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中国生物工程杂志

CHINA BIOTECHNOLOGY
中国生物工程杂志  2018, Vol. 38 Issue (5): 92-103    DOI: 10.13523/j.cb.20180513
技术情报     
基于多数据源的纤维素生物降解颠覆性技术研究 *
郑玉荣1,靳军宝1,2,吴新年1,**(),白光祖1,刘秋燕1,2
1 中国科学院兰州文献情报中心 兰州 730000
2 中国科学院大学 北京 100049
Study on Disruptive Technology of Cellulose Biodegradation ased on Multi-data Sources
Yu-rong ZHENG1,Jun-bao JIN1,2,Xin-nian WU1,**(),Guang-zu BAI1,Qiu-yan LIU1,2
1 Lanzhou Library of Chinese Academy of Sciences, Lanzhou, Gansu 730000, China
2 University of Chinese Academy of Science, Beijing 100049, China
 全文: PDF(2665 KB)   HTML
摘要:

颠覆性技术基于新的技术发展轨迹,具备低端性、边缘性的初始阶段特征,并最终取代主流技术。基于多源数据对人类创新不同环节的表征关系及相互之间的知识关联关系设计了颠覆性技术识别方法,以多源数据的产生、发展以及引用、复现等知识关联关系,研究科学知识演变过程,跟踪前沿技术萌芽、发展、突变的演化轨迹,从存在知识关联关系的多源数据变化中发现和识别具有颠覆性潜力的技术主题。通过基金项目信息、会议信息、基础研究信息、应用研究信息、专利信息、商业报道等多源数据挖掘了纤维素生物降解涉及菌种选育技术、酶工程技术、发酵技术与工艺、分离纯化技术等主要研发应用现状,分析其演化趋势,拟合预测了纤维素降解颠覆性技术点发生时间,并绘制了产业技术路线图。

关键词: 多数据源颠覆性技术技术点识别纤维素生物降解技术路线图    
Abstract:

Disruptive technology is based on the new technology development track, it has the characteristics of initial phase such as low-end and marginality, and will become the mainstream technology. The article designed a method to identify disruptive technology based on multi-data sources to character the different link of human innovation and knowledge relationship between them. Then it research on the evolution process of scientific knowledge, on tracing the evolution trail of advanced technologies through the knowledge relationship of multi-data sources which including data generation, development, citation and reproduction. In order to discover and identify the disruptive technical themes. The scientific and application status of cellulose biodegradation technologies are analyzed, such as strain breeding, enzyme engineering, fermentation technology, separation and purification etc., through mining multi-data sources about fund programs, conferences, fundamental and application research information, patents, business reports. Finally, the evolutionary trend of cellulose biodegradation, calculated the happen time of disruptive technologies of cellulose biodegradation, and drew the industrial technology roadmap are analyzed.

Key words: Multi-data sources    Disruptive technology    Technology identify    Cllulose    Biodegradation Technology roadmap
收稿日期: 2017-11-08 出版日期: 2018-06-05
ZTFLH:  Q819  
基金资助: * 国家社会科学基金青年项目资助项目(17CTQ023)
通讯作者: 吴新年     E-mail: wuxn@lzb.ac.cn
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郑玉荣
靳军宝
吴新年
白光祖
刘秋燕

引用本文:

郑玉荣,靳军宝,吴新年,白光祖,刘秋燕. 基于多数据源的纤维素生物降解颠覆性技术研究 *[J]. 中国生物工程杂志, 2018, 38(5): 92-103.

Yu-rong ZHENG,Jun-bao JIN,Xin-nian WU,Guang-zu BAI,Qiu-yan LIU. Study on Disruptive Technology of Cellulose Biodegradation ased on Multi-data Sources. China Biotechnology, 2018, 38(5): 92-103.

链接本文:

https://manu60.magtech.com.cn/biotech/CN/10.13523/j.cb.20180513        https://manu60.magtech.com.cn/biotech/CN/Y2018/V38/I5/92

图1  天然纤维素利用流程
图2  纤维素颠覆性技术识别路径及体系
图3  纤维素生物降解颠覆性技术点识别过程
图4  纤维素生物法降解基础研究主要机构重点研发方向
纤维素生物降解技术点 在研
项目
前沿
技术
基础
研究
应用
研究
专利
研发
科学
成熟度
菌种选育技术 诱变选育技术 极端环境菌种(宽pH范围、高热、低温等)筛选技术 0.187
菌株高通量筛选技术(包括微流控真菌高通量筛选技术、流式细胞仪细菌高通量筛选技术等) 0.259
五碳糖六碳糖共利用菌株选育技术 0.342
高效物理化学组合诱变技术 0.321
高效菌定向选育技术 0.238
应用于固态发酵菌种选育技术 0.254
高效物理(紫外、重离子、等离子辐射等)诱变技术 0.296
高耐热工程菌模拟预测技术 0.412
流程化选育平台 0.230
多菌协同培育技术 0.157
菌群定向进化筛选技术 0.055
基因工程技术 基因组编辑技术 0.400
宏基因组技术 0.330
蛋白质组学技术 0.206
基因组定点导入技术 0.258
基因组随机导入技术 0.182
多基因融合技术 0.205
菌种突变、定向进化集成技术 0.342
基因定向突变技术 0.291
基于转录工程定向进化技术 0.180
高效降解菌基因(组)鉴定技术 0.229
同源重组增强技术 0.210
不需预处理生物降解菌改造技术 0.176
活性位点识别技术 0.239
高效纤维素菌株基因组(群)融合技术 0.264
酶工程技术 酶分析模拟技术 氨基酸序列分析技术 0.262
高级结构与晶体结构分析技术 0.259
决策树算法酶热稳定性技术 0.033
神经网络法酶热稳定性技术 0.438
采用分子模拟预测热稳定性技术 0.320
酶活性在线自动监测技术 0.301
酶中试评价技术 0.489
酶结构修饰与改性技术 高耐热糖苷水解酶家族改性与表征技术 0.277
纤维素生物降解技术点 在研
项目
前沿
技术
基础
研究
应用
研究
专利
研发
科学
成熟度
多功能关键酶转录及控制技术 0.422
漆酶、木质素酶等酶系改性技术 0.280
糖基化修饰技术 0.362
理性设计技术 0.353
酶的分子修饰与稳定性增强技术(化学或者生物) 0.409
工程酶制备及表达技术 高活性纤维素酶筛选及表达技术 0.400
多组分纤维素酶共表达技术 0.394
木质素降解酶异源表达技术 0.314
Taguchi法酶制备优化技术 0.409
工程酶应用技术 酶与其他预处理方式结合技术 0.478
新型酶工程技术 0.442
多酶复配技术 0.328
高效工程菌产业化应用技术(高效、连续) 0.321
酶促反应动力学 混合差分进化法测定酶解纤维素动力学参数 0.250
酶吸附影响动力学 0.373
酶扩散影响动力学 0.335
酶活性测定技术(单酶、多酶) 0.325
纤维素酶解动力学测定方法 0.414
新型酶与活性调控技术 纤维小体酶活性调控技术 0.292
新型降解因子(纤维蛋白)对酶协同技术 0.267
采用合成生物学合成新酶技术 0.271
膨胀素调控纤维素技术 0.372
辅助因子(铜、锰等)调控酶活性技术 0.250
响应面法优化酶活性技术 0.342
酶回收技术 酶固定化技术 0.348
酶高效重吸附技术 0.455
膜法酶回收技术 0.536
发酵技术与工艺 发酵工艺参数优化 基于模型发酵及其评价技术 0.244
基于基因工程的主动感应抗抑制技术(抑制剂包括酚类、糖类衍生物、呋喃、弱酸、醇类等) 0.176
连续发酵工艺优化技术 0.144
响应面法优化生物质厌氧发酵技术 0.296
极端嗜热混合菌发酵工艺 0.226
高温发酵抗抑制技术 0.371
发酵在线监测技术 0.096
代谢流分析技术 0.182
高效发酵技术 多阶段(预处理、水解发酵)菌群联合发酵技术 0.391
固定化酵母(酶)发酵技术(长生命周期低成本混合菌发酵工艺) 0.321
统合生物工艺(CBP)技术 0.418
同步糖化、过滤和发酵(SSFF)技术 0.430
连续发酵生物反应器 0.171
高附加值产品发酵技术 0.379
固态高效液化技术 0.387
固态发酵技术 极端环境下固态发酵技术(耐热固态发酵生物反应器及其优化技术) 0.149
低浓度底物高效固态发酵集成技术 0.338
纤维素生物降解技术点 在研
项目
前沿
技术
基础
研究
应用
研究
专利
研发
科学
成熟度
高固态同步糖化发酵技术 0.165
城市固态废弃物微生物降解技术 0.277
固态发酵菌群组合优化技术 0.156
固态发酵模型评价技术 0.120
光谱和成像技术评价固态发酵底物 0.375
中心复合旋转深层固态发酵技术 0.500
不同农业废弃物生物质能利用潜力评价技术 0.346
残余木质素再利用技术 0.267
固态发酵饲料技术 0.363
半固态发酵技术 0.355
分离纯化技术 高效酶/产品分离纯化技术 超滤膜分离技术 0.346
单宁沉淀法分离技术 0.238
等电点分离纯化技术 0.202
中空纤维膜分离技术 0.226
亲和层析纯化技术 0.263
纳米膜分离技术 0.089
低成本单步快速纯化酶技术 0.340
表1  多数据源技术主题对比及科学成熟度分析
技术方向 取得较大突破
性进展时间
菌种选育技术 诱变选育技术 2021年
基因工程选育技术 2019年
酶工程技术 酶分析模拟技术 2020年
酶结构修饰与改性技术 2021年
工程酶制备及表达技术 2019年
工程酶应用技术 2021年
酶促反应动力学 2022年
新型酶与活性调控技术 2023年
酶回收技术 2023年
发酵技术与工艺 发酵工艺参数优化 2023年
高效发酵技术 2021年
固态发酵技术 2020年
纯化分离技术 高效酶/产品分离 2026年
表2  主要技术方向技术成熟度
图5  纤维素生物降解技术路线图
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