头孢菌素
精细化学品
传统方法 10步化学合成
生物法 1步发酵+酶法
❖ 原料降低65％ ❖ 能耗降低65％ ❖ 成本降低50％
1,3丙二醇
大宗化学品
传统方法 化学法
生物法 工程菌发酵
❖ 原料降低37% ❖ 能耗降低30% ❖ CO2减排63%
资料来自EuropaBio主席Sijbesma F报告
世界基金委员会预测，到2030年，工业生物技 术每年将可降低10亿到25亿吨的二氧化碳排放
生物炼制技术体系的生化途径不断进步，高分 子材料、大宗化工原材料正在从石油原料向生物 质原料转变
工业微生物分子育种技术不断进步，发酵产业 技术水平与竞争力不断提高
植物化学药物与保健品的植物提取正在转向生 物合成制造，天然药物对珍稀自然资源的依赖和 破坏的局面将被扭转
绿色生物工艺新技术不断出现，正推动着采矿、 轻纺等传统产业节能降耗的革新
基因工程菌的 育成与采用
Feed vessel
Balance P
Controller
Temp. control system
Pump
Gas flow controller
conc.
Feed volume
AD converter
Agitation speed
P
Acid/base
volume
O2 analyzer
数字化、智能化、 自动化过程控制
新产品不断出现，新 技术快速实现产业化
多拉菌素基因工程菌——规模生产
利用基因组规模DNA大片段敲除技 术，基因组改组技术，构建了多拉 菌素工程菌，30吨大罐发酵单位约 1200 mg/L，达到了工业生产的水平
我国抗生素工业第一株自主产权基 因工程菌
• 多拉菌素是新型阿维菌素族中 最好的驱虫药
最小基因组细胞工厂、微生物基因组的合成、多基因组工程培育新物 种、合成生物学与人工生命合成等重大科技创新，使利用微生物高效合 成原来不存在、或者原来制造效率很低的工业产品成为可能，工业生物 技术正在催生着重大的科技革命。
国际生物制造技术发展迅猛，正在推动着生物产业 体系的变革
工业生物催化技术逐渐成熟，高能耗、高污染 的有机合成逐步被绿色可持续的生物合成替代
生物制造已显示出巨大潜力
• 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
工业39%
农业36%
医药25%
2030年：生物技术的经济贡献与环境效益
我国生物制造产业现状
我国从事生物制造的企业有5000多家，涉及到发酵工业、 石油化工、医药化工、精细化工、采矿工业、纺织工业、食品 工业、造纸制革等工业，总产值约6000亿。 特点： 产业领域与规模不断扩大，已经形成国民经济新增长点 产业水平不断提高，正在从传统发酵工业向现代生物制造产 业转变 现代创新能力正在形成，基因技术成为新的技术制高点 国际资本、技术与市场的渗透与融合，国际企业本土化
- 2030年替代25%有机化学品和20%石油 燃料
• 欧盟：
欧洲工业生物技术2025远景规划，期望 取得基于生物技术型社会转变的实质性进展
- 生物能源替代化石能源20%， - 化学品替代10-20% ， 其中化工原料替代 6-12%，精细化学品替代30-60%
系统生物学、定量生物学飞速发展，生物体的设计改造技术 日渐成熟，生物制造的工业模式正在形成。
可再生 碳资源
• 化学药物 • 农药 • 精细化学品
环境污染
我国石化工业每年排 放废水达60亿吨
• 医药化学品 • 手性化学品
在我国工业化进程过度 依赖化石资源的模式转 变中发挥重大作用
生物制造已经成为世界各经济强国的国家战略重点，工业 生物技术正在育成一场新的产业革命。
世界各国在行动，美国《2020年制造业挑战的展望》明确将工业生 物制造技术作为战略技术领域，并列为2020年制造技术挑战的11个 主要方向之一。
开辟了长链二元酸的 新来源，为尼龙工程 塑料、热熔胶、涂料 和香料等十几大类高 档产品的化学合成提 供了丰富的原材料
生物催化新技术实现产业化
CO2H
CO2Na
S
H
NH2
H
CH3
H
CH3
HN
HN
CH3
CH3
西司他丁钠关键手性中间体——(S)-(+)-2,2-二甲O 基环丙甲酰胺
ห้องสมุดไป่ตู้
O
由8步化学合成变为双酶一步法
“工业生物技术”公众关注的频率
2004年“新一代工业生物技术”已 经列入国家中长期科技规划发展纲要
•相对生物农业（温饱）、生物医药（健康）而言，缺乏鲜明主题（可 持续？清洁？绿色？） •生物制造涉及领域广泛，缺乏统一的统计数据，社会和政府部门的认 知度低。虽然目前生物制造的产值在所有生物技术产业中占到80％左右， 却远不如生物农业和生物医药那样得到重视。
➢大多重视生物加工过程开发，对生产原料 品质改良、产品后续应用技术重视不够
➢在生物材料领域，偏重原料的生产，对材料改 性及应用技术重视不足，如PHA、PLA等大部 分出口供深加工，制约了整个行业的发展。
➢在酶制剂领域，同样偏重单酶品种的生产，缺 乏对复合酶和酶制剂工艺的完整技术解决方案 的开发。
问题---社会认知度不够
➢ Dowpharma，Cambrex和Archimica等精细化工公司，通过收购其 他相关公司来大幅度增强其生物制造技术研发能力
➢ IBM、Microsoft等IT巨头也纷纷涉足生物技术的研究与开发
知名生物制造企业抢滩中国市场
➢ Amano Enzyme, Codexis，BioCatalytics, Novozymes， Bioverdent纷纷在我国设立以生物制造为核心技术的分支研发机构或 工厂，必将对我国新兴生物制造产业形成新一轮的冲击。
生物制造是变革经济增长方式的重大需求
•燃料(汽煤柴) •橡胶、塑料 •合成纤维 •三烯三苯
能源资源短缺
我国原油进口比例已达 51.3%
• 生物燃料(醇、油、气) • 生物聚合物材料 • 平台化合物
生物制造
化石 资源
气候变化
能源与基础 化工产品
我国CO2排放量已成 为全球最大
• 大宗化学品 • 精细化学品
国际竞争将更加激烈
大型跨国公司斥巨资用于生物制造技术的研发
➢ 杜邦公司剥离石油资产，未来3年将向应用生物技术部门投资5亿美元， 并将2010年销售额的25%定位于生物质产品
➢ 欧洲BASF、DSM、Lonza、Degussa和Roche等大型跨国公司已纷 纷转向工业生物技术领域，并已有产品投放市场
生物能源
生物基材料 大宗化学品 精细化学品 大宗发酵产品 食品与配料
微生物工业制剂
生物高分子材料 生物基单体聚合物 生物质加工材料
化工醇、酸、溶剂、 涂料、表面活性剂 甾体激素、手性胺、 手性醇、医农化产品
抗生素、维生素、有机 酸、氨基酸、酶制剂 等
发酵食品、功能食品、 添加剂、功能菌剂 等
生物冶金、生物造纸、生 物制革、生物纺织等菌剂
问题---创新能力不足
基因技术能力 智能化控制与放大技术 生物炼制技术 生物催化技术 技术集成能力 粗原料利用能力
问题---企业规模小
以中小企业为主，龙头企业少 信用结构不合理，融资机制不健全 企业科技创新能力弱， 市场竞争能力弱，利润率低。国际市场 开拓能力弱 高端人才缺乏
问题---产业链不完整
Genome engineering, Science 2009, 1173759v1
multiplex genome engineering, Nature, 2009, 460: 894-898
Long-chain alcohol biosynthesis PNAS, 2008, 105:20653
➢ 酶制剂市场1/2为外国企业垄断。诺维信、杰能科、天野公司在国内设 厂
金融危机启示
国内消费品市场与产业结构调整
食品
生物制造
化工
饲料
食品安全（防腐剂、香精等添加剂） 可降解塑料与限塑令 轻纺制品（棉麻、皮革）
应对危机 拉动内需 增强消费
我国产业发展需求迫切
产品的市场现状
二、产业面临的形势
资源、环境形势需要新的经济发展模式
我国现代工业化经济进程与能源、 资源、环境形势的现实形成了剧烈 冲突。到2020年要实现单位GDP CO2减排40-45%的目标，面临巨大 压力和特殊困难
加快调整经济结构、转变增长方式， 节约发展、清洁发展、安全发展， 是我国现阶段的历史使命。建立绿 色、低碳与可持续的产业经济体系 的核心科技具有重大战略意义。
生物制造国内外状况
提纲
产业现状与问题 产业面临的形势 发展思路与发展目标 主要任务 政策措施建议
一、产业现状与问题
生物制造是绿色、低碳、可持续的经济发展模式
生物制造是利用“生物的机能”生产燃料、材料和化学品 的加工方式，具有高效、清洁、可再生等特点
生物质 废弃物
原料
生物转化
材料、 化学品
产品
生物制造是战略性新兴产业
• 该技术长期为国外企业垄断， 我国企业无法获得生产菌株
海正药业集团近期开始生产多拉菌素， 预计年销售收入6亿元，利税总额1.8 亿元。目前已投资9亿元，新发行股票
5000万股
红霉素、头孢菌素生产水平大幅提高
红霉素发酵单位达到 8,000 U/mL
头孢菌素发酵单位达到
40,000 U/mL
形成了抗生素优化技术 体系
生物制造相关路线图
• 美国：生物质发展路线图 •美国：GTL路线图 •欧洲：21世纪可持续化学工业路 线图 •加拿大：基于生物的基础原料、 燃料及工业产品科技创新路线图