欧洲《工业生物技术 2025 远景规划》提出向生物技术型社会华丽转身,力争于 2025 年实现生物基化学品替代传统化学品 10%~20%,其中化工原料替代 6%~12%,精细化学品替代 30%~60%。世界经合组织(OECD)预测至 2030年,将有 35%的化学品和其它工业产品来自生物制造,生物制造在生物经济中的贡献率将达到 39%,超过生物农业(36%)和生物医药(25%),且将有 25%有机化学品和 20%的化石燃料由生物基化产品取代,基于可再生资源的生物经济形态终将形成。
生物制造产业的核心技术即合成生物技术,是在工程学思想的指导下,利用基因组测序、生物工程、化学合成和计算机模拟等技术进行生命设计与合成再造,开创了全新的科学研究模式。
在生物制造产业化阶段,由于微生物细胞或酶的原有生物系统限制,工业化生产过程中往往会遇到许多技术瓶颈。在合成生物学的基础上,研发人员可以利用基因合成、基因编辑、途径组装与优化、细胞全局优化等技术,创建全新的细胞工厂,突破原有生物系统的限制,创造出更加符合产业化的新型生物系统,加速科技成果的工业化进程。
随着合成生物学等的不断进步,生物制造产业的关键核心技术不断取得突破,部分生物制造技术已经实现工业化与产业化。
未来,随着合成生物学等新技术的迅速突破,其将进一步与生物制造产业渗透融合,成为生物科技领域基础研究转化为实际社会经济效益的关键科学技术,为生物制造行业带来全新的发展机遇。
2、氨基酸行业概况
氨基酸是含氨基和羧基的一类有机化合物的统称,是构成蛋白质大分子的基础结构,几乎一切生命活动都与之有关,广泛应用于医药、农业、保健、食品、饲料、化妆品等领域。
随着全球经济的发展和健康需求的增长,氨基酸的工业生产规模越来越大,质量要求越来越高、品种越来越丰富。世界氨基酸工业从二十世纪初以来先后经历了蛋白质水解抽提法、化学合成法、酶法和生物发酵法等氨基酸生产方法。
蛋白质水解法是最传统的氨基酸生产方法,从 1910 年日本味之素公司采用酸水解大豆蛋白提取谷氨酸开始,到 1957年发酵法生产谷氨酸成功前,几乎全部氨基酸产品都是采用蛋白质水解抽提法制备的;20 世纪 50 年代,随着石油化工业的发展,化学合成法逐步兴起并形成了大规模产业;酶法生产氨基酸始于 20 世纪 70 年代,日本 1973 年用固定化菌体成功进行了 L-天冬氨酸的生产,开创了应用酶法生产氨基酸的先例;发酵法生产氨基酸始于 20 世纪 50 年代,日本于 1956 年成功分离谷氨酸棒状杆菌,并于次年成功利用发酵法生产谷氨酸。
目前,全世界氨基酸年度总产量超过 800 万吨,年复合增长率为 5.6%,近年来全球氨基酸市场需求保持着稳定增长的态势,预计到 2022 年全球氨基酸总销量将达到 1,105 万吨,市场规模达到 354 亿美元。
我国现已成为氨基酸产品的“世界工厂”,大部分氨基酸品种可以实现自给自足,同时氨基酸出口量也在不断增长,主要出口地区包括亚、欧、北美三大洲,分别占据出口总额的 40%、25%和 15%左右。我国的氨基酸产业虽然起步较晚,但发展速度迅猛,现已成为世界氨基酸生产和出口大国。
我国生产的氨基酸主要包括如谷氨酸、赖氨酸、蛋氨酸和苏氨酸等处于稳定增长期的大品种氨基酸,以及如丙氨酸、缬氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、异亮氨酸等处于快速成长期的小品种氨基酸。