我國(guó)酶制劑產(chǎn)量大，但技術(shù)水平仍需提高

生物制造產(chǎn)業(yè)亟待增強(qiáng)版“芯片”

從統(tǒng)計(jì)數(shù)字上看，我國(guó)酶制劑在產(chǎn)量和消費(fèi)量上增長(zhǎng)都很快，但是由于我國(guó)整體市場(chǎng)體量非常大，因此還有非常大的提升空間。

孫周通

中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所研究員

近日，在科技部生物中心組織開(kāi)展的“綠色生物制造”重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)2020年度申報(bào)項(xiàng)目答辯評(píng)審中，6大任務(wù)之一的“工業(yè)酶創(chuàng)制與應(yīng)用”，受到業(yè)內(nèi)普遍關(guān)注。

“工業(yè)酶制劑是工業(yè)生物技術(shù)中比較成熟且有潛力的核心產(chǎn)業(yè)，具有數(shù)十倍甚至上百倍的下游市場(chǎng)放大效應(yīng)，因此被譽(yù)為生物制造產(chǎn)業(yè)的‘芯片’。”中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所孫周通研究員5月17日接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)表示，目前，我國(guó)已經(jīng)進(jìn)入全球酶制劑生產(chǎn)大國(guó)行列，產(chǎn)量提升了，但在性能方面仍與世界水平存在一定差距。未來(lái)我國(guó)從酶制劑生產(chǎn)大國(guó)向強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)，還需要擁有更多自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新成果。

酶制劑應(yīng)用范圍越來(lái)越廣

據(jù)孫周通介紹，工業(yè)酶制劑是酶經(jīng)過(guò)加工復(fù)配后的具有催化功能的生物制品，主要用于催化不同應(yīng)用場(chǎng)景下的各種化學(xué)反應(yīng)。目前全球已報(bào)道發(fā)現(xiàn)的酶類(lèi)有3000多種，實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)的酶制劑有60多種。

工業(yè)酶制劑具有催化效率高、專(zhuān)一性好、反應(yīng)條件溫和、能耗低、化學(xué)污染較少等特點(diǎn)，因此其應(yīng)用“朋友圈”不斷擴(kuò)大，被廣泛應(yīng)用于洗滌、紡織、飼料、食品、果汁加工、乳制品、皮革、造紙、醫(yī)藥、化工等行業(yè)，并且應(yīng)用技術(shù)水平也不斷提高。

“在我國(guó)，酶制劑應(yīng)用最廣的行業(yè)就是食品工業(yè)。食用酶制劑的應(yīng)用可以達(dá)到80%，排在世界首位。”孫周通介紹，目前中國(guó)已批準(zhǔn)使用于食品工業(yè)的酶制劑達(dá)50多種。比如淀粉的深加工，將α-淀粉酶、糖化酶和葡萄糖異構(gòu)酶順序作用于淀粉，就可以生產(chǎn)出蔗糖的替代品——高果糖漿。

此外酶制劑還廣泛應(yīng)用于釀酒工業(yè)。“酶制劑用于釀酒，可以提高出酒率、生產(chǎn)效率，酒的風(fēng)味和質(zhì)量也明顯提高。”孫周通表示，比如葡萄酒中芳香化合物萜烯與糖結(jié)合，會(huì)影響葡萄酒香氣，而萜烯從糖中游離出來(lái)就能揮發(fā)出香氣。用β-葡萄糖苷酶作用于各種萜烯葡萄糖苷，能使萜烯游離，強(qiáng)化葡萄酒的香氣。

在紡織行業(yè)中的一些工藝也會(huì)應(yīng)用到酶制劑，比如棉和合成纖維等織物的經(jīng)紗在織造前大都先經(jīng)過(guò)漿紗處理，漿料在染制過(guò)程中會(huì)影響織物的濕潤(rùn)性，并阻礙化學(xué)品對(duì)纖維的接觸，因此織物要經(jīng)過(guò)退漿過(guò)程。傳統(tǒng)退漿工藝都是用酸堿，而采用淀粉酶進(jìn)行退漿，可以改性漂白，使織物更加柔軟。

隨著環(huán)境和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需求，動(dòng)物飼料領(lǐng)域刺激著全球酶制劑市場(chǎng)需求增長(zhǎng)。“在我國(guó)，對(duì)飼用酶制劑的需求也明顯增多。特別是2020年我國(guó)飼料全面禁止添加抗生素后，很多抗生素都將由酶替代。”孫周通介紹，用木聚糖酶、植酸酶、葡萄糖氧化酶等處理過(guò)的飼料，不僅能提高飼料營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，還能起到抗病、防病的效果。

我國(guó)酶制劑產(chǎn)量和消費(fèi)量快速增長(zhǎng)

根據(jù)新思界產(chǎn)業(yè)研究中心發(fā)布的《2018—2022年中國(guó)酶制劑行業(yè)發(fā)展前景及投資風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避建議報(bào)告》，我國(guó)酶制劑行業(yè)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期不斷發(fā)展，現(xiàn)階段已經(jīng)能夠規(guī)?；a(chǎn)的酶制劑種類(lèi)有30多種。2017年，我國(guó)酶制劑產(chǎn)量達(dá)到135萬(wàn)標(biāo)準(zhǔn)噸，2013年—2017年我國(guó)酶制劑年復(fù)合增長(zhǎng)率為10%，我國(guó)酶制劑市場(chǎng)消費(fèi)量在全球總量中的占比為9%以上。

“從統(tǒng)計(jì)數(shù)字上看，我國(guó)酶制劑在產(chǎn)量和消費(fèi)量上增長(zhǎng)都很快，但是由于我國(guó)整體市場(chǎng)體量非常大，因此還有非常大的提升空間。”孫周通認(rèn)為。

令人感到欣喜的是，我國(guó)酶制劑市場(chǎng)份額在全球的比重已由“十二五”初期的不足10%提升到現(xiàn)在的近30%，產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力大幅提升，涌現(xiàn)出一批具有競(jìng)爭(zhēng)力的本土酶制劑生產(chǎn)企業(yè)，比如武漢新華揚(yáng)、廣州溢多利、山東隆大、青島蔚藍(lán)等。

在飼用酶制劑領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)酶制劑的研發(fā)水平和發(fā)酵工藝不斷提高，生產(chǎn)成本持續(xù)降低，飼用酶制劑不但完成進(jìn)口替代，占領(lǐng)了大部分國(guó)內(nèi)市場(chǎng)份額，而且成為少數(shù)幾個(gè)出口創(chuàng)匯的飼料添加劑品種之一。

據(jù)了解，像溢多利這樣的龍頭企業(yè)，目前在海外市場(chǎng)已取得20個(gè)國(guó)家官方產(chǎn)品注冊(cè)，銷(xiāo)售網(wǎng)絡(luò)遍布泰國(guó)、越南、馬來(lái)西亞等60多個(gè)國(guó)家和地區(qū)，在全球各地共取得了18項(xiàng)產(chǎn)品認(rèn)證。

“盡管在飼用酶制劑方面我國(guó)取得了一定突破，但我國(guó)大多數(shù)酶制劑都存在產(chǎn)量雖多產(chǎn)品卻不強(qiáng)的問(wèn)題。”孫周通解釋?zhuān)?ldquo;雖然我國(guó)通過(guò)近幾十年的發(fā)展，解決了很多酶制劑從無(wú)到有的問(wèn)題，但產(chǎn)品的性能卻仍有待提高。比如耐高溫淀粉酶國(guó)產(chǎn)每毫升效價(jià)1萬(wàn)個(gè)單位，國(guó)際水平是3萬(wàn)個(gè)單位;堿性蛋白酶，國(guó)產(chǎn)每毫升效價(jià)20萬(wàn)個(gè)單位，國(guó)際水平是40萬(wàn)個(gè)單位，性能差距還是相當(dāng)明顯。”

產(chǎn)品性能差的直接后果就是，國(guó)產(chǎn)酶制劑企業(yè)成本高利潤(rùn)低。數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)酶制劑制造成本占銷(xiāo)售額的70%—80%，而國(guó)外僅占30%—35%，企業(yè)利潤(rùn)率低于外企的2—4倍，使國(guó)產(chǎn)酶制劑整體競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)變小。

提高行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力要靠技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新

“要想提高我國(guó)酶制劑的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新要跟上，要擁有更多自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新技術(shù)。”孫周通認(rèn)為，如果菌種和表達(dá)系統(tǒng)一味依賴(lài)進(jìn)口走捷徑，隨著國(guó)外對(duì)性能優(yōu)良的酶編碼基因、高效表達(dá)體系及綠色應(yīng)用工藝陸續(xù)申請(qǐng)專(zhuān)利保護(hù)，我國(guó)面臨的知識(shí)產(chǎn)權(quán)風(fēng)險(xiǎn)堪憂(yōu)。

目前我國(guó)在酶制劑方面的創(chuàng)新研究主要圍繞著提高酶制劑催化性能和高效表達(dá)系統(tǒng)這兩個(gè)問(wèn)題展開(kāi)。

孫周通介紹，提高效價(jià)就是提高酶的催化性能，通過(guò)在大自然中篩選和基于對(duì)大數(shù)據(jù)的挖掘，尋找更加高效的酶，或者通過(guò)對(duì)酶進(jìn)行改造，以提高它們的性能。“獲得催化性能高的酶后，還需要通過(guò)工業(yè)化生產(chǎn)出來(lái)，因此高效表達(dá)系統(tǒng)的構(gòu)建也至關(guān)重要。”孫周通說(shuō)，通用性強(qiáng)的規(guī)模表達(dá)體系被國(guó)際大型公司視為核心競(jìng)爭(zhēng)力，這也是我們工業(yè)界需要解決的重要問(wèn)題。

近幾年，隨著我國(guó)在創(chuàng)新研究方面的投入，工業(yè)酶制劑領(lǐng)域也取得了不少創(chuàng)新成果。比如中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所姚斌研究員團(tuán)隊(duì)建立了完整的飼用酶基礎(chǔ)研究和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)技術(shù)平臺(tái)，解決了飼用酶性能、成本、知識(shí)產(chǎn)權(quán)和可持續(xù)研發(fā)等瓶頸問(wèn)題，使我國(guó)飼用酶迅速發(fā)展成為一個(gè)具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的研究領(lǐng)域和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益顯著的新型產(chǎn)業(yè)。

“在某些領(lǐng)域的酶制劑取得突破，讓我們看到了希望，但我國(guó)酶制劑行業(yè)起步較晚，研發(fā)技術(shù)水平、經(jīng)驗(yàn)積累、研發(fā)資金投入以及生產(chǎn)設(shè)備等方面均有不足，制約了我國(guó)酶制劑行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。”孫周通表示，下一步，我國(guó)要針對(duì)國(guó)內(nèi)所需的重要酶種，比如液態(tài)酶制劑、蛋白酶等繼續(xù)加強(qiáng)新技術(shù)研發(fā)力度，解決工業(yè)酶性能改造、低成本生產(chǎn)和應(yīng)用開(kāi)發(fā)等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。同時(shí)，我國(guó)酶制劑本土企業(yè)也需加大研發(fā)投入，努力發(fā)展具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新技術(shù)，調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

孫周通最后強(qiáng)調(diào)，提升行業(yè)整體技術(shù)水平、提高國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力是我國(guó)酶制劑行業(yè)未來(lái)發(fā)展的重點(diǎn)。

(記者 陳曦)