Transcript 4-1工业生物
工业生物技术 前 言 以催化为核心的化学工业是世界上最大的基础产业之一。 化学工业的特点是以不可再生的化石资源（石油、煤炭、 天然气等）为原料，以化学催化剂为手段，实现物质转化。 在l9～20世纪以不可再生的化石资源为经济基础的近代工业 文明取得了辉煌的成就，而进入21世纪，面对化石资源不断 枯竭、环境污染日益加剧的严重局面，人类面临着前所未有 的生存与发展的危机。 因此，目前化学工业的一些生产模式必然要进行彻底的 变革，转向以生物可再生资源为原料，生物可再生能源为能 源，环境友好、过程高效的新一代物质加工模式，其核心技 术是工业生物技术。 工业生物技术是指在工业规模的生产过程中使 用或部分使用的生物技术，是生物技术和工业工程 技术的融合。 目前，工业生物技术主要应用领域是各种轻工 业发酵产品的制造，同时，近年来通过工业生物催 化过程已经并正在生产出大量的新产品，如生物材 料和生物能源等。 预计在未来的20到50年中，工业生物技术将大 大改变工业制造业的面貌。 应用生物催化技术可以在未来的20年中减少传 统化学工业原材料、水和能源消耗的30%，并减少 30%的污染物排放。这将使得整个工业生产的面貌得 到彻底改观。 以生物催化与生物转化为核心的工业生物技术 是生物技术革命的第三个浪潮，是“21世纪化学工 业的基本工具”。 1982年重组人胰岛素上市，标志着医药生物技 术（red biotechnology）的巨大成就； 1996年转基因大豆、玉米、油菜相继上市，标 志着农业生物技术（green biotechnology）的巨大 成就； 2000年聚乳酸上市，标志着工业生物技术 （white biotechnology）的巨大成就。 需要特别指出的是，微生物物种巨大的多样性 及其基因改造的巨大潜力，将其与精妙现代工程技 术结合，为人类提供了新的巨大机遇，工业生物技 术的发展前景十分诱人。 一、工业生物技术产业发展国内外现状 工业生物技术的新崛起有两个巨大的推动力，即 社会强烈需求和生物技术的进步。 人类社会发展迫切需要解决的问题是资源、能源 、人口、环境问题。随着生物技术突破性进展，使得 人类可以设计和构建新一代的工业生物技术，可高效 快速地将各类可再生生物质资源转化为新的资源和能 源。 工业生物技术在生物能源、生物材料以及生物质 资源化方面发挥着重要作用。 1、国外工业生物技术产业现状 目前,世界各国如美国、日本、英国等发达国家都 建立了独立的政府机构，并制定了近期及长远的发展规 划，在政策上、资金上给予了大量的支持。西方各国许 多较大的化工企业，如美国杜邦、道化学、孟山都公司 ，英国ICI，德国拜尔、赫斯特公司等都在投入巨资和 庞大的科技力量进行工业生物技术的研究。 通过大力开发已取得了许多重大的科技成果，如微 生物法生产丙烯酰胺、脂肪酸、己二酸等已达一定的工 业规模；在能源方面，纤维素发酵连续制乙醇已开发成 功；在农药方面，许多新型的生物农药不断问世；利用 高效分离精制技术、高选择性精制技术、超临界气体萃 取技术和高效双水相分离技术开发高纯度生物化学品制 造技术不断完善；反应器的研究向多样化、大型化、高 度自动化发展。 2、我国工业生物技术产业的现状及开发状况 虽然我国现代生物技术的研究开发起步较晚，但 我国在传统的发酵工业方面是有一定基础的。随着现 代生物技术的不断发展，近年来，我国工业生物技术 产品生产得到了大力发展。 有机酸中，柠檬酸的产量居世界前列，乳酸、苹 果酸的新工艺也已开发成功； 氨基酸中赖氨酸和谷氨酸的生产工艺和产量在世 界上都有一定的优势； 微生物法生产丙烯酰胺已建设万吨级的工业化生 产装置； 农用抗生素的生产有赤霉素、井岗霉素、浏阳霉 素、金核霉素等； 发酵法甘油生产发酵水平不断提高； 黄原胶生产在发酵设备、分离及成本等已取得了 突破性的进展。 但是，在已生产的工业生物技术产品中，不少产品 生产存在着发酵周期长、分离提纯技术落后、产品收 率低、产品成本和单耗高等问题。近年来，国家通过 攻关，在生物反应器、分离技术的设备、生物传感器、 计算机在线控制等方面取得了一系列成果，使工业生 物技术产业一些主要产品的发酵水平有较大幅度的提 高，明显缩小了与国际先进水平的差距。 国内一些大学先后成立了工业生物技术研究机构。 国内大批科研院所也先后开展了工业生物技术的开发 工作。国家计委支持筹建了中科院过程工程所生化实 验室、华东理工大学生物反应器室、山东大学发酵工 程室这三个生物技术下游国家重点实验室。国家科委 组建成了南京工业大学生物反应器、华东理工大学生 物反应工程和中科院过程工程所生物化工装备这三个 国家研究开发中心。 3、 我国工业生物技术发展前景 目前，我国已成为世界第一资源加工消费大国 和第二能源耗用大国。 预计在未来20年内，生物能源、生物材料和生 物质资源化技术将得到实际应用。预计工业生物技 术在我国国民经济GDP中的贡献达到2.2万亿元／年 （2020年）。目前正在开发的多聚乳酸、多聚氨基 酸、多羟基烷酸、燃料乙醇以及各种功能寡糖等可 视为这个碳水化合物经济时代来临的前奏。到2020 年，预计将有50%的有机化学品和材料产自生物质原 料。 基于微生物和酶的工业生物技术具有生物安全 性相对较好、研发投入较少、周期较短的优势，且 中国已形成良好的产业基础，是参与生物技术国际 竞争的一个良好的机遇和难得的切入点，应成为我 国生物技术应用研究的一个战略重点。 二、工业生物技术产业蓬勃发展突出表现在以下几 方面： 1、生物化学品正向专业化、高科技含量、高附加 值方向发展。许多公司为了追求较高利润，都将低附加 值的产品剥离，传统低价位产品受到冷落，而高价位产 品如生化药物、保健品、生化催化剂等则备受青睐。 2、企业间的合作将加大，行业与行业间的划分将 日趋模糊。目前，许多从事医药、农业、环境、能源等 方面生产的企业，正在从事工业生物技术生产。 3、新技术在生物化学品生产中得到了极大应用。 利用超临界CO2取代有机溶剂进行酶反应，具有极大的 发展潜力。又比如，微胶囊技术已被广泛用于动物细胞 的大规模培养、细胞和酶的固定化以及蛋白质等物质的 分离方面。 4、上游技术广泛应用于下游生产。利用基因 工程，使多种淀粉酶、蛋白酶、纤维素酶、氨基酸 合成途径的关键酶得到改造、克隆，使酶的催化活 性、稳定性得到提高。 5、发酵工业蓬勃发展。现代生物技术的进展 推动了发酵工业的发展，发酵工业的收率和纯度都 比过去有了极大的提高。 6、酶工程技术有了长足的进步。酶工程技术 包括酶源开发、酶制剂生产、酶分离提纯和固定化 技术、酶反应器与酶的应用。预计到2010年将增长 到30亿美元，每年以6．5％的速率增长。 7、分离与纯化技术也有很大进步。寻求经济 适用的分离纯化技术，已成为工业生物技术领域的 热点。影响生化产品价格的因素，首当其冲的是分 离与纯化过程，其费用通常占生产成本的50％～70 ％，有的甚至高达90％。 三、工业生物技术的关键技术问题 1、微生物资源库和微生物功能基因组学技术 微生物菌种或酶是工业生物技术的基础。从自然 界中筛选所需要的菌种是目前工业生物技术的主要特 点，大部分成功的高产工业化菌株是从自然界筛选得 到的野生型菌株。 2、生物催化剂快速定向改造新技术 近年来发展起来的定向进化技术，大大加速了人 类改造酶原有功能和开发新功能的步伐。蛋白质定向 进化技术可以使蛋白质（酶）在自然界需要几百万年 才能完成的进化过程缩短到几年甚至几个月。 3、重要工业微生物的代谢工程 通过基因重组技术改变微生物的代谢途径，生产 出传统发酵工业无法获得的新产品。例如美国利用基 因工程手段，将五碳糖产乙醇和六碳糖产乙醇的代谢 途径整合到一个微生物中，能同时发酵利用五碳糖和 六碳糖产乙醇。 四、主要的工业生物技术产品的研发、生产及发展 情况 1、醇类 （1）总溶剂：总溶剂生产是我国历史最悠久的发 酵生产，近些年由于我国原油价格便宜，相反粮食价格 成倍上涨，导致合成法生产丙酮、丁醇的成本低于发酵 法，加之近几年国内几家引进的合成生产丙酮、丁醇装 置相继投产，发酵总溶剂产品市场遭到了剧烈冲击。 （2）酒精：我国需从筛选优良菌种，降低能耗， 玉米原料综合利用，减轻污染来入手，加速传统酒精工 艺的改进，向低温蒸煮和无蒸煮快速发酵方面发展。 （3）甘油：发酵法生产丙三醇是继皂化法、化学 合成法之后的第三种丙三醇生产方法，具有安全性好， 原料易得等优点。今后重点应生产食品级和医药级丙三 醇。 2、有机酸 （1）柠檬酸：柠檬酸是世界上用发酵法生产的产 量最大的有机酸，近年来我国柠檬酸生产量和出口量 迅速增长，成为世界柠檬酸生产和出口第一大国。我 国柠檬酸行业应着眼于通过技术创新和规模经营，降 低生产成本，增强竞争能力，扩大柠檬酸新的应用领 域。 （2）乳酸：我国乳酸生产已有数十年历史，主要 有DL-乳酸和L-乳酸两种。近年来人们利用L-乳酸聚 合生产可生物降解塑料、绿色包装材料及农用薄膜等 ，来解决日益严重的环境污染问题，引起了世界范围 的广泛关注。 （3）衣康酸：衣康酸是一种重要的化工原料，主 要用于腈纶化纤、树脂、橡胶、涂料、造纸、医药、 农药、轻工、食品、丝绸等领域。可与多种物质进行 加成、聚合反应，广泛应用于有机化工行业。 （4）苹果酸：苹果酸主要用作食品酸味剂， 同时L-苹果酸的在某些特殊行业如医药大输液、手 性药物的合成中具有极其重要的作用。 （5）曲酸：在化妆品中添加少量曲酸，可以 强烈抑制皮肤黑色素形成；在食品加工过程中，曲 酸可作为食品添加剂，起防腐、保鲜和抗氧化等作 用。 （6）葡萄糖酸：葡萄糖酸是众多有机酸中唯 一的双歧杆菌增殖因子。作为补钙剂的葡萄糖酸钙 和作为豆腐凝固剂的葡萄糖酸-δ-内酯已在许多国 家生产并应用。 （7）酒石酸：世界酒石酸仍然由葡萄酒的副 产物即酒石转化生产。我国L-酒石酸主要是采用微 生物酶转化环氧琥珀酸生产。 3、氨基酸 （1）赖氨酸：赖氨酸的95%产品用于饲料添加剂， 3%用于食品强化，2%用于医药工业。发展赖氨酸的 限制因素是成本高，目前原料成本占50%以上，必须 从改良菌种、工艺、原料利用率着手，引进关键技 术。 （2）谷氨酸：谷氨酸(味精)是世界市场销售最大 的一种氨基酸，国内味精已形成独立工业体系，规 模和技术水平仅次于抗生素工业。预计今后十年世 界味精仍会增长。我国味精增长率很快，但考虑到 随着国内核苷酸工业的发展，特鲜味精产量增加， 从而对味精需求量会减少。 （3）L-天门冬氨酸：L-天门冬氨酸主要用于食品 及医药工业，可用为营养增补剂和各种清凉饮料的 添加剂，医药上用作氨解毒剂、肝功能促进剂、疲 劳恢复剂。 4、生物农药 发展生物农药，减少化学合成农药的使用，已 成为全球农药产业发展的新趋势。 生物农药主要是指微生物、植物、动物等产生 的具有农用生物活性的次生代谢产物。具有高效、 安全、低毒、低残留、使用简便、选择性高、用量 少、污染小、病虫害不易产生抗性等优点。 近年来，我国开发的生物农药主要有苏云金杆 菌、春雷霉素、井冈霉素、公主岭霉素等。 5、基础大宗化工产品 （1）生化法丙烯酰胺 生化法丙烯酰胺生产用丙烯腈作原料，采用生物 酶作催化剂进行水合反应，其优点是在常温下反应， 无副反应带来的杂质和铜离子，单体不需要提纯即可 直接聚合，聚合物分子量可以大大超过化学法产品。 我国已筛选出优质菌株，实际生产规模已达几万 吨。该技术成功开发，将成为我国精细化工产品迎头 赶上世界先进水平的先例。 （2）发酵法长链二元酸 长链二元酸是一类有着重要和广泛工业用途的精 细化工产品，微生物发酵正构烷烃生产长链二元酸是 生物技术在石油领域中应用的最成功典范之一，将会 逐渐形成产业链和产品树。 6、生物催化剂 近年来，生物催化剂在精细化学品市场中显 现强大的增长率。预计2008年用于精细化学工业 和制药工业的生物催化剂在1亿美元到1.3亿美元 ，预计年增长率达8-9％。 已工业化的酶法合成有类固醇及甾醇合成、 生物碱合成、有机酸类合成、糖的转化、药用多 肽及蛋白质的合成、氨基酸类合成、核苷酸类合 成等。 7、可生物降解高分子材料 （1）可降解塑料：国内全生物降解塑料、光降解 塑料、淀粉填充崩裂性塑料等品种都在开发。全生物 降解塑料应是发展方向，而降低成本是关键。 （2）微生物合成高分子材料：聚羟基丁酸酯（ PHB）、聚羟基脂肪酸酯(PHA)和聚羟基丁酸－羟基戊 酸（PHBV）是性能优良的生物可降解高分子，由于具 有生物可降解性、生物相容性、压电性等许多优良性 能，可能在众多领域，如生物降解性包装材料、组织 工程材料等方面得到广泛应用。 （3）聚乳酸：是目前国外工业化成功的生物可降 解的高分子，年产量可达14万t左右。 （4）聚天门冬氨酸：是一种优良的生物可降解 的高分子，可用于水处理剂、吸水树脂及农用化学品 。目前国外如美国的东大公司、德国的拜尔公司都已 建立了千吨级聚天门冬氨酸的装置。 8、酶制剂 目前，已分离纯化的酶有3000多种，其中有800多 种开发成商品。目前国内为产业化配套而开发的酶制 剂主要有：①日用化工用酶制剂；②造纸工业和皮革 及轻工用酶制剂；③食品、饲料工业用酶制剂；④非 水相酶促反应在医药、精细化工和食品等工业中的应 用。 9、功能性食品 利用生物技术生产功能性食品是近年来生物技术 发展的热点，如用生物技术代替化学合成生产保鲜剂、 香精香料、防腐剂、乳化剂、增稠剂、天然色素等产 品，开发具有免疫调节、延缓衰老、抗疲劳、耐缺氧、 抗辐射、调节血脂、调整肠胃功能等功能性食品添加 剂。 五、今后工业生物技术产业发展目标及工业生 物技术产品研发新趋势 （一）发展目标：走自主创新之路，充分利用化 学工程优势，实现与生物技术真正的学科交叉融合， 赶超世界先进水平，解决传统生物技术产业问题， 发展高新工业生物技术。 （二）工业生物技术产品研发新趋势 1、生物能源产品 清洁可再生生物能源的开发和利用是公众关注 热点之一。2000－2020年将是世界各国大力发展生 物质能的关键时期。目前，生物能源的主要形式有 燃料酒精、生物柴油、沼气、生物制氢等。 洁净新能源--生物柴油 生物柴油是清洁的可再生能源，它以大豆和油菜籽 等油料作物、油棕和黄连木等油料林木果实、工程微 藻等油料水生植物以及动物油脂、废餐饮油等为原料 制成的液体燃料，是优质的石油柴油代用品。 生物酶法合成生物柴油，即用动物油脂和低碳醇通 过脂肪酶进行转酯化反应，制备相应的脂肪酸甲酯及 乙酯。酶法合成生物柴油具有条件温和、醇用量小、 无污染排放的优点。 在近期阶段，主要使用现有的各种废油和含油生物 资源为原料。在中期阶段，应使用大规模种植的农林 作物为原料。在远期阶段，应以大规模种植的高产油 原料作物为原料。 我国生物柴油的研究与开发虽起步较晚，但发展速 度很快，一部分科研成果已达到国际先进水平。可以 预计，在2-3年内，我国在该领域的研究将会有突破性 进展并达到实用水平。 乙醇燃料生产 （1）淀粉质原料乙醇燃料生产 现代高效的乙醇发酵反应器系统，使得乙醇生产 成本大幅度降低，特别在利用廉价原料时，已具备与 石油燃料在价格上的竞争能力。目前，我国政府已经 支持利用陈化粮生产燃料乙醇工业建设项目，其中吉 林省年生产能力80万吨，总投资达32亿元。河南省年 生产能力30万吨，估计总投资在12亿元左右。 （2）甜高梁及其茎秆制取乙醇燃料 由于甜高粱的综合利用优于单纯的农业开发，近 年来尤其受到各国普遍重视。种植甜高梁每亩耕地不 仅能像粮用高粱一样可收获粮食，还能收获富含糖份 的茎秆，经发酵可生产乙醇，故有“高能植物”之称 。 （3）纤维素废弃物生产燃料乙醇 以木质废弃物为出发点，开展纤维素废弃物生产 燃料乙醇技术的最佳工艺及示范工程研究，为将来大 规模利用生物质能资源开发燃料乙醇提供技术支撑。 生物制氢技术 生物制氢技术作为一种符合可持续发展战略的 课题，已在世界上引起了广泛的重视。如德国、以色 列、日本、葡萄牙、俄罗斯、瑞典、英国、美国都投 入了大量的人力物力对该项技术进行研究开发。 生物制氢过程可以分为5类：（1）利用藻类或者 青蓝菌的生物光解水法；（2）有机化合物的光合细 菌（PSB）光分解法；（3）有机化合物的发酵制氢； （4）光合细菌和发酵细菌的耦合法制氢；（5）酶催 化法制氢。其中微型绿藻是索取氢能的最廉价途径。 另外充分利用有机垃圾或有机废水为原料也可生 产氢能源。 2、生物新材料 目前，世界上合成高分子材料的年产量已经超 过1.4亿吨，主要为石油化工材料。 与石油化工材料相比，生物材料具有可再生、 可生物降解、应用前景广阔的突出优点，但实现商 业化还需要在价格上形成竞争力。 目前已成功实现商业化的有Cargill Dow公司的 聚乳酸工厂和DuPont公司由1，3－丙二醇生产PTT的 工厂。这两项成果标志着用生物原料生产的生物材 料已经开始具备市场竞争优势（前者能耗降低30%～ 50%，后者降低25%）。 发酵法生产L-乳酸及聚乳酸技术 乳酸是一个有巨大潜力的产品，其未来的发展机 会在于其作为原料大规模地应用于如下方面：可生物 降解塑料、氧化化学品、绿色化学品和溶剂以及植物 生长调节剂等，预计作为这些应用的乳酸需求量将超 过200万吨/年。 主要科研单位：江苏省工业微生物研究所、天津市 工业微生物研究所、江南大学（原无锡轻工大学）、 南开大学、天津大学、上海工业微生物所等。 主要生产厂家：安徽丰原生物化学股份有限公司、 浙江海正制药集团公司等。 聚乳酸展望：由于乳酸在转化成乳酸聚合物方面存 在着许多技术上的困难，从而限制了乳酸的聚合应用 。建议今后应从应用代谢工程技术定向选育高产菌； 合理控制乳酸产品的构型；降低乳酸生产原料的成本 ；研究乳酸聚合方法等方面加速开发。 聚天门冬氨酸技术 聚天门冬氨酸（PASP）是一种聚羧酸，具有很好的 生物相容性及生物降解性，这些特点使PASP日用化学 品、在水处理、医药、及农业等领域可获得十分广泛 的应用。 （1）高吸水性树脂;(2)作为缓蚀剂、阻垢剂;(3)作 为农药、肥料，可促进植物生长。(4)作为分散剂，可 在颜料、涂料、无机化工、及油田化学等领域应用。 建立年产2000吨的聚天门冬氨酸的生产线（不包括 天门冬氨酸生产部分），总投资在1000万元左右。其 中设备投资700万元。产品价格3万元/吨，产值6000万 ，生产成本1.5万元/吨，年利税3000万元。 微生物合成聚羟基脂肪酸酯高分子材料 PHA--生物可降解塑料 ：PHA首先是作为一种由 微生物合成的性能类似于聚丙烯的可降解“塑料”而 引起人们关注的，所以它的应用范围包括与塑料有关 的领域，即可抛弃型的塑料用具，如包装膜，手袋， 容器等。 PHA在组织工程中的应用：原则上，PHA的各种物 理化学和生物性能能够满足多种人种组织器官的需求， 如：心血管系统、胃肠系统、肾脏、泌尿生殖系统、 牙齿与口腔、皮肤等等。 PHA—良好的手性化合物：PHA作为微生物合成的 胞内生物聚合物，其组成的单体都是具有手性的。在 制药、化妆品等行业得以应用。 二步发酵法生产1,3-丙二醇 用1,3-丙二醇（PDO）可以替代1,4-丁二醇和新戊 二醇等中间体用于生产聚酯。PDO还可作为有机溶剂应 用于油墨、印染、涂料、润滑剂、抗冻剂等行业。 Shell和杜邦正在就PTT的合成及下游产品开发进 行激烈的竞争，只对客户销售PTT，严格禁止任何客户 购买它们的PDO后用于PTT合成。 德国国家生物技术研究中心（GBF）、美国Dupont 等投入大量人力物力研究PDO的发酵生产技术。我国清 华大学、抚顺石化研究院等单位开展生物发酵法生产 PDO的研究，研究水平特别是中试水平已赶上甚至超过 国际先进水平。 3、开发新的生物药剂型产品 很多基因工程蛋白质等存在着药效期短、需重复给 药以及出现毒副作用的现象。化学修饰是解决这一问 题的有效手段，用聚合物微球、微囊进行控制释放和 定位给药是值得重视的领域。 4、动植物细胞培养及生产生物制品 利用动植物细胞大规模培养生产疫苗、单抗、激素 等各种疗效的药物、灵敏的诊断试剂及其他生物制品 ，已成为今后国内外生物高技术产品生产的重要发展 方向。 5、农产及天然生物工程产品 用工业生物技术技术通过大规模过程集成，使农业 、林业及其它可再生资源得以充分利用。首先在中草 药资源上，其次在天然产物的制备上，用层析、膜分 离等高效分离纯化技术取代某些落后工艺，对整个过 程进行优化，实现组分的综合利用。 6、木质纤维素生物转化产品 可再生性木质纤维素的有效开发和利用已被世界 发达国家列入跨世纪的战略性研究课题。应使纤维素、 半纤维素和木质素三组分得到生物量全利用，将生物 能源、生物有机肥、生物农药、生物饲料蛋白、微生 物饲料添加剂综合实施，形成生物质生态工业群。 7、生物催化合成手性化合物 利用生物催化合成化学品不但具有条件温和、转 化率高的优点，而且可以合成手性化合物及高分子。 应用手性技术最多的是制药领域，包括手性药物制剂 ，手性原料和手性中间体。 8、大力开发植物农药 用具有毒杀害虫和抑制病菌的植物作农药，是真 正的天然农药，而且具有较高的生物活性和选择性， 同时病虫兼治、成本低、无污染，是一类重要的生态 保护型农药。 微生物催化法生产丙烯酸 丙烯酸主要用于高吸水性树脂和丙烯酸丁酯两大 品种。特种丙烯酸酯类处于高速发展期，近年来年均 需求增速高达8%～10%。 利用生物催化剂来催化水解 丙烯腈生成丙烯酸，具有生产工艺简单，产品质量高 和环境污染少等优点。 年产1000吨规模经济分析： 生产装置投资：1000万元；土建：200万元；安装 ：300万元；不可预见费：200万元。 制造成本：1397万元；工厂成本： 1479.4万元。 经济分析:年产值：2000万元；年利税：520.6万 元。 此技术关键取决于丙烯酸的成本与售价。 发酵法生产透明质酸 透明质酸（HA）是一种高分子粘多糖，其分子量 在几十万到几百万之间。透明质酸亲和吸附的水分约 为其本身重量的1000倍，因而透明质酸是理想的保水 剂，有时又将其称为“天然保湿因子”。可用于化妆 品，用于现代眼科手术，用于作抗癌药物。 北京化工大学在1998年实现了发酵法生产HA工业化 ，并将HA成功地应用于其生产的各种化妆品和医药中 。在山东已建立发酵法HA生产装置。 本项目总投资450万元，其中设备投资300万元，流 动资金70万元，其他如厂房改建等80万元。年产透明 质酸2.5吨，以价格1.3万元/ 公斤计,年产值3250万元 。 发酵法生产天然β-胡萝卜素 天然β-胡萝卜素是具有重要生理功能的天然色素， 是合成维生素A的前体，同时具有防癌抗癌、防老抗衰、 防辐射及防治心血管疾病等功效。 全世界β-胡萝卜素的年需求量在1000吨左右，生 产方法分为植物提取法和发酵法两种。其中发酵法生 产不受环境条件等限制，是发展方向。在纽约市场上 合成β-胡萝卜素的价格仅为同规格天然品的三分之一 左右。 上海化工研究院利用其发酵设备及分离纯化后处 理的优势，于1994年开发此项目，后中试列入国家科 委九五攻关项目。该项目在菌种种子培养工艺、发酵 工艺及后提取工艺方面都有很大突破。 建设年产1.5吨规模的天然β-胡萝卜素生产装置 ，总建设投资估算为3000万元，产值约为3750万元， 投资利润超过40％。 酶法转化肉桂酸生产L-苯丙氨酸 L-苯丙氨酸是人体必需的八种氨基酸之一，是医 药输液制品和食品添加剂阿斯巴甜（APM）健康糖的必 需成分，也是抗癌药物的合成原料，同时在抗病毒新 药的开发应用上也引起重视。 近几年来，L-Phe的市场需求也相应增加，目前世 界市场上L-Phe的年需求量在3万吨，主要由美国孟山 都公司、日本味之素公司、韩国大象公司、德国迪高 萨公司等几家大公司生产，而我国98年以前所需的LPhe全部依赖进口。 中科院成都生物所开发的肉桂酸酶法转化生产L苯丙氨酸技术，已在浙江绍兴亚美工业生物技术有限 公司建设生产装置。 建设1000 t/a酶法转化肉桂酸生产L-苯丙氨酸并 联产500t/a阿斯巴甜装置，总投资估算为8776.4万元 人民币。建成投产后正常生产年份的销售收入为14750 万元，净利润为1256.9万元。 发酵法生产ε-聚赖氨酸 ε-聚赖氨酸是一种天然的微生物代谢产物，具有 特殊广谱抗菌作用。主要用于面点类、调味品、饮料 、海产品等食品的防腐保鲜。此外，还广泛应用于医 学和医药制造领域。 抗菌性强、安全无毒、水溶性好、热稳定性高的 天然食品防腐剂必将成为食品防腐的主角。ε-聚赖氨 酸的微生物发酵在日本已实现工业化，年销售量为 1000吨。但在国内还处于实验室阶段。 天津轻工大学主要技术指标：产酸率：8％～12％ ；ε-聚赖氨酸含量：98％；提取收率：60％。 本研究通过菌种的诱变筛选等工作，已经获得了 一株发酵水平不低于1g/L优良菌株，并且已建立了简 便、准确的检测方法与提取方案。 发酵法生产谷胱甘肽 谷胱甘肽（GSH）在医学、食品及化妆品方面有广 泛用途。 1、医学方面：⑴抗自由基；⑵解除外源有毒物质 ；⑶促进细胞合成蛋白质等。2、食品方面：作为功 能性食品添加剂、保鲜剂、抗氧化剂等。3、化妆品 ：可以增白，清除氧自由基。 全世界产量在150吨左右。国内需求10吨/年。3～ 5年内需求量100吨/年。国内目前主要依靠进口。 北京化工大学自1999年开始研究发酵法生产谷胱 甘肽，目前承担国家863项目“发酵法生产谷胱甘肽 “。已选育得到了谷胱甘肽高产菌株。 年产5吨谷胱甘肽，总投资500万元左右，包括设 备投资320万元，主要设备包括发酵罐10吨2个，空气 系统1套，真空冷冻干燥器，单级升膜真空浓缩机等 。 抗癌新秀——番茄红素的发酵生产 番茄红素是一个日益受到重视的植物化学品，作为 一种无毒、具有很强的抗氧化、防癌、抗癌、清除体 内有毒物质和活化免疫细胞的天然有营养色素，广泛 用于医药、食品、饮料、保健和高级化妆品等行业。 利用微生物是生产天然番茄红素的最重要的途径。 江苏省微生物研究所开发了发酵法生产天然番茄红素 项目，该技术为国内首创，处于国际领先水平，具备 了工业化生产的条件。 生产投资：总投资1500万元。其中设备投资1000万 元。主要原料：玉米淀粉、黄豆饼粉、玉米浆、无机 盐、微量元素。 年产番茄红素800kg，总投资1500万元，年产值可 达4000万元，总成本2006万元，税金680万元，年实现 纯利润1314万元。 9、石油领域生物化学品 随着“石油发酵”热潮兴起，以石油、天然气生产 ＳＣＰ得到大力开发，主要包括石蜡酵母、甲醇蛋白 、天然气蛋白等。人们还发现气态烯烃通过微生物酶 催化可生成环氧化物；某些微生物有合成乙烯能力； 微生物利用烃类可生产多种有机酸。 10、生物表面活性剂 生物表面活性剂由于具有无毒、生物降解性好等 优点，今后可能成为表面活性剂的升级换代产品。目 前已有糖脂、中性脂、脂肪酸、磷脂、多糖聚合物以 及全细胞表面本身等类型的生物表面活性剂。 11、油脂化学品 利用酶进行油脂化学品的加工，改善油脂的种类和品 质是生物技术的一个研究方向。如单甘油酯的酶法合 成，转化率可达90％以上，而传统化学法只有50％左 右。 六、我国工业生物技术产业发展存在的问题 1、对生物技术产业化缺乏足够的认识。 2、产业化程度低，许多科研成果尚未转化为生 产者力。 3、工业生物技术产品开发周期长、速度慢。 4、工业生物技术技术水平及装备水平还有待于 进一步提高。 5、缺少一支强大的工业生物技术企业队伍。 6、研究力量分布不均衡，企业参与研究开发的 力度不够。 7、产品为龙头的研发意识不够。 8、研发目的要以优化为主，规模第二，追求高 精尖、高回报意识不够。 9、对工业生物技术产品的开发投资不够，且投 资渠道单一，缺乏应有的经济支撑。 10、税收优惠和金融措施方面有待改善。 七、我国工业生物技术产业发展应采取的对策 1、重视下游开发和上下游的结合，优先发展支撑 技术体系。 2、发展工业生物技术产品要以市场为导向，努力 开拓适合市场需求的生化产品。 3、重视技术资金投入及企业在工业生物技术产业 发展中的作用。 4、加强对工业生物技术宏观管理和行业指导。 5、加强工业生物技术企业队伍建设，加速人才培 养，建立高效工业生物技术开发体系。 6、制定促进工业生物技术产业顺利发展的政策和 发展战略。 7、开展与国外的科技合作与交流。 8、建立合理的资金投入和融资方式。 9、扩大经济规模，提高竞争力。 10、加强知识产权保护。