先进工业生物制造

重大化工产品的生物制造是绿色低碳、可持续的发展模式,是我国经济发展转型升级的重大需求。中科院于20世纪80年代中期就实现过两步发酵法生产维生素C,并以550万美元转化给罗氏公司。近10年来,中科院部署先进工业生物技术基地并通过一系列项目前瞻布局关键技术攻关,初步形成了一批化工产品的绿色生物制造,部分产品技术水平进入国际领先行列。

(1) 基础化学品丁二酸

丁二酸是可降解生物塑料PBS的关键单体与基础化工原料,中科院天津工业生物技术所已实现以非粮木薯原料替代石化原料生产丁二酸技术的重大突破,技术指标达到国际先进水平,领先全球五大公司集团(美国BioAmber和Myriant、德国巴斯夫-荷兰普拉克、荷兰帝斯曼-法国罗盖特、日本三菱化学)。与石化路线相比,生产成本降低25%,能耗降低30%,CO2排放减少94%,2015年建成全球最大的年产5万吨生产线,产值超过5亿元。


丁二酸生产线规划图


(2) L-丙氨酸

L-丙氨酸是医药、化工中间体与食品添加剂,传统生产工艺是以石化原料的多步转化反应系统,天津工业生物技术所与企业合作,在国际上率先实现了全生物法生产丙氨酸的产业化,与传统工艺相比,以可再生原料替代了化石原料,废水排放降低90%,生产成本降低了50%,在国际市场占有率达到了60%以上,已产生经济效益3亿,凭此技术,企业于2014年8月22日成功在新三版上市。

(3) 高光学纯度D-乳酸

D-乳酸是生物基材料聚乳酸PLA提高性能、推进商业化应用的关键,目前高光学纯度D-乳酸国内价格约为25000元/吨。中科院天津工业生物技术所成功构建了生产高光学纯度D-乳酸的细胞工厂,已转让企业完成了500L规模发酵中试和提取验证工作,生产成本降低到12000元/吨左右,已经完成万吨级D-乳酸生产线建设,产值达2亿元/年。


D-乳酸生产线


(4) 赖氨酸新菌种技术

赖氨酸的知识产权问题严重制约了我国赖氨酸行业的发展。中科院天津工业生物技术所经过基因组分析,提出了突破专利重围的菌种设计新策略,设计构建了新型工业菌株,原料转化率大幅提升,转化率单项指标达到国际领先水平,同时申请了赖氨酸菌株核心PCT专利。该成果已经在企业年产10万吨生产线获得应用,每吨赖氨酸可降低成本1000元左右,初步为公司实现节能减排30%以上,实际节粮9%,两年累计新增效益1.6亿元,为我国氨基酸工业的国际竞争提供了核心技术支撑。