第45卷第3期 工业微生物 Vol.45 No.3 2015年6月 Industrial Microbiology Jum.2015 doi:10.3969/j.issn.1001-6678.2015.03.011 我国生物发酵产业发展现状及发展趋势 卢涛，关丹，胡修玉，冯志合，石维忱 中国生物发酵产业协会，北京100833 摘要：持续的科技进步和技术创新使得生物发酵产业在世界上的地位不断巩固和提升，作为国 家战略性新兴产业的重要部分，生物发酵产业不仅为食品工业做出了重要贡献，也为饲料、医药、纺 织、造纸、能源等提供了有力支撑，同时延伸了农产品加工产业链，提高了农产品的附加值，凸显出 多方共赢的显著成效。本文主要从生物发酵产业的现状、技术水平、存在问题及未来发展趋势进行 简要阐述和分析。 关键词：生物发酵；氨基酸；有机酸；淀粉糖；酶制剂 近几世纪，资源的过度开采及利用，使得资源枯 1400r 竭、生态恶化、环境污染严重，不但阻碍了社会经济 1200 +氨基酸 的可持续性发展，也直接威胁了人类的生存。因此， 1000F 有机酸 高效率、低能耗、低污染的加工及生产方式逐步受到 淀粉糖 800 一 多元醇 高度的重视和应用，生物发酵便是重要的手段之一。 酶制剂 生物发酵产业作为高新技术产业，转变了传统 600 ·一酵母 ·功能发酵制品 工业高污染、高耗能的生产模式，将发酵技术和现代 400 生物技术的结合，以含淀粉（或糖类）的农副产品为 200 主要原料，采用生物细胞或酶的生物催化功能，进行 2011 2012 2013 2014 大规模的物质加工与转化，用来生产高附加值产品， 年份/年 它是生物制造领域的重要组成部分。近几年，生物 发酵产业涉及的领域逐步扩大，包括有机酸、氨基 图12011年~2014年生物发酵产业 酸、淀粉糖、酶制剂、酵母、多元醇、多功能生物制品、 主要产品产量趋势 生物医药、造纸、新能源等等。 目前，生物发酵产业的的主要产品仍以味精、赖 12011年~2014年生物发酵主要产品概况 氨酸、柠檬酸、淀粉糖（醇）等产品为主，产量较大。 但由于供需矛盾依旧存在，主要产品产量基本保持 1.1产量稳定、品种增加 稳定，没有出现“十一五”时期的大幅增长态势。同 2011年~2014年，我国生物发酵工业主要产品 时，由于传统大宗产品市场已经饱和，大部分企业已 的总产量基本保持稳定，平均年增长率为2.8%。 经开始研发新产品或转型生产小品种氨基酸、药用 2014年生物发酵行业主要产品总产量为2420万 制剂、新型酶制剂、食品级氨基酸等，以延伸产业链， 吨，同比下降约0.4%；工业总产值2780亿元，同比 提高综合利用水平，创造新的经济增长点。 增长约0.7%。2011年~2014年生物发酵主要产品 1.2进出口增幅放缓 产量趋势详见图1、主要产品总产量及工业总产值 2011年~2014年，我国发酵行业主要产品的出 详见图2。 口情况基本保持稳定，出口产品总量年均增长率为 作者简介：卢涛(1983~)，男，本科，主要研究方向为生物发酵产业发展状况。E-mail:t_cfa@163.com。 一62一
第４５卷第３期 ２０１５年６月 工业微生物 Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ Ｖｏｌ． ４５ Ｎｏ． ３ Ｊｕｎ． ２０１５ ｄｏｉ：１０． ３９６９ ／ ｊ． ｉｓｓｎ． １００１ － ６６７８． ２０１５． ０３． ０１１ 作者简介：卢涛（１９８３ ～ ），男，本科，主要研究方向为生物发酵产业发展状况。Ｅｍａｉｌ：ｌｔ＿ｃｆｉａ＠ １６３． ｃｏｍ。 我国生物发酵产业发展现状及发展趋势 卢涛， 关丹， 胡修玉， 冯志合， 石维忱 中国生物发酵产业协会，北京１００８３３ 摘要：持续的科技进步和技术创新使得生物发酵产业在世界上的地位不断巩固和提升，作为国 家战略性新兴产业的重要部分，生物发酵产业不仅为食品工业做出了重要贡献，也为饲料、医药、纺 织、造纸、能源等提供了有力支撑，同时延伸了农产品加工产业链，提高了农产品的附加值，凸显出 多方共赢的显著成效。本文主要从生物发酵产业的现状、技术水平、存在问题及未来发展趋势进行 简要阐述和分析。 关键词：生物发酵；氨基酸；有机酸；淀粉糖；酶制剂 近几世纪，资源的过度开采及利用，使得资源枯 竭、生态恶化、环境污染严重，不但阻碍了社会经济 的可持续性发展，也直接威胁了人类的生存。因此， 高效率、低能耗、低污染的加工及生产方式逐步受到 高度的重视和应用，生物发酵便是重要的手段之一。 生物发酵产业作为高新技术产业，转变了传统 工业高污染、高耗能的生产模式，将发酵技术和现代 生物技术的结合，以含淀粉（或糖类）的农副产品为 主要原料，采用生物细胞或酶的生物催化功能，进行 大规模的物质加工与转化，用来生产高附加值产品， 它是生物制造领域的重要组成部分。近几年，生物 发酵产业涉及的领域逐步扩大，包括有机酸、氨基 酸、淀粉糖、酶制剂、酵母、多元醇、多功能生物制品、 生物医药、造纸、新能源等等。 １ ２０１１年～ ２０１４年生物发酵主要产品概况 １． １ 产量稳定、品种增加 ２０１１年～ ２０１４年，我国生物发酵工业主要产品 的总产量基本保持稳定，平均年增长率为２． ８％ 。 ２０１４年生物发酵行业主要产品总产量为２ ４２０ 万 吨，同比下降约０． ４％ ；工业总产值２ ７８０亿元，同比 增长约０． ７％ 。２０１１ 年～ ２０１４ 年生物发酵主要产品 产量趋势详见图１、主要产品总产量及工业总产值 详见图２。 图１ ２０１１年～ ２０１４年生物发酵产业 主要产品产量趋势 目前，生物发酵产业的的主要产品仍以味精、赖 氨酸、柠檬酸、淀粉糖（醇）等产品为主，产量较大。 但由于供需矛盾依旧存在，主要产品产量基本保持 稳定，没有出现“十一五”时期的大幅增长态势。同 时，由于传统大宗产品市场已经饱和，大部分企业已 经开始研发新产品或转型生产小品种氨基酸、药用 制剂、新型酶制剂、食品级氨基酸等，以延伸产业链， 提高综合利用水平，创造新的经济增长点。 １． ２ 进出口增幅放缓 ２０１１年～ ２０１４年，我国发酵行业主要产品的出 口情况基本保持稳定，出口产品总量年均增长率为 —６２ —
第3期 卢涛等：我国生物发酵产业发展现状及发展趋势 第45卷 口主要产品总产量（万吨） 5.8%,出口额年平均增长率为2.3%。2014年，我 3000r ■工业总产值（亿元） 国发酵行业主要产品出口量为350万吨，同比增长 2500 2.6%;出口总额达43亿美元，同比增长3.0%。受 2000 国际经济形势及市场饱和的影响，出口幅度放缓，但 1500 较之“十一五”时期，总量仍是有较大幅度的提升。 2011年~2014年，我国发酵行业主要产品的进 1000F 口情况无较大波动，进口产品总量年均增长率为 500F 7.3%,进口额年平均增长率为3.3%。2014年，我 国发酵行业主要产品进口量为79万吨，同比增长 2011 20122013 2014 年份/年 12.3%;进口总额达12.9美元，同比增长8.1%。 1.3产业集中度增强 图22011年~2014年生物发酵产业 “十二五”时期，受产能过剩、原辅材料价格飙 主要产品总产量及产值 400厂口出口量（万吨）画出口额（亿美元）口进口量（万吨）口进口额（亿美元） 350 300 250 200 100 2011 2012 2013 2014 图32011年~2014年生物发酵产业主要产品总进口量/额、出口量/额情况 升、环保要求提高等一系列因素的制约，生物发酵行 2 我国生物发酵产业技术现状 业的发展受到了一定程度的影响，企业盈利空间进 一步压缩。少部分企业停产、转产，大部分企业根据 生物发酵技术是现代生物学、化学、工程科学的 市场情况调整产量，企业的生产基地逐步向原料供 完美交叉。它利用一切微生物的代谢作用，通过现 应地及能源价格较低、运输方便的地区，甚至是国外 代工程技术手段把微生物细胞或其酶直接应用于生 转移，同时，开创了企业之间的兼并重组及相互合作 物反应器中，利用再生资源进行有用物质生产和社 的局面。 会服务的技术。随着基因组学、蛋白质组学等生物 技术的飞速发展，生物发酵技术作为生物技术的一 表1发酵行业产业集中度情况 个重要分支，已经渗透到农业、食品、医药、化学品、 行业 产能 企业个数 产量占总产量比例/% 能源、材料等许多领域，生物发酵产业的技术水平逐 味精行业 10万吨以上 o 90 年提高，部分生产技术属于世界领先水平。 赖氨酸行业 10万吨以上 4 65 2.1氨基酸行业 柠檬酸行业 6万吨以上 6 90 乳酸行业 2万吨以上 75 近年来，氨基酸产业在菌种改造、优化生产工 淀粉糖行业 20万吨以上 16 80 艺、延伸产业链、提高综合利用水平方面取得了一定 酵母行业 4万吨以上 3 70 的成绩。我国目前除L-组氨酸，部分L亮氨酸和L 半胱氨酸等用提取法生产，L-丝氨酸和部分L-半胱 氨酸由酶法提取生产外，其他的氨基酸产品均由发 63
图２ ２０１１年～ ２０１４年生物发酵产业 主要产品总产量及产值 ５． ８％ ，出口额年平均增长率为２． ３％ 。２０１４ 年，我 国发酵行业主要产品出口量为３５０ 万吨，同比增长 ２． ６％ ；出口总额达４３ 亿美元，同比增长３． ０％ 。受 国际经济形势及市场饱和的影响，出口幅度放缓，但 较之“十一五”时期，总量仍是有较大幅度的提升。 ２０１１年～ ２０１４年，我国发酵行业主要产品的进 口情况无较大波动，进口产品总量年均增长率为 ７． ３％ ，进口额年平均增长率为３． ３％ 。２０１４ 年，我 国发酵行业主要产品进口量为７９ 万吨，同比增长 １２． ３％ ；进口总额达１２． ９美元，同比增长８． １％ 。 １． ３ 产业集中度增强 “十二五”时期，受产能过剩、原辅材料价格飙 图３ ２０１１年～ ２０１４年生物发酵产业主要产品总进口量／额、出口量／额情况 升、环保要求提高等一系列因素的制约，生物发酵行 业的发展受到了一定程度的影响，企业盈利空间进 一步压缩。少部分企业停产、转产，大部分企业根据 市场情况调整产量，企业的生产基地逐步向原料供 应地及能源价格较低、运输方便的地区，甚至是国外 转移，同时，开创了企业之间的兼并重组及相互合作 的局面。 表１ 发酵行业产业集中度情况 行业 产能 企业个数 产量占总产量比例／ ％ 味精行业 １０万吨以上 １０ ９０ 赖氨酸行业 １０万吨以上 ４ ６５ 柠檬酸行业 ６万吨以上 ６ ９０ 乳酸行业 ２万吨以上 ２ ７５ 淀粉糖行业 ２０万吨以上 １６ ８０ 酵母行业 ４万吨以上 ３ ７０ ２ 我国生物发酵产业技术现状 生物发酵技术是现代生物学、化学、工程科学的 完美交叉。它利用一切微生物的代谢作用，通过现 代工程技术手段把微生物细胞或其酶直接应用于生 物反应器中，利用再生资源进行有用物质生产和社 会服务的技术。随着基因组学、蛋白质组学等生物 技术的飞速发展，生物发酵技术作为生物技术的一 个重要分支，已经渗透到农业、食品、医药、化学品、 能源、材料等许多领域，生物发酵产业的技术水平逐 年提高，部分生产技术属于世界领先水平。 ２． １ 氨基酸行业 近年来，氨基酸产业在菌种改造、优化生产工 艺、延伸产业链、提高综合利用水平方面取得了一定 的成绩。我国目前除Ｌ组氨酸，部分Ｌ亮氨酸和Ｌ 半胱氨酸等用提取法生产，Ｌ丝氨酸和部分Ｌ半胱 氨酸由酶法提取生产外，其他的氨基酸产品均由发 —６３ — 第３期 卢涛等：我国生物发酵产业发展现状及发展趋势 第４５卷
第3期 工 业微生物 第45卷 酵法来生产。 提升，使得蒸汽单耗降低较多：采用了新型的空气压 表2我国主要氨基酸产品水平 缩机和大型发酵设备，大大降低电耗。 品种 产酸水平/(gL) 转化率/% 提取收率/% 表3我国衣康酸生产水平对比表 MSG 160-180 67 88 “十一五”时期 目前平均水平 L-Lysine 180-120 ≥65 90 衣康酸产量/(g/L) 71.5 86.0 L-Threonine 110-120 ≥58 88 钠酸转化率/% 63 68 L-Phenylalanine 60-65 25 80 电单耗/(kW·h/n) 1200 800 L-Valine 50-55 ≥26 78 蒸汽单耗/(/) 11 6 L-Isoleucine 25-30 12 60 主要原料单耗/(/1) 2.1 1.9 L-Leucine 30-45 20 75 L-Arginine 55-65 ≥25 70 表4我国葡萄糖酸钠生产水平对比表 L-Proline 70-75 35 80 “十一五”时期 目前平均水平 L-Tryptophan 40-45 15 70 降糖速率/[g(L·)】 9.3 12 转化率/% 107 109 以谷氨酸钠生产为例，经过多年菌种改造的研 电单耗/(kW·h/n) 600 400 发及应用推广，目前生物素亚适量谷氨酸发酵生产 蒸汽单耗/() 5 2.0 菌株90%已经被温度敏感型工程菌种所替代，大大 主要原料单耗/(/) 1.12 1.08 提高了产酸水平。同时，阶梯式水循环利用及中水 2.3淀粉糖（醇）行业 回用节水技术、谷氨酸连续等电与两段法结晶新工 我国淀粉糖（醇）近几年在产量增长的同时，企 艺、谷氨酸发酵废液造粒烟气治理关键技术等在节 业对产品质量安全和技术、装备有了更高的要求，更 能减排、循环利用等多方面的技术突破，为整个传统 加重视清洁生产和循环经济的开展，积极进行技术 大宗生物发酵产业的良性发展起到了良好推进作 创新和改造，在提升产品质量、提高资源利用率、节 用。 能降耗等方面取得了较大进步：如工艺控制引进自 2.2有机酸行业 动控制技术，采用更加高效的酶制剂提高原料转化 近几年，有机酸行业在提升发酵指标、降低能 水平，引进高效的喷射液化、模拟移动床色谱分离、 耗、清洁生产、降低污染方面取得了突出的成绩。中 蒸汽机械再压缩等技术装备实现节能降耗，进行节 粮生化研发的柠檬酸生产工艺一氢钙法，已被全 水技术改造提高水循环利用率等，这些使行业的整 行业普遍采用来代替传统的钙盐法，氢钙法较钙盐 体水平上了一个新台阶。 法生产的柠檬酸，吨产品浓硫酸和石灰石粉等原料 西王集团公司同山东大学共同研究的烷基多糖 消耗可减少40%，柠檬酸提纯收率可达到95%。生 苷生产工艺、同中国农业大学联合开展的葡萄糖酸 产过程产生高浓度有机废水，其治理工艺采用厌氧 工艺研究项目、同北京化工学院进行的玉米胚芽活 +好氧生化处理模式，厌氧产生的沼气经净化用于 性蛋白肽的研究、同陕西科技大学开展的葡萄糖醛 发电，同时回收低压蒸汽。废水治理过程重要副产 酸内酯的研究，及研发的新型糖源一结晶果糖、结晶 品一厌氧颗粒污泥，因为其较高的生化性能和对 果葡糖生产关键技术等，均打破了国外的技术垄断。 多种高浓废水的适应能力，成为其他行业废水处理 淀粉糖生产中采用的连续喷射液化酶法生产技 的首选菌种，市场十分紧俏。 术，不仅液化彻底，糖收率高，而且解决了酶法制糖 因目前衣康酸的工业化生产主要集中在国内， 最大的难题一过滤问题。采用高效酶制剂，提高 所以国外水平报道较少；衣康酸及葡萄糖酸钠产品 原料转化水平，降低生产成本，并减少废水排放。采 企业采用的新型设备主要借鉴于柠檬酸行业，由原 用的连续糖离交工艺，树脂可节省30%~40%，酸 来的单效、双效蒸发器更新到现在的三效、四效、五 碱节省30%~40%。以精制糖化液为原料，经过顺 效TVR或MVR等新型蒸发设备，由于蒸发技术的 序式模拟移动床色谱分离提纯，可使葡萄糖纯度由 一64-
酵法来生产。 表２ 我国主要氨基酸产品水平 品种 产酸水平／（ｇ ／ Ｌ） 转化率／ ％ 提取收率／ ％ ＭＳＧ １６０ ～ １８０ ≥６７ ８８ ＬＬｙｓｉｎｅ １８０ ～ １２０ ≥６５ ９０ ＬＴｈｒｅｏｎｉｎｅ １１０ ～ １２０ ≥５８ ８８ ＬＰｈｅｎｙｌａｌａｎｉｎｅ ６０ ～ ６５ ≥２５ ８０ ＬＶａｌｉｎｅ ５０ ～ ５５ ≥２６ ７８ ＬＩｓｏｌｅｕｃｉｎｅ ２５ ～ ３０ ≥１２ ６０ ＬＬｅｕｃｉｎｅ ３０ ～ ４５ ≥２０ ７５ ＬＡｒｇｉｎｉｎｅ ５５ ～ ６５ ≥２５ ７０ ＬＰｒｏｌｉｎｅ ７０ ～ ７５ ≥３５ ８０ ＬＴｒｙｐｔｏｐｈａｎ ４０ ～ ４５ ≥１５ ７０ 以谷氨酸钠生产为例，经过多年菌种改造的研 发及应用推广，目前生物素亚适量谷氨酸发酵生产 菌株９０％已经被温度敏感型工程菌种所替代，大大 提高了产酸水平。同时，阶梯式水循环利用及中水 回用节水技术、谷氨酸连续等电与两段法结晶新工 艺、谷氨酸发酵废液造粒烟气治理关键技术等在节 能减排、循环利用等多方面的技术突破，为整个传统 大宗生物发酵产业的良性发展起到了良好推进作 用。 ２． ２ 有机酸行业 近几年，有机酸行业在提升发酵指标、降低能 耗、清洁生产、降低污染方面取得了突出的成绩。中 粮生化研发的柠檬酸生产工艺———氢钙法，已被全 行业普遍采用来代替传统的钙盐法，氢钙法较钙盐 法生产的柠檬酸，吨产品浓硫酸和石灰石粉等原料 消耗可减少４０％ ，柠檬酸提纯收率可达到９５％ 。生 产过程产生高浓度有机废水，其治理工艺采用厌氧 ＋好氧生化处理模式，厌氧产生的沼气经净化用于 发电，同时回收低压蒸汽。废水治理过程重要副产 品———厌氧颗粒污泥，因为其较高的生化性能和对 多种高浓废水的适应能力，成为其他行业废水处理 的首选菌种，市场十分紧俏。 因目前衣康酸的工业化生产主要集中在国内， 所以国外水平报道较少；衣康酸及葡萄糖酸钠产品 企业采用的新型设备主要借鉴于柠檬酸行业，由原 来的单效、双效蒸发器更新到现在的三效、四效、五 效ＴＶＲ或ＭＶＲ等新型蒸发设备，由于蒸发技术的 提升，使得蒸汽单耗降低较多；采用了新型的空气压 缩机和大型发酵设备，大大降低电耗。 表３ 我国衣康酸生产水平对比表 “十一五”时期 目前平均水平 衣康酸产量／（ｇ ／ Ｌ） ７１． ５ ８６． ０ 糖酸转化率／ ％ ６３ ６８ 电单耗／（ｋＷ·ｈ ／ ｔ） １ ２００ ８００ 蒸汽单耗／（ｔ ／ ｔ） １１ ６ 主要原料单耗／（ｔ ／ ｔ） ２． １ １． ９ 表４ 我国葡萄糖酸钠生产水平对比表 “十一五”时期 目前平均水平 降糖速率／［ｇ ／（Ｌ·ｈ）］ ９． ３ １２ 转化率／ ％ １０７ １０９ 电单耗／（ｋＷ·ｈ ／ ｔ） ６００ ４００ 蒸汽单耗／（ｔ ／ ｔ） ５ ２． ０ 主要原料单耗／（ｔ ／ ｔ） １． １２ １． ０８ ２． ３ 淀粉糖（醇）行业 我国淀粉糖（醇）近几年在产量增长的同时，企 业对产品质量安全和技术、装备有了更高的要求，更 加重视清洁生产和循环经济的开展，积极进行技术 创新和改造，在提升产品质量、提高资源利用率、节 能降耗等方面取得了较大进步：如工艺控制引进自 动控制技术，采用更加高效的酶制剂提高原料转化 水平，引进高效的喷射液化、模拟移动床色谱分离、 蒸汽机械再压缩等技术装备实现节能降耗，进行节 水技术改造提高水循环利用率等，这些使行业的整 体水平上了一个新台阶。 西王集团公司同山东大学共同研究的烷基多糖 苷生产工艺、同中国农业大学联合开展的葡萄糖酸 工艺研究项目、同北京化工学院进行的玉米胚芽活 性蛋白肽的研究、同陕西科技大学开展的葡萄糖醛 酸内酯的研究，及研发的新型糖源—结晶果糖、结晶 果葡糖生产关键技术等，均打破了国外的技术垄断。 淀粉糖生产中采用的连续喷射液化酶法生产技 术，不仅液化彻底，糖收率高，而且解决了酶法制糖 最大的难题———过滤问题。采用高效酶制剂，提高 原料转化水平，降低生产成本，并减少废水排放。采 用的连续糖离交工艺，树脂可节省３０％ ～ ４０％ ，酸 碱节省３０％ ～ ４０％ 。以精制糖化液为原料，经过顺 序式模拟移动床色谱分离提纯，可使葡萄糖纯度由 —６４ — 第３期 工业微生物 第４５卷
第3期 卢涛等：我国生物发酵产业发展现状及发展趋势 第45卷 96%一次提纯至99.4%以上，收率可达92%。 对生产线供水管道进行全面的改造，将冷却用循环 2.4酶制剂行业 水，由原来的自来水改为污水处理厂的回收水，这样 由于西方菌种专利垄断，研发能力较强的国外 既降低了酵母生产的污水排放量，同时也节约了酵 巨头纷纷进驻中国以及国内企业研发能力的滞后， 母生产的自来水使用量，实现了中水回用和节水目 中国本土酶制剂企业竞争能力相对较弱，目前国内 标。 市场主要仍是诺维信和杜邦（杰能科）等外资品牌 3 我国生物发酵产业存在问题 占主导。我国企业不断增强自主研发能力和科技创 新水平，在国际先进技术的基础上，进行技术的创新 一是产能扩张快，盲目建设情况严重。在我国 和工艺水平的改造，同时加强与高校、企业间的合 企业的发展过程中，存在一种现象，就是如果一个产 作，以充分利用各自优势，开发新产品，转化新技术， 品的利润可观，那么就会有更多的企业陆续建厂和 真正实现技术与产品的一体化。 生产。但随着产能的不断扩张，后续建设的企业并 在新的应用市场逐步拓展，纺织工业用酶、造纸 不会详细的分析市场容量、需求量及利润的变化。 工业用酶、石油开采用酶等开始显示出活力。通过 这就是我国企业在发展中普遍存在的盲目跟风和模 基因工程技术提高酶的生产水平，如武汉新华扬生 仿，使得整个行业低水平重复建、同质化严重，从而 物股份有限公司建立了具有国际领先水平的新型高 导致产能过剩、供需矛盾突出。 通量平行克隆表达体系，是目前筛选基因最先进和 二是产品结构不合理，中低档产品比例过高。 最有效的技术；建立了酵母、黑曲霉、大肠杆菌、乳球 由于行业的准入门槛不高，因此，低水平产品占据了 菌和枯草芽孢杆菌等五大基因克隆与表达系统，具 大部分市场。虽然我国生物发酵产业已经在生产技 有成熟的基因并联表达技术。酶制剂企业开发利用 术水平上有了大幅度的提升，但高质素产品的生产 不同的农业废弃物资源进行生产，如以玉米芯为主 技术较匮乏，产品种类及产量在市场中的占有率较 要原料发酵产纤维毒酶、以水稻秸秆为主要原料固 低。 态发酵产纤维素酶、以水葫芦和木屑为主要原料固 三是生产要素成本不断增加，利润空间逐步压 态发酵产漆酶。通过发酵工艺优化技术提高酶的产 缩。生物发酵产业的要素成本占到总成本的60%。 率，并开发出酶在化工、医药、食品、饲料、纺织、造 虽然我们发酵行业属于技术密集型行业，属于高技 纸、皮革、环保和检测等行业更多的新用途。增强了 术产业，但还不是深加工和高附加值的产业。当前， 检测范围和提高分析水平，能涵盖酶制剂特性分析， 为了能够在逐渐压缩的利润空间中得到正常的发 酶活检测，蛋白质电泳图谱分析，益生菌产品含量检 展，企业必须把开发高附加值产品、寻求低成本的替 测，益生菌耐热、耐胃酸、耐胆盐和耐抗生素等抗逆 代原料、提高全要素生产力，提升产业链价值，提高 特性分析，食品安全微生物指标检测，糖类、糖醇和 产出水平，降低综合成本作为主攻的方向。 人参皂苷等生物大分子含量分析等。 4 我国生物发酵产业发展趋势 2.5酵母行业 日前，国内利用糖蜜的发酵产品主要有活性酵 一是发展速度趋缓。伴随我国经济进入增速放 母和酒精。酵母是制糖业下游行业中利用糖蜜生产 缓的发展转型期后，生物发酵产业也随后进入了增 产生附加值最高的发酵产品，也是污染物产生最少 长的重要转折期。工业化发展的特点是内需增长空 的发酵产品。糖蜜生产酵母比糖蜜生产酒精，所产 间在资源型发展完成之后增长空间将逐渐变小，发 生的废水量大大减少，减少了三废排放。通过改进 展增速将逐步放缓。生物发酵产业对此必须有充分 发酵工艺，利用高浓度发酵技术提高污水排放浓度， 的思想准备，也不要幻想过去高速增长的时代会再 减少污水排放总量：改进分离设备，提高分离因素， 次到来，要适应增速放缓这个外部环境的变化，要把 与高浓度发酵技术相配套，从而使整个发酵分离工 精力放在转方式、调结构和产业升级上来。 艺联动，实现清洁生产工艺：改造生产线供水管道， 二是技术进步和快速发展的步伐趋缓。生物发 一65-
９６％一次提纯至９９． ４％以上，收率可达９２％ 。 ２． ４ 酶制剂行业 由于西方菌种专利垄断，研发能力较强的国外 巨头纷纷进驻中国以及国内企业研发能力的滞后， 中国本土酶制剂企业竞争能力相对较弱，目前国内 市场主要仍是诺维信和杜邦（杰能科）等外资品牌 占主导。我国企业不断增强自主研发能力和科技创 新水平，在国际先进技术的基础上，进行技术的创新 和工艺水平的改造，同时加强与高校、企业间的合 作，以充分利用各自优势，开发新产品，转化新技术， 真正实现技术与产品的一体化。 在新的应用市场逐步拓展，纺织工业用酶、造纸 工业用酶、石油开采用酶等开始显示出活力。通过 基因工程技术提高酶的生产水平，如武汉新华扬生 物股份有限公司建立了具有国际领先水平的新型高 通量平行克隆表达体系，是目前筛选基因最先进和 最有效的技术；建立了酵母、黑曲霉、大肠杆菌、乳球 菌和枯草芽孢杆菌等五大基因克隆与表达系统，具 有成熟的基因并联表达技术。酶制剂企业开发利用 不同的农业废弃物资源进行生产，如以玉米芯为主 要原料发酵产纤维毒酶、以水稻秸秆为主要原料固 态发酵产纤维素酶、以水葫芦和木屑为主要原料固 态发酵产漆酶。通过发酵工艺优化技术提高酶的产 率，并开发出酶在化工、医药、食品、饲料、纺织、造 纸、皮革、环保和检测等行业更多的新用途。增强了 检测范围和提高分析水平，能涵盖酶制剂特性分析， 酶活检测，蛋白质电泳图谱分析，益生菌产品含量检 测，益生菌耐热、耐胃酸、耐胆盐和耐抗生素等抗逆 特性分析，食品安全微生物指标检测，糖类、糖醇和 人参皂苷等生物大分子含量分析等。 ２． ５ 酵母行业 目前，国内利用糖蜜的发酵产品主要有活性酵 母和酒精。酵母是制糖业下游行业中利用糖蜜生产 产生附加值最高的发酵产品，也是污染物产生最少 的发酵产品。糖蜜生产酵母比糖蜜生产酒精，所产 生的废水量大大减少，减少了三废排放。通过改进 发酵工艺，利用高浓度发酵技术提高污水排放浓度， 减少污水排放总量；改进分离设备，提高分离因素， 与高浓度发酵技术相配套，从而使整个发酵分离工 艺联动，实现清洁生产工艺；改造生产线供水管道， 对生产线供水管道进行全面的改造，将冷却用循环 水，由原来的自来水改为污水处理厂的回收水，这样 既降低了酵母生产的污水排放量，同时也节约了酵 母生产的自来水使用量，实现了中水回用和节水目 标。 ３ 我国生物发酵产业存在问题 一是产能扩张快，盲目建设情况严重。在我国 企业的发展过程中，存在一种现象，就是如果一个产 品的利润可观，那么就会有更多的企业陆续建厂和 生产。但随着产能的不断扩张，后续建设的企业并 不会详细的分析市场容量、需求量及利润的变化。 这就是我国企业在发展中普遍存在的盲目跟风和模 仿，使得整个行业低水平重复建、同质化严重，从而 导致产能过剩、供需矛盾突出。 二是产品结构不合理，中低档产品比例过高。 由于行业的准入门槛不高，因此，低水平产品占据了 大部分市场。虽然我国生物发酵产业已经在生产技 术水平上有了大幅度的提升，但高质素产品的生产 技术较匮乏，产品种类及产量在市场中的占有率较 低。 三是生产要素成本不断增加，利润空间逐步压 缩。生物发酵产业的要素成本占到总成本的６０％ 。 虽然我们发酵行业属于技术密集型行业，属于高技 术产业，但还不是深加工和高附加值的产业。当前， 为了能够在逐渐压缩的利润空间中得到正常的发 展，企业必须把开发高附加值产品、寻求低成本的替 代原料、提高全要素生产力，提升产业链价值，提高 产出水平，降低综合成本作为主攻的方向。 ４ 我国生物发酵产业发展趋势 一是发展速度趋缓。伴随我国经济进入增速放 缓的发展转型期后，生物发酵产业也随后进入了增 长的重要转折期。工业化发展的特点是内需增长空 间在资源型发展完成之后增长空间将逐渐变小，发 展增速将逐步放缓。生物发酵产业对此必须有充分 的思想准备，也不要幻想过去高速增长的时代会再 次到来，要适应增速放缓这个外部环境的变化，要把 精力放在转方式、调结构和产业升级上来。 二是技术进步和快速发展的步伐趋缓。生物发 —６５ — 第３期 卢涛等：我国生物发酵产业发展现状及发展趋势 第４５卷
第3期 工业微生物 第45卷 酵产业快速发展，可以说在短时期内走完了发达国 未来的发展调整产业结构，以适应发展。不能适应 家多年来走过的路，一个重要的原因就是通过引进 市场发展的企业势必将退出竞争领域，产业集中度 国外现成的，可以利用的先进技术、装备和管理，发 会进一步加强。同时，企业之间的并购、合作、境外 挥后发优势，推进生产要素快速提升而实现的。随 投资也将成为发展的主流趋势。 着技术水平的提高，特别是味精、柠檬酸等产品产量 从发酵行业进入新的发展阶段面临的形势，我 不仅达到世界第一，而且发酵质量方面也达到世界 们应该清醒的认识到，生物发酵行业以前依靠高投 领先水平，在这种状况下，可以直接利用的国外现成 入、高能耗、低成本的增长模式，已经不可持续，必须 的技术、装备的空间已大大减少，必须加快自主研 尽快从资源消耗型转向要素转型，从依靠扩大投资 发，提升自主创新能力。 和规模扩张，向依靠技术进步和创新、要素升级上 三是产业结构调整加剧，集中度进一步加强。 来，因此加快转变增长方式，优化机构调整，加快产 部分产能的严重过剩、生产成本的急剧上涨、利润空 品和产业链高档化进程，转型升级，全面提升生物发 间的大幅度压缩、环保压力日趋严峻，使得生产者不 酵产业素质和整体水平是全行业首要的任务。 得不理性的分析和应对市场的变化，并且根据市场 (参考文献：略) Development status and trends of bio-fermentation industry in China LU Tao,GUAN Dan,HU Xiu-yu,FENG Zhi-he,SHI Wei-chen China Fermentation Industry Association,Beijing 100833,China Abstract Continuous scientific and technological progress and technological innovation are making China to be a giant nation in bio-fermentation industry worldwide,and this position is constantly being consolidated and enhanced.As an important part of the national strategic emerging industry,fermentation industry not only made an important contribution to the food industry,but also provided strong support to the feed,medicine,textile,papermaking and energy industries. Meanwhile,the fermentation industry extended the processing industry chains of agricultural products and increased the added value of agricultural products,so reached the remarkable win-win situation.In this paper,the current situation, problems and the future development trend of bio-fermentation industry and relative technical levels were described and analyzed in brief. Key words bio-fermentation industry;amino acid;organic acid;starch sugar;enzyme preparations 66一
酵产业快速发展，可以说在短时期内走完了发达国 家多年来走过的路，一个重要的原因就是通过引进 国外现成的，可以利用的先进技术、装备和管理，发 挥后发优势，推进生产要素快速提升而实现的。随 着技术水平的提高，特别是味精、柠檬酸等产品产量 不仅达到世界第一，而且发酵质量方面也达到世界 领先水平，在这种状况下，可以直接利用的国外现成 的技术、装备的空间已大大减少，必须加快自主研 发，提升自主创新能力。 三是产业结构调整加剧，集中度进一步加强。 部分产能的严重过剩、生产成本的急剧上涨、利润空 间的大幅度压缩、环保压力日趋严峻，使得生产者不 得不理性的分析和应对市场的变化，并且根据市场 未来的发展调整产业结构，以适应发展。不能适应 市场发展的企业势必将退出竞争领域，产业集中度 会进一步加强。同时，企业之间的并购、合作、境外 投资也将成为发展的主流趋势。 从发酵行业进入新的发展阶段面临的形势，我 们应该清醒的认识到，生物发酵行业以前依靠高投 入、高能耗、低成本的增长模式，已经不可持续，必须 尽快从资源消耗型转向要素转型，从依靠扩大投资 和规模扩张，向依靠技术进步和创新、要素升级上 来，因此加快转变增长方式，优化机构调整，加快产 品和产业链高档化进程，转型升级，全面提升生物发 酵产业素质和整体水平是全行业首要的任务。 （参考文献：略） Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｓｔａｔｕｓ ａｎｄ ｔｒｅｎｄｓ ｏｆ ｂｉｏｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｉｎ Ｃｈｉｎａ ＬＵ Ｔａｏ，ＧＵＡＮ Ｄａｎ，ＨＵ Ｘｉｕｙｕ，ＦＥＮＧ Ｚｈｉｈｅ，ＳＨＩ Ｗｅｉｃｈｅｎ Ｃｈｉｎａ Ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００８３３，Ｃｈｉｎａ Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ａｒｅ ｍａｋｉｎｇ Ｃｈｉｎａ ｔｏ ｂｅ ａ ｇｉａｎｔ ｎａｔｉｏｎ ｉｎ ｂｉｏｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ，ａｎｄ ｔｈｉｓ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｉｓ ｃｏｎｓｔａｎｔｌｙ ｂｅｉｎｇ ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｅｄ ａｎｄ ｅｎｈａｎｃｅｄ． Ａｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｐａｒｔ ｏｆ ｔｈｅ ｎａｔｉｏｎａｌ ｓｔｒａｔｅｇｉｃ ｅｍｅｒｇｉｎｇ ｉｎｄｕｓｔｒｙ，ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｍａｄｅ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｔｏ ｔｈｅ ｆｏｏｄ ｉｎｄｕｓｔｒｙ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｓｔｒｏｎｇ ｓｕｐｐｏｒｔ ｔｏ ｔｈｅ ｆｅｅｄ，ｍｅｄｉｃｉｎｅ，ｔｅｘｔｉｌｅ，ｐａｐｅｒｍａｋｉｎｇ ａｎｄ ｅｎｅｒｇｙ ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ． Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｃｈａｉｎｓ ｏｆ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ａｎｄ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｔｈｅ ａｄｄｅｄ ｖａｌｕｅ ｏｆ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｓ，ｓｏ ｒｅａｃｈｅｄ ｔｈｅ ｒｅｍａｒｋａｂｌｅ ｗｉｎｗｉｎ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ． Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ， ｐｒｏｂｌｅｍｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ｂｉｏｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ａｎｄ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｌｅｖｅｌｓ ｗｅｒｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ｂｒｉｅｆ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｂｉｏｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｉｎｄｕｓｔｒｙ；ａｍｉｎｏ ａｃｉｄ；ｏｒｇａｎｉｃ ａｃｉｄ；ｓｔａｒｃｈ ｓｕｇａｒ；ｅｎｚｙｍｅ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｓ —６６ — 第３期 工业微生物 第４５卷