点渣成金,看他们如何从废物药渣中提炼出千亿利润
团队简介
本项目依托南京中医药大学药学院“中药学”国家一流学科和江苏省中药资源产业化过程协同创新中心,得到段金廒教授、宿树兰教授以及天晟药业季浩董事长的大力支持。团队成员来自南京中医药大学中药学、生物制药、食品质量与安全等专业,项目注重交叉学科的协同与创新。主创李国庆和黄子争已走上创业道路,立志成为优秀的青年企业家;范雅宸逐渐成长为团队的中坚,申请并获批教育部产学研协同育人项目2项。此外,项目成员获得国家奖学金3人次,中国大学生自强之星1人次,全国优秀共青团员1人次,江苏省三好生1人次,江苏省优秀学生干部1人次。
" 做科研都应该解决当下的问题嘛。”
我国中药行业每年新增中药药渣4500-5000万吨,占用将近60万人口生活用地,已经造成巨大的环境危害。到底有多严重?团队成员为我们列举了一些事例,许多中草药企业,在得到所需的产品之后,常常留下大量的中药废弃物无法处理,只能通过堆肥、掩埋的方式处置,导致中药药液直接渗透入土壤和地下水,使得附近的水土资源受到极大的污染,大大限制了我国中药资源、中药产业的绿色可循环发展。
目前国内90%的中药药渣处理方式是通过焚烧处置、堆肥和发酵产酶的方式产生少量热能、低值肥料和纤维素酶,但这些方式存在着能耗高、收益低和菌种不耐受的问题。中药渣的处理相比秸秆有着较大的区别,秸秆作为农作物废物不含有毒害物质,不会抑制菌种的生长活性,但是中药药渣需要使用其根部的药用部位,该部位对于菌种有一定的危害。这样一来,解决中药药渣的根本问题还是没有得到解决。药渣中仍留存着大量活性成分,是放错位置的资源。如何处理这些药渣?团队成员们考虑为中药渣研制专门的菌种——高抗逆性产纤维素酶菌种来实现资源的高值化循环利用。
“药渣来源的高抗逆性产纤维素酶菌种和其他来源的纤维素酶相比,抗性更高,应用范围更广,我们想通过组合生物转化技术,筛选出高抗逆性产纤维素酶菌种,通过技术将药渣转化为高值产品。”李国庆、刘佳琪等团队成员在钻研中药中小分子的转换和提纯后发现,这些物质常常被遗留在中药药渣中,根据这点进一步拓宽,想到能将药渣循环利用,点渣成金,大大降低成本,做到中药资源循环利用。思路有了,但如何才能用绿色高效的方法解决资源浪费问题呢?
历经四年,数万次筛选:艰难的实验之路
药渣对细菌和真菌来说是非常极端的生存环境,绝大多数菌种在其中生存都会被抑制,在存活的菌种里面找到能高效利用的菌种是难之又难。一些生物学常用的基因手段制造的工程菌在面对药渣的时候稳定性又非常难以达到工业化生产的要求。因此,如何找到同时可以在药渣中生长又对药渣具有转化能力的菌种成了团队要攻克的最大问题。研究方向有了,接下来便是艰难而又漫长的实验之路。
实验伊始,团队成员从现有的能够利用药渣中成分的菌种里面开始选育,但是大部分菌种都不能在药渣中理想存活,还有些菌种只能处理单位药渣,不符合市面上大部分为复方药渣的显示情况。后来他们转变了思路,从药材产地的土壤里面取样,做了几千个样本,取得了一些进展。但是在最后中试放大的时候又出现了问题,得到的样本依旧不能实现工业化应用。最后团队还不死心,跑了好多制药企业和药渣处理的企业,试着从它们的药渣里面取样筛选菌种。
4年,3万多次试验……为了探索出这一菌种,整个团队几乎每天都泡在实验室里,甚至牺牲掉寒暑假的时间。最后功夫不负有心人,一个来自腐烂药渣的样本完美地解决了这个问题。“全部符合!全部符合!”来不及脱下实验服,曾飞博士立刻把这个好消息告诉了团队成员。实验指标与预期全部符合,这项独创菌种终于被成功地探索出来!“当时真的是见到相关东西就想取个样看看。”李国庆这样形容那段时间的状态。最终,团队成员在不断试验后终于通过团队的独创菌种ZSP01、WNJ02、W2进行多菌种同体系、多步反应,实现了在同一体系内对多味药渣同时高效处理的目标。
中药药渣问题的有效解决也让他们得到了无锡市科技局,市政府的支持和认可,让他们更有动力,有信心把中药资源循环利用,将药渣点石成金这个项目持续下去,继续做好做强做大。
“我们要一起赢,一个都不能少。”
所有的胜利都不是一蹴而就,而是要有不断的积累,一步步走向成功。从“挑战杯”校赛到“挑战杯”省赛再到国赛,“药渣炼金术”项目组可谓是历经一路“千锤百炼”。
“我们都是从最‘小白’的时候慢慢成长起来的,策划撰写、PPT制作、项目申报、答辩展示,每天一起熬夜,一起吃外卖,一起不厌其烦地进行修改,一起接受外界的批评与指正……虽疲惫却充满干劲,点滴小事都值得铭记和感动。”团队里的每一个人,都是一起熬过夜的战友,多台笔记本同时摆开齐聚办公室,队员们和指导老师围坐在一起神情专注地讨论、修改润色的情景在备赛期间是常态。能吃苦、肯吃苦,遭遇挫败后仍继续认真做好自己的事已经成为这支队伍心照不宣的默契。用队员的话来说,如果暑假还是天堂模式,开学后的备赛时光一定是“地狱模式”了。比赛不能落下课程和其他工作,成员作息有交叉,他们只得挤出休息的时间,争分夺秒地进行修改,队员的抗压能力得到了撕裂般的成长,历经打磨的团队也光芒愈放,最终,国赛银奖的骄人成绩为那些辛苦准备的日夜画上了圆满的句号。
药渣炼金术项目已持续运作四年之久,第一批项目初始成员早已毕业,团队“老带少”的用人模式一直延续至今。“加入团队最感动的事情就是之前徐思凯学长陪我改稿,一直改到深夜两点。那时候我什么都不懂,主要都是学长学姐带着一起做。”如今的负责人李国庆,每每忆及学长学姐们对自己的帮助与鼓励,总是情不自禁红了眼眶。已毕业的团队成员,也依然心系于此,随时待命。时值创业赛申报最后时期,上一任主创俞子静在团队需要的时候不计个人得失,毅然回到一线,义务为学弟学妹们答疑解惑,陪伴团队走完了最后的赛程。
团队指导老师张森透露,如今的主创李国庆,当年是一个做事毛躁,粗心大意“刺头儿”,就在张森老师想要淘汰他的时候,前一任主创黄子争力挽狂澜:“老师,他还有提升的空间,还能再带带,先不要淘汰他了。”后来,李国庆不负众望,成长飞快,曾只身一人请假,赴江阴为团队打比赛,打赢了南大的博士,一举夺得江阴市科技局主办的《江阴市第三届科技创新创业大赛》唯一一个团体组一等奖。
“团队主创不一定要是最优秀的,但一定要是最能凝结团队的,主创要尽量牺牲个人利益,多带带团队其他同学。”是指导老师张森从建队之初就定下的宗旨。团队成员们不论科研起点高低、专业背景各异,只要加入,就是项目组的一份子,只要愿意,就可以为项目贡献自己的一份力量,如果要赢,我们就要一起赢!
“挑战杯”竞赛获奖的经历,让团队成员们拥有更宽广的眼界的同时登上了更高的舞台。“药渣炼金术”团队,走出了保研北协和的俞子静、考研中科院的叶寅、考研南师大的曹家男,出国深造的徐思凯、黄逸飞,加盟药企自主创业的黄子争、张朱哲……“‘挑战杯’带给我的不仅是一张张荣誉证书,赛场上观摩不同的作品,感受不同的思考方式,结交志同道合的朋友,交谈中碰撞思维的火花,这些是我们坐在教室里学不到的。”披荆斩棘,终为不悔,锐意创新,挑战自我,这些精神财富都将会成为他们未来成功的助推器。
未来,“ 药渣炼金术 ” 还能更好
谈到大学生做科创,很多人觉得会影响成绩,张森老师认为两者之间并不冲突,“在我们团队,如果你参加了科创,成绩反而降低了,说明你的科创做的不够好。”科创项目本身在打磨过程中跟科研是一样的,学生通过申报、实验、汇报和答辩等环节得到了进一步的成长,评委或投资人在听到汇报前看到的大多是一本商业计划书或项目申请书,这就要求学生们将申报书中的内容反复斟酌,对于其中的一些排版格式反复整理,最后拿出一本完美的“敲门砖”。做科研亦是如此,尤其在做实验的时候更是要求我们做到精确,科创和科研都贯彻着精益求精的精神,在科创中总结出目前研究成果存在的不足和漏洞,在科研的过程中去弥补,这就有效地形成了良性循环。因此,科研和科创是不分家的,掌握了科研才能真正的掌握科创,创新一定是在科研的过程中才能有所得,创业是未来产业化落地的一个目标,主要还是要立足于创新。
药渣的处理地点、成本核算、运输规则……当下仍有许多问题亟待解决,今后他们的科研创新之路也必将是任重而道远的。“未来我们将会建造成规模的一个发酵流程,以中国华东地区为根基,向我国中西部、西北部地区的进行延伸,为全国的中药渣建立一个处理的平台。除此以外,我们还会将药渣中处理后所得到的产物,进行进一步的纯化和加工,得到更有价值的产品。”谈及未来,负责人黄子争充满了信心和期待。