多年可再生资源的微生物转化技术的曲音波忧心不已。

不与人争粮

作为人口大国的中国，“拿粮食供汽车烧”无法持续。曲音波提到，另一个能源宝库——木质纤维素材料却多半都作为农林废弃物而没有很好的利用，甚至在田野间焚烧，发生严重环境污染。

为促进生物燃料行业的健康发展，我国也开始将研发的重点集中在以木薯、甜高粱等淀粉质或糖质非粮作物以及木质纤维素为原料的生物液体燃料和生物基化学品的生产技术上。

利用可再生性木质纤维素资源，降解转化生产燃料和化学品，是解决资源、环境和农村发展等紧迫问题，实现可持续发展的重要途径。曲音波长期从事可再生木质纤维素资源的微生物降解和转化技术研究，先后主持或参加了40余项纵横向科研项目。

功夫不负有心人。曲音波团队在国际上创新性地提出了玉米芯等植物纤维原料生物炼制联产燃料乙醇和化学品技术路线，形成了上下衔接的产业链，技术经济分析显示，纤维素乙醇生产成本已接近粮食乙醇成本。已在山东禹城率先建立了中国首家就地生产纤维素酶的万吨级纤维素乙醇示范工厂，成功实现了纤维素乙醇规模生产的突破，并成功加入了车用汽油。这也是国际上最先实现万吨级纤维素乙醇生产的装置之一，走在了国内外同行的前列。“玉米芯废渣制备纤维素乙醇技术与应用”获得了2011年国家技术发明奖二等奖。

纤维素高效转化的基础是能生产出廉价的纤维素酶。为进一步降低纤维素降解成本，他带领课题组完成了对多株青霉纤维素酶生产菌株的基因组序列测定，利用系统生物学技术对其酶系和产酶调控机理进行了深入研究。

可以说，微生物一直是曲音波的“好搭档”。

与微生物为伴

1970年，曲音波进入山东济宁酿酒厂，当时不满20岁的他学的正是发酵。两年后，曲音波如愿进入山东大学生物学系。毕业后，曲音波回到酒厂担任技术员。

在酒厂工作的他就已经意识到我国的粮食还无法满足需求。曲音波就想，酒精可以当燃料，而粮食可以酿酒，那以此类推粮食也可以作燃料。当时，生物燃料的概念并未普及，而他也不知道，这个懵懵懂懂的想法使他在几十年之后成为新一代能源的“领军者”。

为了更系统地学习微生物学，1978年，曲音波进入山东大学微生物研究所攻读硕士和博士学位，一干就是近40年。

1979年，曲音波和同事就创立综纤维素双层平板法，从腐质土样中筛选到大量纤维降解酶产生菌，结果他们发现其中一株青霉菌生长迅速，酶系完整，具有较强的降解天然纤维素能力。

于是，他们就从中诱变筛选出了具有明显抗降解物阻遏特性的纤维素酶高产菌株，产酶能力大幅提高。经过亚铵造纸黑液驯化，提高了菌株对黑液毒性的抗性，用废液废渣生产出纤维素酶，大幅降低了产酶成本。高产菌株液体深层发酵的胞外蛋白产量达16.9 g/L，滤纸酶活达15.4 FPU/ml，产酶速率达160.0 FPU/L.h，为当时国内外文献报道的先进水平。

他们还克隆、表达和研究了多种纤维素酶组分的功能，并利用定向进化等方法改善了纤维素酶的性质，使内切葡聚糖酶的最适pH值从4.8升高到6.2，拓展了其在纺织造纸工业中的用途。

“青霉纤维素酶系的酶学研究”获得国家教委1987年科技进步奖二等奖。“纤维素酶系酶解机制和活力测定方法的研究”获得山东省1991年科技进步奖二等奖。

针对造纸业漂白工艺产生大量有毒有机物、纸浆滤水性差、强度低，不适合生产高档纸，也不适合高速纸机的抄造等特点，曲音波与陈嘉川博士（现为齐鲁工业大学校长）等合作，开展了用酶制剂代替化学品用于草浆漂白和改性的研究，发现在草浆漂白前进行酶处理，可提高纸浆的可漂性，减少有害漂白药品的用量；用少量木聚糖酶处理漂白后的草浆，可改进纸浆抄造性能、提高纸浆质量。

为实现工业应用，他们选育了一批适合草浆漂白和改性的木聚糖酶高产菌株。通过研究其作用机理，证实了部分木聚糖的去除以及纤维结构的破坏，可增加木素与化学品的接触，便利木素的溶出。他们发现部分纤维表面木聚糖的去除会改善纸浆抄造性能，而少量纤维素酶的存在对改善纸浆性能具有协同作用。

由此，他们在国内外率先提出用真菌和细菌木聚糖酶漂白草浆和进行酶法改性的新技术。新技术于1998年开始进行试产，2001年在企业得到推广应用，创造了较大的经济和社会效益，获得了2005年国家科技进步奖二等奖。

具备一些牺牲精神

做了一辈子产业项目的曲音波常把“牺牲精神”挂在嘴边。

“像我们做这种战略性研究项目，主要目标是成果转化，但追求的主要是国家的社会和环境效益，文章通常发得不是很好，而且把产品转化出去还不能急着向企业要钱。”因此，曲音波在动员手下的年轻老师时说：“做产业化的东西却不能追求自己挣钱，文章又发不好，可能需要具备一些牺牲精神。”

步入耳顺之年的曲音波已接近退休，而在离开热爱的岗位之前，他坦言希望能把两件事做好：“一个是跟企业合作把酶的问题解决，另一个是要攻一下可广泛应用的生物质炼制技术。”

解决酶的问题，就是要走好把纤维素降解变成糖这一步，进一步降低酶生产成本。纤维素、半纤维素和木质素这三种聚合物，存在于植物的木质部组织中，它们为植物提供机械强度和传输水分的支撑细胞的细胞壁。而木质纤维素降解是从用于制造生物燃料的植物中提取糖的“一个主要障碍”。“一旦打破这个障碍，将秸秆变成糖，糖发酵后就可以制作各种各样的化学制品了。”他说。

而生物炼制是利用植物基淀粉和农林废弃物（木质纤维素材料）为原料，生产各种化学品、燃料和生物基材料。目前，曲音波正与高唐的一家造纸厂合作。双方正在合作，力图实现整个生产链上的原料成分和产物全部物有所用。“这样一来，还田和木质素污染等问题都能解决，把所有物质都变成产品。”曲音波说，“希望能利用自己的知识，拓展现有的技术，为未来的生物质炼制产业发展打下基础。”