在生物学家中,中科院微生物所研究员陶勇有点与众不同。除了钻研问题、发表论文外,他有着大多数科研人员少有的对产业的眼光和热情。做应用研究时,他总能预见“什么能碰、什么又不能碰”,这些判断几乎都在后来得到。
陶勇的嗅觉,源于他曾在工业生物技术企业任职的经历。解决实际问题,做有价值工作的思维让他相信:生物研究不仅要“高大上”的论文,也需务实、接地气的应用,而后者往往被人忽视。
陶勇办公室墙上,一张近两平方米的生物代谢图尤为显眼。这张凝结了无数科学家研究的图谱,描绘了细胞内的各种化学反应,勾勒了生物活性物质的及其可能径。
站到生物代谢图前,陶勇显得很兴奋。在他看来,这张百科全书式的图谱里蕴含了丰富的研究内容。“我的工作,就是要发现其中的奥秘,通过生物代谢工程的方法,把低廉的生物原料变成高附加值、实用、方便人们使用的产品。”
实现这一,显然比陶勇轻松的叙述要难得多。不过,近来的一项让他自己走在正确的上。他带领团队从淀粉中高效地合成出了海藻糖,并在不久前天津举办的“中国工业生物技术发展高峰论坛”上,获得了“年度科技”。这一来自学界、业界两方面的认可,使他备感欣慰。
海藻糖是一种安全、可靠的天然糖类,与常见白糖相比,它的热、酸的稳定性更好,还具有保鲜、保湿、矫味、抗冻、抗老化等特性,在食品加工、医药和化妆品等领域应用前景广泛。
“比如,由于海藻糖的热稳定性好,它可以用来制作巧克力、糖果及烘烤制品,而保鲜、保湿则在化妆品中大有用处,抗冻的海藻糖,还能替代血浆蛋白作为生物活性物质的稳定剂,帮助疫苗和血液制品的运输。”陶勇说。
过去,人们从酵母和麦芽糖中提取海藻糖,但率都不高,由于产量低、成本居高不下,没法大规模应用。其后,有研究者试图利用双酶法,从淀粉水解出海藻糖,但受制于工艺水平,率仍然较低。
历经数年研究,陶勇团队优化了海藻糖生产菌种的发酵过程,提出了一条酶法生产海藻糖的新工艺,实现了从淀粉糊精生产海藻糖,并使得率达到80%以上。不仅解决了率低的难题,生产原料也由麦芽糖改为淀粉糊精,降低了生产成本。
“我们的工作不止步于实验室。”陶勇说。紧接着,他带领团队,与天津科技大学的胡云峰教授合作,开展了海藻糖在糖果生产、蛋糕烘焙、食品冷冻等领域的应用效果示范研究,并给出了详细的参考数值。
“夏壮秋肥冬瘦春死”,这是我国北方畜牧养殖的怪圈。在漫长的秋冬季,由于新鲜饲草料的缺乏,有时候,一个冬天,牛、羊的肥膘就会掉下三四成。
青贮加工是解决秋冬饲草匮乏的有效方法,即在饲草生长季节,将饲草或秸秆等原料经粉碎、密封、发酵等过程贮存起来备用,既有较好的适口性,也保留或提升了饲草营养价值。不过,传统青贮加工只利用天然微生物进行简单发酵,青贮过程中杂菌污染损失较大,营养组分提升有限。此外,传统发酵的方式也制约了青贮的大规模应用。
我们能不能选育优良的微生物菌剂,来提升青贮饲草品质?6年前,青海科技厅慕名找到中科院微生物研究所,提出了这样的疑问。陶勇认为,“新产品应该学会瞄准、开拓新市场,研发人员要让产业链条的参与者使用,就要拿出让人信服的研究,这些正是国内所欠缺的。”
凭着对微生物的了解,也出于为农牧民做点事的意愿,陶勇克服困难组建了以自己和钟瑾研究员为主的青贮研发团队,决心开发高效微生物青贮菌剂。“微生物看不见摸不着,但它在青贮上的作用不可小觑。”
6年多来,针对不同地区气候和畜牧业特点,青贮团队分析了不同青贮原料在不同阶段的微生物菌群、生物生理代谢特征,以及不同微生物间的相互作用情况,掌握了青贮中微生物的作用原理。在此基础上,青贮团队研制开发了适应不同地区特点、不同种类青贮原料的高效微生物复合菌剂。
“有一次在,我们刚打开用研发的青贮菌剂制作的裹包青贮饲料,周边的牛群闻着味道就朝我们飞奔而来。”得到“用户”的肯定,陶勇对研发的青贮菌剂有了信心。
不过,研制出菌剂,离用到农牧民手中还有很长距离。为开展应用示范工作,过去几年,陶勇带领团队走遍了、青海、、广西等省区的主要农牧区。有时,一年中多数时间在偏僻的乡野出差。
不久前,在山东东营中试和生产,青贮团队研发的高效微生物复合菌剂已经实现了菌株的10T罐发酵生产,为青贮菌剂的推广及产业化打下了基础。
“饲喂比对结果表明,仅通过使用菌剂青贮,就可使肉羊增重提高11.8%,饲料率提高13.4%,肉羊的屠宰率和肉骨比也显著提高。”陶勇希望,这些青贮菌剂能帮助农牧民增收、脱贫。
陶勇把这些归功于在企业多年的研究训练。1997年,在美国做完博士后,陶勇进入美国杜邦公司。13年中,他先后从事了农药和代谢工程的研发。
“企业的研发是以市场和应用为导向的,确定研发方向会做充分的调研、论证,同时还要考虑到从实验室到产品各个生产链条的情况。企业在基础和前沿研究上可能不是最好的,但做出来的产品性能一定是最优的。”陶勇说。
大学、研究所的研究和做产业化应用有很大的差别,不能认为只要技术本身好,就自然而然能做出好产品,产业化过程中,一个微不足道的环节上考虑欠周全,都难以完成。陶勇说,“这就像一个沙漏,瓶子上方装满了沙子,但一次只有很少的几颗沙子能够流下来。因此,做产业化设计的时候,我们一开始就会设计几个甚至几十个产品同时研发,以增加成功的几率。”
刚进入杜邦时,陶勇的工作是研发农药。在几年中,他作为参与开发一款杀虫剂产品。它因其低毒、高效,在将近10年之后,依然是同类产品中的明星。其后,他申请调到生物研发部门,担任资深研究员。当时杜邦公司发力工业微生物研究,探索绿色生物技术。陶勇耳濡目染,亲身实践,在生物工业技术研究上有深厚的积累和见地。
2009年底,应中科院微生物所邀请,陶勇以国外专家的身份,在国内一次会议上介绍了杜邦公司的工业微生物上的应用案例。2010年初,作为人才被引进到中科院微生物所,担任微生物所工业微生物实验室主任。
“很土”,这是一些人对陶勇团队工作的看法,对此他总是一笑了之。实际上,陶勇团队并不是没有高质量的论文发表,只是他:生物研究要服务经济产业,不能仅仅钻研问题,国家还应结合实际问题,持续资助一些务实的研究,如此科研才不至于成为小圈子的游戏。