生物技术行业重头正从医药与食品工业转向化工等基础工业
生物技术产业正在从“医药与食品应用时代”快速转型“环保与能源应用时代”,健康问题、温饱问题、环境问题、资源问题是人类社会发展的四个基础问题。而生物技术在其这种的每个领域都正在并将产生重大的变革性影响。生物技术在医药工业和农业与食品工业中的影响和作用已经显现,而在环保和新能源开发领域正加快发展。未来各国将在工业生物技术领域、生物环保领域和生物新能源开发领域投入大量的资金,推动创新和相关行业的快速发展,而这些领域的技术与市场竞争也将趋于白热化。
在美国举办的“World Congress on Industrial Biotechnology and Bioprocessing”上,一百多位与会专家学者都同意,未来从洗衣粉、纸张、维生素到纺织品等一系列日用品,必定都会有工业生物技术的许多应用空间。
美国的生物技术产业协会(BIO)在2003年召开了一场“生物技术第三波”(The Third Wave in Biotechnology)的大型国际会议,会中肯定白色生物技术在未来的全球市场规模极有可能超越医药和农业,成为生全球生物技术市场上的“第三波”,将成为继生物医药和转基因食品之后的另一个增长热点。
从2004年一开始,白色生物技术除了迅速扩充应用在已有的范畴外,在一些创新领域(例如国防和纳米)上的技术突破,都使得白色生物技术日益成为生物技术产业中的重要角色。
生物技术产业发展继医药生物技术、农业生物技术之后,现已进入工业生物技术阶段,其核心部分就是生物炼制,即用生物质来生产能源和各种化工产品与生物材料,各国对此技术领域发展十分重视。
美国在21世纪的化工行业规划中指出,到2020年,通过生物炼制核心技术——工业生物催化技术,要使美国化学工业的原材料消耗、能耗、水耗和污染均下降30%。工业生物催化技术为人类利用生物及产品代替石油及产品打下了很好的技术和经济基础。
另外美国能源部还启动了一个21世纪系统生物学的技术平台,这个平台对国内外都开放,研究单位可以用这个技术平台来进行生物技术工程的研究和开发。它的核心部分是研究生物能源,即通过微生物对纤维素的降解产生各种生物能源。美国能源部现在每年投资的项目中生物炼制占多数,约有5000多万美元。
生物技术对其他行业的改造势头日盛
仔细审视下列白色生物技术在全球产业应用的数据数据,就会转变此前一直认为白色生物技术只不过是生物技术市场配角的观念:
2003年,白色生物技术已经影响了全球5%的化学品市场(约500亿美元的市场值);全球著名的麦肯锡顾问公司评估全球的化学工业若是积极采用白色生物技术,2010年时能应用10~20%的创新生物技术工艺过程,经由降低成本(原料、制程和投资)每年可以增加60~120亿欧元的市值影响,而经由研发出的新产品和高附加价值的副产品,每年可以增加50~100亿欧元的市值影响。Burrill Company在2004年度的生物技术产业报告中分析说,按照目前的增长比例,到2010年,生物技术产品数量将占到原料和化学制品的12%,到2020年,这一比例有望提高到18%,而2030年将突破25%;在未来20年,生物工业产品将增长4倍,每年达到6000万英镑。
此外,2003年白色生物技术产业有许多令全球生物技术产业瞩目的辉煌成果:
Cargil Dow plc在2002年开始运转的全球首座生物精炼厂,由于找到低成本的适合生物酶,运用玉米生产出高品质的生物可分解材料聚乳酸(poly lactic acid plastics-PLA)制造出塑料包装材料,由于其原料来源稳定和产品品质优良,造成全球塑料包装材料市场的大幅变化。例如意大利最大的新鲜有机食用面团制造商的所有产品也全面替代使用CargilDowplc的塑料产品当容器和保鲜膜。
2003年在人类基因译码过程中扮演重要角色的Craig Venter公司与美国能源部长共同召开记者会,宣布研发出可以吞噬污染物和二氧化碳的人造病毒,可应用于水污染防治、放射性废弃物处理、有机废弃物转化成燃料电池使用的氢气等,未来在环保和能源产业的市场规模不可限量。
英国卫生署研发出一种可以彻底毁灭牛海绵状脑症(BSE)和人体CJD病毒的生物酶。
2003年,全球白色生物技术在技术研发和市场价值都创造了令人瞩目的成绩。未来全球在白色生技的研发突破、各国政府支持相关R D计划、政策支持(例如2003年开始,日本通产省就修改法令使汽车使用生物燃料,也因此创造出2004年约300亿日元的市场价值)和生物精炼厂都是允诺白色生物技术产业蓬勃发展的关键因素,而全球兴起的绿色消费和可持续发展趋势更可说是推动白色生物技术最重要的动力。
美国BIO的调查显示,几年以前,大多数致力于工业生物技术的公司都将环境修复作为重点,最近几年的态势是:将生物技术用于化学工业和开发新能源成为白色生物技术的焦点。
国际工业生物技术的发展概况
国际上,功能菌株大规模筛选技术、生物催化剂定向改造技术、规模化工业生产的生物催化技术系统、清洁转化介质创制技术及工业化成套转化技术已用于工业生物催化。
其中生物催化剂快速定向改造新技术已被用于上百个酶的进化,大大提高了生物酶的活性和效率。该技术已被用于上百个酶的进化,大大提高了生物酶的活性和效率。如枯草杆菌蛋白酶E在有机溶液中(60%DMF)的活性提高了170倍;β-内酰胺酶的耐抗菌素cefotaxime浓度提高了32000倍;胸苷激酶对新底物(gancyclovir)的利用提高了43倍;卡那霉素核苷酸转移酶在60~65℃的热稳定性提高了200倍;细胞色素P450酶对完全新底物(过氧化氢)的利用提高了5~20倍;辣根过氧化酶在酵母中表达产量提高了88倍。
欧美国家已将生物技术用于改造传统工业,在改造纸浆和造纸行业方面,生物技术能减少漂白过程中10-15%的氯排放量,并且将漂白过程中的能量消耗降低40%。在改造纺织业方面,在生产过程中引入生物技术,可以节水14-18%,与用水有关和空气散热方面的费用小减少50-60%,漂白过程的能源消耗降低9-14%。在改造塑料产品生产方面,用生物有机原料替代石化原料能减少20-80%的石化资源消耗,而且生产的生物塑料是可自然降解的“绿色塑料”。生物技术用于化学制药行业,例如维生素B2的生产过程中,能够减少80%的二氧化碳排放量,减少67%的污水排放量。将生物技术用于头孢类抗生素的生产过程中,能减少50%的二氧化碳排放量,节能20%,节水75%。
生物催化方面,国际上已在实际生产过程中应用的生物酶产品涵盖糖酶、蛋白酶、脂肪酶/酯酶、多肽酶、裂解酶、转移酶等种类,其中糖酶有15种,脂肪酶11种,蛋白酶4种。此外,丙烯酰胺、透明质酸、1,3-丙二醇、乳酸及其衍生物、谷胱甘肽、棕榈酸异辛酯、维生素A棕榈酸酯、可生物降解溶剂、有机酸、生物降解塑料、精细化学品、医药、饲料添加剂等高附加价值产品在国外都能采用生物技术路线工业化生产。