生物经济赛道说——中国科学院天津工业生物技术研究所张以恒

文摘   2024-07-29 10:21   广东  





编者按:


生物经济是21世纪各国竞相发展新赛道,也是我国实现跨越发展的历史性机遇。为了进一步推动我国生物经济产业规划的落地实施,构建一个有利于生物制造和生物经济发展的产业环境,华谷生物经济研究院、青岛市企业联合会、青岛华大基因研究院于2024年6月15-16日成功举办“生物经济50人(青岛)论坛暨青岛企业家新质绘(生物经济绘)”。论坛得到政界、科技界、产业界和投资界等的高度关注与大力支持,与会专家结合自身研究及经历,紧扣主题发表真知灼见,为生物经济发展注入了智慧源泉,为与会嘉宾呈现了一场思想盛宴。

论坛特设“生物经济赛道说”环节,让更多与会嘉宾能够对所在生物制造领域的发展以及目前所在公司、科研机构针对这一赛道的产业进程和科研进展进行分享。为了让更多的人了解到会议的思想精华,华谷生物经济研究院根据现场录音,整理与会专家的演讲材料。经个人同意,华谷生物经济研究院将以高端报告系列展示的形式对外正式发布。我们力求通过这样的知识和信息互动,让更多的生物经济研究者、从业者了解行业的前沿与进展。同时也希望借此让更多社会人士认识、支持并投身生物经济发展,为我国建设成为世界生物经济强国助力。



生物经济50人(青岛)论坛 生物经济赛道说

张以恒 中国科学院天津工业生物技术研究所研究员
(2024年6月16日)



非常感谢主办方盛情邀请。我本科及硕士专业是华东理工大学的生物工程抗生素发酵,随后赴美深造,攻读化学工程博士。近二十年前,我课题组深刻认识到传统微生物发酵技术有一个根本性局限:微生物的主要功能在于自我复制,而非直接生产所需产品。基于这一洞察,我们提出了一个创新思路——在体外环境中重新构建一个多酶分子机器,作为高效生物催化剂,以强化生物制造过程,从而实现低价值大宗产品制造,包括人造粮食、能源、健康糖、生物材料等大宗产品。

沿着这一思路,过去的十几年间,我们致力于开发全新的体外生物转化技术以及配套工具。初期,这一离经叛道的理念遭遇了不少误解与挑战,包括来自学术界与产业界的质疑。我们反复阐明该技术平台目的是聚焦生物制造。酶有着100%化学选择性,无生物体自我复制,无岔道和副反应,大幅提升产品得率;没有细胞膜,单位体积酶浓度高,生产速度可以比微生物发酵高一个数量级;固定化酶、无细胞膜,酶耐受更高产品浓度。比如,即便在极高浓度的有毒产物(如高浓度乙醇)存在下,酶仍能保持稳定活性。

面对酶制剂成本高昂的挑战,我们投入大量精力研发高密度酶发酵技术与低成本制造工艺,成功将重组酶的生产成本降低至200元人民币每公斤酶干重。同时,积极探索酶的循环利用策略,以进一步降低成本,提高生产效率。

基于上述体系,我们已成功实现多个项目的产业化:第一个是肌醇生物制造,于2016年建成万吨级工厂,成为全球最大肌醇生产商,是第一个体外合成生物学产业化案例;第二个是利用淀粉直接生产塔格糖的新技术,研究所成立公司推进其产业化进程。第三个是将秸秆纤维素转化为合成淀粉的原创技术,同时我们还开发了将木糖转化为阿拉伯糖的新技术,以及探索利用木质素这一自然界中最丰富且廉价的有机碳源生产微生物蛋白。

淀粉资源是中国工业生物制造的卡脖子原料。对于生物质糖成本高且杂质多的问题,我们提出了原料置换的概念,即通过秸秆生产动物饲料(主要供猪、鸡等家畜食用),而将节省下的淀粉资源作为工业原料进行微生物发酵,从而解决了生物制造中的淀粉原料来源问题。

此外,我们还致力于二氧化碳合成淀粉的研究,尽管这一领域的研究周期较长,但它代表着未来的发展方向,特别是在太空探索与月球基地建设中,该技术具有巨大的应用潜力。

总体而言,我们的工作不仅关注理论与技术创新,更重视其市场应用与制造成本控制。我们相信,研究成果将有力推动相关产业的转型升级,为解决全球粮食安全问题、为可持续发展贡献力量。同时,我们也期待在未来能够创造出一个价值高达30万亿人民币的新兴市场,这一愿景看似宏大,但我们坚信其可能性与光明前景。谢谢。


编辑:于明洋、郑晴

审核:黄写勤

审定:梅永红






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