關(guān)鍵“卡脖子”領(lǐng)域研究之酶制劑

我國明確提出要從保護(hù)人民健康、保障國家安全、維護(hù)國家長治久安的高度，把生物安全納入國家安全體系，系統(tǒng)規(guī)劃國家生物安全風(fēng)險(xiǎn)防控和治理體系建設(shè)，全面提高國家生物安全治理能力。酶制劑正是生物安全的重要一環(huán)，也是我國面臨“卡脖子”問題的突出領(lǐng)域之一。

酶，是由細(xì)胞產(chǎn)生、具有催化作用的有機(jī)物，大部分為蛋白質(zhì)，也有極少部分為RNA，它經(jīng)過提純、加工后的具有催化功能的生物制品叫做酶制劑。目前全球已報(bào)道發(fā)現(xiàn)的酶類有3000 多種，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)的酶制劑有60 多種。

第一節(jié) 全球酶制劑市場形勢

在產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域，工業(yè)酶應(yīng)用多元化，市場空間廣闊。隨著工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)的不斷進(jìn)步，全球市場上已經(jīng)出現(xiàn)20多個(gè)系列、60多種酶制劑產(chǎn)品。

一、 全球酶制劑市場規(guī)模不斷擴(kuò)大

近年來，全球酶制劑工業(yè)穩(wěn)定增長，酶制劑市場規(guī)模不斷擴(kuò)大。2020年，全球酶制劑市場規(guī)模達(dá)到349億元，同比增長6.1%。2015-2020年全球酶制劑市場規(guī)模復(fù)合增長率達(dá)到6.0%，據(jù)此估計(jì)，2024年全球酶制劑市場規(guī)模將達(dá)到440億元人民幣。隨著行業(yè)技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，以及工業(yè)酶在更多領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，工業(yè)酶市場規(guī)模將持續(xù)擴(kuò)容。

二、 全球酶市場呈現(xiàn)寡頭壟斷局面

隨著市場競爭不斷加大，國際酶制劑公司不斷兼并、重組，全球酶制劑企業(yè)數(shù)量逐漸減少，集中度逐步提高，酶制劑工業(yè)趨于寡頭壟斷。目前，諾維信(Novozymes)、杜邦杰能科(Dupont)、德國AB酶制劑、皇家帝斯曼(Royal DSM)和巴斯夫(BASF)五家公司占據(jù)了全球工業(yè)酶行業(yè)約75%的市場份額。

國際巨頭憑借著先發(fā)優(yōu)勢帶來的技術(shù)壁壘和營銷網(wǎng)絡(luò)帶來的渠道壁壘，牢牢盤踞全球工業(yè)酶市場。而我國以酶為代表的生物催化劑盡管已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)層面，但仍然大量依賴進(jìn)口。

第二節(jié) 國內(nèi)酶制劑產(chǎn)業(yè)發(fā)展

我國酶制劑行業(yè)起步較晚，與全球領(lǐng)先企業(yè)諾維信、杜邦、帝斯受等公司在研發(fā)和發(fā)酵生產(chǎn)工藝等方面有一定差距。但是，在某些細(xì)分領(lǐng)域已經(jīng)形成了自主品牌和競爭力，和國際領(lǐng)先企業(yè)的差距在縮短。

一、 酶制劑產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展

我國的酶制劑在發(fā)展初期品種單一、生產(chǎn)工藝落后。改革開放后，國際酶制劑巨頭紛紛布局中國市場，我國酶制劑產(chǎn)業(yè)進(jìn)入高速發(fā)展期。以飼用酶制劑為例，在20世紀(jì)90年代，國內(nèi)飼用酶以進(jìn)口國外的產(chǎn)品為主。1998年，國際酶制劑巨頭諾維信在天津建廠;同年，美國最大的酶制劑公司——杰能科國際公司和中國最大的酶制劑公司無錫酶制劑廠合資，將新型復(fù)合酶源引進(jìn)中國。

進(jìn)入21世紀(jì)，隨著國內(nèi)酶制劑發(fā)酵水平不斷提高，生產(chǎn)成本不斷降低，國內(nèi)酶制劑生產(chǎn)企業(yè)迅速發(fā)展，逐漸形成了自主品牌，不但占領(lǐng)了國內(nèi)飼用酶制劑大部分市場份額，而且在國際市場上也得到很好的推廣，出口量逐年提高，飼用酶制劑現(xiàn)已成為少數(shù)幾個(gè)出口創(chuàng)匯的飼料添加劑品種之一。

雖然我國酶制劑產(chǎn)業(yè)起步較晚，但是隨著我國酶制劑研發(fā)能力和發(fā)酵水平不斷提高，在某些細(xì)分領(lǐng)域已經(jīng)形成了自主品牌和競爭力，和國際領(lǐng)先企業(yè)的差距在縮短，形成一定的國產(chǎn)替代能力。目前我國能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)的酶制劑品種已達(dá)到30多種。

二、 酶制劑產(chǎn)量不斷增加

在市場需求擴(kuò)大和政策利好的雙重刺激下，我國酶制劑產(chǎn)量持續(xù)擴(kuò)大。根據(jù)中國生物發(fā)酵產(chǎn)業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)，我國酶制劑產(chǎn)量從2010年的77.5萬標(biāo)噸增加至2020年的167萬標(biāo)噸，年復(fù)合增長率達(dá)8.0%。據(jù)此估計(jì)，2024年我國酶制劑產(chǎn)量將達(dá)到227萬標(biāo)噸。

三、 酶制劑市場活力煥發(fā)

隨著國內(nèi)對生物酶研究的興起、酶制劑生產(chǎn)技術(shù)的提高，國內(nèi)酶制劑企業(yè)逐漸形成了自主研發(fā)能力，實(shí)現(xiàn)部分基礎(chǔ)技術(shù)的突破。在新型生物酶領(lǐng)域，跨國企業(yè)擁有的新菌種、新基因等核心技術(shù)壁壘逐步被國內(nèi)企業(yè)打破。國內(nèi)企業(yè)陸續(xù)開發(fā)出了許多新的酶制劑產(chǎn)品并成功應(yīng)用到多個(gè)領(lǐng)域，特別是飼用酶制劑已基本實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，產(chǎn)品質(zhì)量已達(dá)到或超過發(fā)達(dá)國家水平，在國內(nèi)市場已基本替代價(jià)格昂貴的進(jìn)口產(chǎn)品。同時(shí)，涌現(xiàn)出一批具有競爭力的本土酶制劑生產(chǎn)企業(yè)，如廣州溢多利、武漢新華揚(yáng)、山東隆大、青島蔚藍(lán)等，正在逐步搶占國內(nèi)外高端酶制劑市場份額。按產(chǎn)能統(tǒng)計(jì)，16家規(guī)模以上酶制劑企業(yè)占國內(nèi)企業(yè)高端酶制劑總產(chǎn)能的90%以上，行業(yè)市場集中度較高。但是，目前食品酶和工業(yè)洗滌酶等領(lǐng)域目前仍然是以國外品牌為主，進(jìn)口替代市場空間仍然較大。

四、 酶制劑關(guān)鍵領(lǐng)域亟待突破

近年來，隨著國內(nèi)生物技術(shù)水平的提高，酶制劑的產(chǎn)量得到了明顯提升，我國也加入到世界工業(yè)酶制劑產(chǎn)銷大國的行列。但是，在酶制劑的性能水平上來看，我國從產(chǎn)酶大國到產(chǎn)酶強(qiáng)國還有很長的路要走，許多農(nóng)產(chǎn)品加工環(huán)節(jié)需涉及的關(guān)鍵酶制劑仍依賴進(jìn)口。為此，2020年科技部將“工業(yè)酶創(chuàng)制與應(yīng)用”列為“綠色生物制造”重點(diǎn)專項(xiàng)的六大任務(wù)之一，旨在進(jìn)一步推動國內(nèi)酶制劑產(chǎn)業(yè)的自主創(chuàng)新。

第三節(jié) 酶制劑產(chǎn)業(yè)發(fā)展新機(jī)遇

習(xí)近平主席提出的碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)將為包括生物技術(shù)在內(nèi)的綠色低碳技術(shù)提供更廣闊的發(fā)展空間。在《關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》中，黨中央和國務(wù)院將生物技術(shù)認(rèn)定為綠色低碳技術(shù)，其獨(dú)特的節(jié)能、降耗、增效優(yōu)勢，將在國家推動碳排放總量和強(qiáng)度雙降目標(biāo)中發(fā)揮越來越重要的作用。生物技術(shù)在推動綠色轉(zhuǎn)型方面的作用日益得到重視和支持。其中，酶制劑將在交通系統(tǒng)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化、有機(jī)廢棄物綜合利用、農(nóng)業(yè)和食品生產(chǎn)體系變革、減少化石基產(chǎn)品的使用和污染等方面推動綠色轉(zhuǎn)型，促進(jìn)“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

一、 酶制劑助力交通系統(tǒng)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化

中國正在推動形成綠色低碳交通運(yùn)輸體系，推動能源消費(fèi)革命。目前，生物燃料被證明是向電氣化和氫燃料過渡階段的理想替代燃料，也是對未來電氣化和氫燃料的良好補(bǔ)充。政府倡導(dǎo)積極推進(jìn)先進(jìn)生物燃料在市政、交通等重點(diǎn)領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，推動化石能源向綠色低碳可再生能源轉(zhuǎn)型。

纖維素酶和酵母菌株能夠降低纖維素燃料乙醇的生產(chǎn)成本，推動纖維素燃料乙醇替代傳統(tǒng)化石能源。通過技術(shù)突破，纖維素酶和酵母菌株能使酒精轉(zhuǎn)換率達(dá)到92%以上，降低纖維素燃料乙醇的生產(chǎn)成本，同時(shí)具備良好的耐高溫性能。以中國年汽油表觀消費(fèi)量約1.3億噸計(jì)算，如果2代纖維素燃料乙醇可以填補(bǔ)中國汽油年消費(fèi)量的5%，則可每年減少約3690萬噸二氧化碳排放。此外，未來生物燃料仍可為重型運(yùn)輸和航空航海運(yùn)輸領(lǐng)域的碳減排做出重要貢獻(xiàn)。

二、 酶制劑推動有機(jī)廢棄物綜合利用

大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)是實(shí)現(xiàn)減排的重要路徑，酶制劑通過利用農(nóng)作物秸稈和餐廚垃圾生產(chǎn)生物燃料乙醇、生物柴油和生物天然氣，提高資源回收利用率，節(jié)能降污，助力減排。以餐廚垃圾的循環(huán)利用為例，使用酶制劑作為助劑，可以大幅提升處理過程中油脂提取率和沼氣產(chǎn)率，降低剩余固渣量，切實(shí)助力變廢為寶和“無廢城市”建設(shè)。在利用廢棄油脂生產(chǎn)生物柴油方面，酶法催化生物柴油工藝作為環(huán)保節(jié)能的綠色工藝，替代了傳統(tǒng)的硫酸和堿兩步催化工藝，減少化學(xué)殘留對環(huán)境的影響，同時(shí)節(jié)能降耗，是未來生物柴油行業(yè)的一個(gè)主要發(fā)展方向。

三、 酶制劑促進(jìn)農(nóng)業(yè)和食品生產(chǎn)體系變革

“十四五”期間，人民生活品質(zhì)將進(jìn)一步提高，對食品消費(fèi)的需求將更加多元化?！?ldquo;十四五”生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》提出，順應(yīng)“解決溫飽”轉(zhuǎn)向“營養(yǎng)多元”的新趨勢，發(fā)展面向農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的生物農(nóng)業(yè)，滿足人民群眾對食品消費(fèi)更高層次的新期待。

在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，酶制劑的應(yīng)用空間巨大。農(nóng)業(yè)部門產(chǎn)生的碳排放貫穿于生產(chǎn)、能源和投入品使用、以及廢棄物處理的全過程中。其中，飼養(yǎng)的家禽、牲畜是農(nóng)業(yè)碳排放的主要貢獻(xiàn)者。飼料酶制劑可減少家禽、牲畜飼養(yǎng)過程中的抗生素的使用，為農(nóng)戶節(jié)省飼料用量，減少動物糞便的二氧化碳排放。在糧食加工過程中，酶制劑可提高玉米淀粉處理效率，通過減少玉米原料的使用來減少在種植和加工環(huán)節(jié)的溫室氣體排放。在食品加工領(lǐng)域，酶制劑可以保持食物的新鮮口感，減少食物浪費(fèi)，節(jié)約糧食。

四、 酶制劑減少化石基產(chǎn)品的使用和污染

酶制劑生物基產(chǎn)品是推動社會轉(zhuǎn)向綠色、低碳、清潔模式的重要力量。在洗滌過程中，采用酶制劑來減少洗滌過程中的表面活性劑使用，既可以減少石油基化學(xué)產(chǎn)品對環(huán)境帶來的負(fù)面影響，其低溫洗滌的功能還可以進(jìn)一步減少對能源的消耗。若中國有50%的衣物使用含多元酶的洗滌劑替代傳統(tǒng)洗滌劑，則每年可減少30萬噸的二氧化碳排放、10萬噸的化學(xué)品消耗、并節(jié)約3500萬噸的稀釋水的使用。此外，酶制劑在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、動物飼養(yǎng)、油脂精煉加工等諸多行業(yè)，可以部分替代石化產(chǎn)品，促進(jìn)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)雙贏。