跪下！！！微生物酶制剂的生产技术

项目介绍:

由于酶作用的专一性强，反应条件温和，安全性高，环境污染小，随着人们对健康和环保要求的提高，微生物生产的酶制剂将需要更多的开发，酶制剂产业大有可为。其主要应用领域约为:食品占45%，洗涤剂占34%，纺织占10%，造纸占3%，诊断医学占6%。该酶制剂生产工艺利用筛选出的枯草芽孢杆菌发酵淀粉质原料生产淀粉酶、蛋白酶和半纤维素酶，菌株性能稳定，发酵活性高。通过不同途径对发酵液进行后提取处理，可以得到不同使用水平的酶制剂产品。可以提供菌种和工厂设计和技术。

项目类别:新技术

技术成熟度:工业化

知识产权状况:属于实用新型专利。

服务方式:合作开发、技术转让、合作建厂、技术服务、交钥匙工程等。

投入产出效益分析:投资成本可根据生产规模确定。

生产工艺

酶制剂是由微生物产生的生物制品，其生产过程是一个规模化的生产技术应用过程，由发酵、提取、制粒三大过程组成。

发酵

微生物通过DNA技术重组，成为生产特定酶制剂的高效细菌。这种细菌在丹麦大量生产和冷藏。在使用之前，它们必须经过实验室扩大培养，然后连接到发酵车间的种子罐进行进一步的扩大培养。最后，扩大后的细菌进入发酵罐，开始人工生产酶制剂。生产菌在大型不锈钢发酵罐中获得充足的营养和空气，在最适宜的环境中快速生长，同时产生大量生物酶。整个发酵过程由计算机自动控制。发酵使用的原料主要是农产品，整个发酵过程完全符合GMP的要求。

撤退

提取过程的主要任务是从发酵液中提取酶。这是通过许多过滤和浓缩步骤完成的。首先，发酵液被初步过滤，成为含有酶的澄清滤液。此时，滤液进一步过滤，除去大量的水和小分子物质，成为酶的浓缩液。如果需要，酶的浓缩溶液可以进一步浓缩。对于液体销售的酶产品，提取的最后一步是标准化和稳定化。整个提取过程完全符合GMP要求。

粗糙

固体酶(颗粒酶)广泛应用于洗涤行业和纺织行业。目前，诺维信中国采用先进的全自动控制特种流化床工艺生产固体颗粒产品。在流化床中，来自提取过程的浓缩溶液以雾的形式喷洒在载体的表面上，热空气被干燥。除了酶层之外，通过相同的方法在含有酶颗粒的外层中包裹另外两层包衣层，从而最终获得自由流动、无尘、安全和方便的固体颗粒产品。

众所周知，21世纪最有前途的两个行业是信息技术(IT)和生物技术。信息技术发展迅速，已经渗透到社会生活的各个角落。信息技术报告-多媒体，互联网，信息全球化等。——不仅频繁出现在媒体上，而且与我们的日常生活息息相关。与生机勃勃的IT相比，生物技术似乎显得索然无味。基因、克隆、人类基因组计划、生物多样性等词汇虽然经常见诸报端，但似乎离我们的生活很遥远。所以有专家评论说，20世纪不是生物技术的世纪，而是生物工程的世纪，21的世纪是生物工程的世纪。克隆羊多莉的诞生，人类基因组90%测序的完成，欧美日等发达国家对生物技术产业投入的不断增加，世界各大公司生命科学产业的并购浪潮，都让我们相信21世纪确实是生物技术的时代。

生物化学工程(也称生化工程或生化工程)是化学工程和生物技术相结合的产物。生物化学工程是生物技术的一个重要分支。与传统化学工业相比，生物化学工业有一些突出的特点:①主要利用可再生资源作为原料；②反应条件温和，多为常温常压，能耗低，选择性好，效率高；③环境污染少；(4)投资小；⑤能生产出目前无法生产或化学方法难以生产的性能优异的产品。由于这些特点，生物化学已成为化学工业中的一个关键行业。

1.世界生化工业现状

生化工业的发展经历了半个多世纪，最早主要是生产抗生素；随后服务于氨基酸发酵、勺激素生物转化、维生素生物生产、单细胞蛋白生产、淀粉糖生产的产业化。20世纪80年代以来，随着现代生物技术的兴起，生物化学工业利用重组微生物、大规模培养动植物细胞等手段生产药用肽、蛋白质、疫苗、干扰素等。而且，生物化学的应用已经涉及到人们生活的方方面面，包括农业生产、轻化原料生产、医药卫生、食品、环境保护、资源能源开发等领域。随着生物化学上游技术——生物工程技术的进步以及化学工程、信息技术(IT)和生物信息学的发展，生物化学将迎来又一个全新的发展时期。

经过50多年的发展，生物化工产业已经形成了完整的产业体系，全行业出现了一些新的发展趋势。下面简单介绍一下生物化学工业的现状。

1.1产业结构

因为生物化学涉及的行业比较广，所以从事生物化学的企业比较多。据悉，上世纪90年代中期，美国有1000多家生化企业，西欧有580多家，日本有300多家。近年来，虽然由于行业竞争日益激烈，生化企业数量大幅减少，但与生命科学(主要是医药和农业生化技术)诸侯割据的局面相比，生化行业依然百花齐放，百家争鸣。有诺华、捷力康等从事生命科学的世界大公司，有帝斯曼、诺和诺德等大型精细化工公司，当然也有奥特斯等在某一领域有专长的小公司。而且，随着世界各大公司都在将目光转向生命科学，生化行业的局面在很长一段时间内都不会改变。

1.2产品结构

传统的生化产业主要是指抗生素(如青霉素)、食品(如酒精、味精)等产业，但目前几乎已经渗透到医药、保健、农业、环境、能源、材料等人们生活的方方面面。与此同时，生化产品也有了很大的拓展:医学上出现了各种新型抗生素、干扰素、胰岛素、生长激素、各种生长因子、疫苗等等；氨基酸和多肽包括赖氨酸、天冬氨酸、丙氨酸、苏氨酸、脯氨酸和各种多肽；酶制剂有160多种，包括糖化酶、淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶、青霉素酶、过氧化氢酶等。生物农药包括Bt、安普霉素、阿霉素、井冈霉素等。有机酸包括柠檬酸、乳酸、苹果酸、衣康酸、富马酸、己二酸、脂肪酸、酮戊二酸、L-亚麻酸和透明质酸。还有微生物法1，3。丙二醇、丙烯酰胺等。

目前全球生物化工年销售额约为400亿美元，年增长率约为7% ~ 8%。从产品结构来看，生化领域的生产规模很广，年市场需求量只有干扰素、促红细胞生成素等几公斤的昂贵产品(价格可达几万美元/克)，几乎等于年需求量超过1万吨的抗生素、酶制剂、食品和饲料添加剂、日用和农用生化产品等低价产品(部分价格不到美元/克)。高价产品的市场份额为50% ~ 60%，低价产品的市场份额为40% ~ 50%。而且根据近年来生物化学的发展趋势和人们对医药健康的关注，高价产品的发展速度高于低价产品。

1.3技术水平

经过80年代以来生化行业的蓬勃发展，不仅整个行业的技术水平有了很大的提高，许多新技术也得到了广泛的应用。

1.3.1发酵工程技术取得成果。

预计全球发酵产品市场规模为120 ~ 130亿美元，其中抗生素占46%，氨基酸占16.3%，有机酸占13.2%，酶占10%，其他占14.5%。发酵产品市场的增长与发酵技术的进步密不可分。现代生物技术的进步促进了发酵工业的发展，发酵工业的产量和纯度都比过去有了很大的提高。目前，世界上最大的串联发酵工厂已达75m\许多公司调整了发酵工艺，从而降低了生产成本。例如ADM(Archer Daniele 1 SMID 1和)和嘉吉公司在90年代初对其发酵装置进行了改造，将生产工艺从碳水化合物改为玉米粉，从而降低了生产成本。ADM公司生产赖氨酸的成本降低了一半。

1.3.2酶工程技术取得较大进展。

酶工程技术包括酶源开发、酶制剂生产、酶的分离、纯化和固定化技术、酶反应器和酶的应用。目前，世界酶制剂从酶源的开发到酶的应用已经进入良性发展阶段，各个阶段的生产企业和用户关系密切，合作广泛。据介绍，1998年全球工业酶制剂销售额为13亿美元，预计到2010年将增至30亿美元，年增长率为6.5%。其中食用酶占40%，洗涤酶占33%，其他(主要是纺织、造纸、饲料用酶)占27%。

1.3.3分离纯化技术也有了很大的进步。

影响生化产品价格的第一因素是分离纯化工艺，通常占生产成本的50% ~ 70%，有的甚至达到90%。分离步骤多且耗时，往往成为制约生产的瓶颈。寻求经济适用的分离纯化技术已成为生物化学领域的热点。已经广泛应用的分离纯化技术包括:双水相萃取、新型电泳分离、大规模制备色谱、膜分离等。

1.3.4上游技术广泛应用于下游生产。

利用基因工程技术，不仅使酶的活性提高一倍，还可以将生物酶基因克隆到微生物中构建基因菌生产酶。利用基因工程，对淀粉酶、蛋白酶、纤维素酶和氨基酸合成途径的多种关键酶进行了转化和克隆，从而提高了酶的催化活性和稳定性，拓宽了氨基酸合成的代谢流程，提高了产量。随着基因重组技术的发展，被称为第二代基因工程的蛋白质工程发展迅速，显示出巨大的潜力和光明的前景。利用蛋白质工程，可以生产具有特定氨基酸序列、高级结构、理化性质和生理功能的新型蛋白质，定向改造酶的性能，生产新的生化产品。

1.3.5新技术在生化工程中也得到了大量应用。

例如，酶反应在超临界液体状态下进行，大大降低了酶反应过程中的传质阻力，提高了酶反应速率。超临界CO2是无毒的、不可燃的、化学敏感的，并且容易与反应底物分离。用超临界CO2代替有机溶剂进行酶反应具有很大的发展潜力。再比如，微胶汤技术已经广泛应用于动物细胞的大规模培养、细胞和酶的固定化、蛋白质和其他物质的分离。

2.世界生化工业的发展趋势

2.1产业结构

行业之间的划分会越来越模糊，企业之间的合作会越来越多。目前很多从事医药、农业、环境、能源的企业都在从事生化生产。特别是一些从事传统化工的厂商也涉足了生化行业领域。比如杜邦公司，长期以来主要从事有机化学品和高分子材料的生产，现在正在加紧发展生化工业。它已成功开发了生产1，3-丙二醇的生物工艺，并正在开发用改良的大肠杆菌生产己二酸的工艺。帝斯曼公司以前主要从事抗生素的生产，现在也加大了对生化行业的投资。

因为生化涉及面广，很多生化公司各有专长，为了商业利益的合作也很活跃。此外，在从事传统行业的厂商参与下，由于技术和生产原因，也与从事生化开发生产的企业合作频繁。这些都使得生化行业的合作越来越广泛。例如，杜邦公司和杰宁乐可公司合作开发生产生物法1丙二醇，进一步生产PTT树脂。荷兰Purac公司与美国Cagill公司合资建设，年产34,000 tL。乳酸厂，并计划进一步发展到6.8万V，DSM公司与美国Maxygen公司签订了为期三年的研究合同，利用Maxygen的

DNA重排和分子培养技术被用来开发用于7-ADCA和其他青霉素生产的酶和菌株。

2.2产品结构

生化产品正在向专业化、高科技含量、高附加值方向发展。传统低价产品被忽视，而生化药品、保健品、生化催化剂等高价产品受到青睐。为了追求更高的利润，许多公司剥离附加值低的产品。如日本武田制药工业公司不再生产味精，转而生产肌苷酸二钠(IMP)、鸟苷酸二钠(GwtP)等其他高附加值调味品。此外，生物化工还将涉足以前很少涉足的领域，如高分子材料、表面活性剂等。

由于其高附加值，生化药物已成为生物化学领域未来发展的重点。从65438到0997，生化药物中销售额达到13亿美元，其中细胞分裂素80亿美元，激素30亿美元，其他20亿美元。就具体药物而言，促红细胞生成素35亿美元，人胰岛素1.8亿美元，粒细胞集落刺激因子1.6亿美元，人生长激素1.5亿美元，小干扰素1.1亿美元。据预测，未来其市场销量将增长8%。

在氨基酸方面，虽然用于药物合成的氨基酸数量相对较少，但发展潜力巨大。据报道，500种主要药物中有18%含有氨基酸或其衍生物的合成。l在药物合成中应用最广泛。脯氨酸、r苯甘氨酸和r对羟基苯甘氨酸。l .脯氨酸用于合成血管紧张素转换酶(ACE)，哌苯甘氨酸和R-对羟基苯甘氨酸用于合成抗生素。此外，肽也是未来的发展重点之一。多肽是指由两个以上的氨基酸以肽键结合而成的化合物，临床应用广泛，主要用于治疗癌症、HIV病毒和兔疫系统功能障碍、传统抗生素和疫苗的抗体感染等。合成肽中的原药全球产量约为100kg，但销售额为2.5-3亿美元，制剂销售额为25-30亿美元。多肽原药需求年增长率在10%以上。

至于碳水化合物，人们越来越重视碳水化合物在临床上的应用。但临床上使用的碳水化合物结构复杂，如一对单糖，不同的化学键多达22个。因此，用化学方法合成复杂碳水化合物并实现工业化是比较困难的，而酶法合成是一条可行的途径。

酶作为生化催化剂也将是未来发展的重点。1997期间，生化催化剂销售额约为13000万美元，近3 ~ 5年年均增长率为8% ~ 9%，预测未来3 ~ 5年将以同样的速度增长。生化催化剂主要用于手性药物的合成。目前，手性药物已成为国际新药研发的新方向之一。

1997期间世界市场手性药物制剂销售额为879亿美元，占医药市场的28.3%，2000年将达到900亿美元。未来25年，约一半的手性药物将由生化催化合成。因此，从需求和需求类型来看，生化催化剂有很大的发展潜力。

生化表面活性剂由于无毒、生物降解性好，有可能成为未来表面活性剂的升级产品，但目前仍处于探索阶段。

生物化学在高分子材料、特殊化学品、生物芯片、环境保护等方面也将有很大的发展潜力。

2.3技术水平

不断提高菌株的活性、发酵水平、生化反应过程和分离纯化水平，仍然是生化工业面临的课题。

在菌株开发方面，由于从自然界中筛选菌株以获得新的代谢产物的机会自20世纪70年代以来已经明显减少，人们已经考虑利用已知的菌株在适当改变其代谢特性后生产新产品。例如，日本协和发酵公司已经成功地将产生谷氨酸的菌株改变成色氨酸。

在生化反应器中，反应器放大一直是个难题。因此，利用计算机技术将整个生化反应过程数字化，优化反应过程，是未来的发展方向之一。

亲和层析在分离纯化中已经备受关注，有人开发了综合的专家系统软件包，可以在几分钟内告知对方分离菌株的分离方法和顺序，从而根据产品的需要做出选择。

此外，生化过程的在线检测和控制，采用生物传感器和计算机监控仍是未来的发展方向。

有机溶剂中的催化反应将在酶催化反应中发展。

生物上游技术的发展将对生化行业产生深远的影响。人们非常重视从病毒、细菌、植物、动物到人类的基因组测序，在此基础上，基因的很多产品一哄而上，盲目上马，遍地开花，最后形成恶性竞争，很多企业破产。在竞争中生存下来的企业也受到削弱，难以进一步组织技术改造。比如仅江苏省就有上百条发酵生产线停产。另外，行业内企业的生产水平差异很大。80年代以后只有20% ~ 30%的企业达到国际先进水平，大部分处于60 ~ 70年代的水平。

二是产品结构不合理，品种单一，低档次产品重复生产，不能满足需求。在中国，一些高档的医药生化产品，如激素、生长因子、干扰素、药用肽等。，产量很少，有些不生产，所以每年都需要进口。

三是生产技术上，工艺设备不配套，上下游技术不配套，产品良率低。虽然我国柠檬酸、乳酸等部分产品发酵水平较高，但大部分产品产量低于国外，酶制剂活性明显低于国外，生化反应器和分离纯化技术落后国外15 ~ 20年。每年从国外进口生物反应器、细胞粉碎机、分离纯化设备和分离介质、生物传感器、计算机监控设备等都要花费大量的资金。

四是部分产品投入产出比在15/=以上，造成资源浪费和环境污染严重。

五是基础研究薄弱，技术创新能力不强，企业技术开发和技术吸收能力差，生产发展大多依靠交错粗放式扩大投资的传统增长方式，效率低，市场竞争力低。

3.2建议针对我国生化行业存在的问题，笔者有以下建议:

3.2.1扩大经济规模，提高竞争力，应鼓励建设大型生化企业集团，使科研、开发、生产、销售一体化。特别是要培育一批科技创新型企业。同时，也要鼓励发展在某些方面具有一定特色的小型生化公司，淘汰一批生产规模小、生产技术落后、没有市场竞争力的企业，从整体上优化我国生化行业的产业结构。

3.2.2调整产品结构，要发展高档产品，如高档医药生化产品、功能食品和添加剂(主要是低热值、低胆固醇、低脂肪、提高免疫功能、抗炎抗癌的产品)和生化催化剂。此外，还应开发许多精细化工产品和化学方法不能或难以生产的产品，如微生物多糖、生物色素、工业酶制剂、甜味剂、表面活性剂、高分子材料等。

3.2.3节约有限的资源，加强基因组学的环境保护。近年来，在信息学的基础上建立了生物信息学。信息学的内容包括信息科学、生物技术、生物工程和生物动力学。可以预见，基因组学和生物信息学在生物化学中的应用具有非常广阔的商业前景。

此外，分子蒸馏技术和组合化学等其他行业的新技术也将应用于生化工程。

3.我国生化工业毛层的现状及建议

3.1发展状况

经过长期发展，中国的生化产业已经有了一定的基础。特别是改革开放后，生化工业的发展进入了一个新的阶段。目前，生化产品还涉及医药、保健、农药、食品和饲料、有机酸等多个方面。

医药方面，抗生素发展迅速61998，我国抗生素产量达33486h，居世界第一。在其他生化药物中，干扰素和白细胞介素已初步形成产业规模。2、乙肝工程疫苗。

农药方面，生物农药12种，主要有苏云金杆菌、井冈霉素、赤霉素等。其中井冈霉素产量居世界第一。

食品和饲料方面，作为三大发酵产品的味精、柠檬酸、酶制剂产量也大幅增长/1998，味精产量从0990年的65438+22.3万增加到56.4万，柠檬酸产量从0990年的65438+6130增加到56.4万。酵母和淀粉糖的产量也明显增加。中国是味精生产和消费第一大国，也是柠檬酸生产和出口第一大国。此外，1998的乳酸产量约为15000t，赖氨酸产量约为20000t，苹果酸产量约为6000t..

有机酸方面，衣康酸产量达到5000 B，我国开发的生物长链二元酸工艺处于国际领先地位，目前产能在500Va以上，多家企业有建设长链二元酸生产装置的意向。

在保健品方面，中国已经能够用生物方法生产多种氨基酸、维生素和核酸。此外，中国生物丙烯酰胺产能达到20000V，与日本共同处于世界领先地位。

然而，与发达国家相比，中国的生化产业存在许多问题:

第一，中国的生化工业以医药、轻工、食品工业为主。一些企业对生化产品多为精细化工产品的认识不够，行业规范不够，导致在工艺中选择合适的原料以降低成本和消耗，加强废弃物处理，减少环境污染。

3.2.4提高生产技术水平，尤其是下游技术水平，因为我国生物技术上游技术水平与国外仅相差3-5年，而下游技术水平与国外相差15年以上。改革传统发酵产品的生产工艺，不断提高发酵产品的生产技术水平，开发生物反应器，提高我国生化产品的分离纯化技术，大规模开发生化设备应首先提上日程。此外，应积极采用微生物法代替化学法，发展新型基础化工产品的工业化生产技术。

3.2.5加强产学研结合，注重上下游结合和国内生化技术的分散。为实现优势互补，应加强产学研结合。此外，生化生产过程中遇到的很多问题都是由于上下游之间没有紧密结合，影响了技术经济指标。因此，在人力和财力的投入上，应考虑上下游的结合，以加速生化产业的发展。

3.2.6提高从业人员素质生化行业是一个高科技行业，从业人员的素质尤为重要。目前国内从事生化生产的大部分是传统化工行业的员工，操作水平还比较低。加强人才培养，提高生物化工人才的素质是非常必要的。

3.2.7加强知识产权保护长期以来，我国在生化领域的知识产权保护一直不足，挫伤了科研开发人员的积极性，造成了大量人才流失。加强知识产权保护，既能激励国内科研人员，又能吸引大量在国外发展的科研人员回国发展，从而加速我国生化产业的发展。