38食品与发酵工业 Food and Fermentation Industries Vol. 26 No 14
) 酶工程研究和酶工程产业的新进展(Ⅱ
居乃琥
(冠生园(集团) 有限公司,200050, 上海)
3
———国内外酶制剂工业的现状、发展趋势和对策建议
摘 要 概要介绍了国际上酶工程研究和酶工程产业的新进展。第二部分着重介绍国内外酶制剂工业的现状和发展趋势, 并就加快发展我国酶制剂工业, 提出了若干对策建议。关键词 酶工程 酶制剂工业 现状 趋势 对策
1 国内外酶制剂工业的现状和发展趋
8) ()
势[1～10]
近年来, , , 。1. 1 国内外酶制剂的生产和应用现状
, 国, 为了扩大生, 不断进行收购、兼并和扩建。1995年6月G enencor 公司收购了荷兰G ist Brocades 公司的工业酶的研究、开发、生产和市场。1996年G enencor 公司又收购了比利时Solvay 公司全部酶制剂的研究、生产和市场。1996年10月Novo Nordisk 公司收买Shova Denbom 公司工业
据报道, 全世界已发现的酶有3000多种, 目前工业上生产的酶有60多种, 真正达到工业规模的只有20多种。剂型和品种有600多个。1998年全世界工业酶制剂销售
酶制剂的专利,Shova Denbom 公司退出工业酶制剂市场。1998年Novo Nordisk 公司在天津的酶制剂工厂第一期工程建成投产。该公司在全世界建成3大市场基地, 即丹麦、美国和中国。从而可以就近生产、销售, 进而能够达到降低成本和扩大市场。目前, Novo Nordisk 公司和G enencor 公司成为世界上最
额为16亿美元。预计到2008年, 销售额将达到30亿美元。
据90年代初统计, 世界上酶制剂生产厂商有70多家, 其中较大的有25家。最大的8家酶制剂生产厂商是:
(1) Novo Nordisk (诺和诺德公司, 丹
麦)
(2) G ist 2Brocades (荷兰) (3) Cultor (科特公司, 芬兰)
(4) G enencor International (杰能科公
大的酶制剂生产商和供应商。1997年两公司的销售额达到11亿美元, 占全世界酶制剂销售额的70%以上。由于收购、兼并和扩建, 使得国际上大的酶制剂公司结构精简, 人才集中, 技术优化, 使新产品的开发周期显著缩短, 数量大大增加, 应用领域迅速扩大。
表1列举出1991～1998年全世界工业酶制剂销售额的变化及其在工业领域所占有的比重。由表1可见, 从1991年到1998年,
司, 美国)
(5) Solvay (苏尔威公司, 比利时) (6) Chr 1Hansen (汉森公司, 丹麦)
(7) Rhone Ponlenc (罗兰・普朗克公司,
法国)
3作者:冠生园公司原总工程师, 教授级高级工程师。现任德国医药创新中心股份有限公司高级顾问, 并任该公司上海
代表处副首席代表。
收稿时间:2000-02-25, 改回时间:2000-03-15
) 第26卷 第4期 居乃琥:酶工程研究和酶工程产业的新进展(Ⅱ
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酶制剂的年销售额, 平均增长率为12184%,
最高为21174%, 最低为1138%。近年来, 增长速度趋缓。据预测, 今后10a 世界上工
1991年
1992年
业用酶的销售额将按6%～8%的速度增长。而Novo Nordisk 公司将以10%～15%的速度增长。
1993年
1994年
1995年
1996年
1997年
1998年
表1 1991～1998年全世界工业酶制剂销售额的变化及其在工业领域所占有的比重
总销售额(亿美元)
其中:洗涤剂工业所占比重% 淀粉加工业所占比重% 纺织工业所占比重% 其它工业所占比重%
710
41
815
43
1012
40
1110
39
1111
37
1310
36
1510
38
1610
34
15
1133
12
1134
12
1335
12
1435
11
1339
12
1141
11
942
12
1143
表2 1996年世界上工业用酶不同酶种的销售情况和不同部门的应用情况 亿美元
酶 种蛋白酶
脂肪酶纤维素酶α2淀粉酶凝乳酶溶菌酶乳糖酶木聚糖酶糖化酶
葡萄糖异构酶β2葡聚糖酶木瓜蛋白酶植酸酶真菌淀粉酶半纤维素酶果胶酶其它酶小计
行业比重/%
洗涤剂纺织
[1**********]040
[1**********]
0105
01450115
01100110
0130
01200110
0130
[1**********]00
210014140
115010180
01100170
[1**********]
11007120
[1**********]10
11208160
[1**********]0
[1**********]0
0150
0140
0150
[1**********]0
01010140
0105
0150
0105
0110
01乳制品
纸浆造纸
淀粉加工
酒精发酵
饲料
焙烤105葡萄汁[***********][***********][***********][**************]0
产品比重
[***********][***********][***********][***********]00100
目前, 世界上工业用酶涉及的应用领域达10多个部门, 主要工业用酶有10多种。表2列举了1996年世界上工业用酶中不同酶种的销售情况和不同部门的应用情况。该表比较客观、真实地反映出当前世界上工业酶制剂的发展现状。美国是世界上工业用酶最大的市场, 欧洲和日本位于第二和第三位。其后是中国、印度和南非。日本90年代工业酶制剂的销售额大都在250～300亿日元(约为212～215亿美元) 之间。日本工业酶制剂主要应用于淀粉糖工业、食品工业、洗涤剂工业和纺织工业,4者相加达到全部工业用酶
的84%。
我国酶制剂工业经过近40a 的努力, 形
成一定的生产规模。从90年代起, 通过引进国外先进技术和国际合作, 技术水平和设备装备水平有了很大进步, 生产能力、产品品种和质量有了很大提高。少数产品已经达到90年代初的国际水平。目前, 我国酶制剂的
生产能力为40～50万t 。1996年酶制剂总产量为24万t 。在“六五”期间, 酶制剂产量增长1倍; 在“七五”期间, 酶制剂产量增长2145倍; 在“九五”期间, 酶制剂产量增长213倍。此外“, 九五”期间, 酶制剂产量年平
40食品与发酵工业 Food and Fermentation Industries Vol. 26 No 14
均增长率为1812%。
但是, 与国际上发达国家比较, 与国际上著名的诺和诺德公司和杰能科公司比较, 我国酶制剂工业, 无论是在产量和销售额方面, 还是在品种、质量和应用方面, 都存在很大差距。表3列举了1991～1998年中国各类酶
[1**********]3制剂的产量、总产量和销售情况。从表3可
以看出, 我国工业酶制剂的销售额只占全世界酶制剂销售额的4%。而淀粉加工工业用酶却占我国整个工业酶制剂的80%以上。这就充分说明, 我国酶制剂工业潜力很大, 但产业结构亟待调整。
[***********]98表3 1991～1998年中国各类酶制剂的产量、总产量和销售情况
α2淀粉酶/kt
糖化酶/kt 蛋白酶/kt 其他酶/kt 总产量/kt
总销售额/百万元
[***********][1**********]8
[***********][1**********]95
[***********][1**********]13
[**************] -145328 [***********]293173
[**************]0 -11 [**************]0 - [***********][1**********]100
1. 2 , 4个方面:
(1) 国外酶制剂公司的兼并、重组将继续进行。继美国G enencor 公司收购了荷兰G ist Brocades 公司的工业酶及比利时Solvay 公司全部酶制剂以后, 国外酶制剂公司兼并、重组的势头依然强劲。芬兰的丹尼斯科公司(Denisco ) 又和丹麦的科特公司(Cultor ) 合并。因此, 国际上酶制剂公司的数量还会减少, 酶制剂的生产和销售将进一步向少数几家公司集中。这一情况表明, 国际上酶制剂工业的发展更趋向垄断化。
(2) 研究、开发投入大, 高新技术应用广。国外酶制剂公司的研究、开发经费一般占产品销售额的10%以上, 高的可达15%以上。以诺和诺德公司为例,1998年用于研究、开发的经费更达到其产品销售额的19%。从事研究和开发工作的人数达到该公司总雇员的23%。直接用于酶制剂的研究和开发的经费, 估计在1亿美元以上。由于经费充足, 科研力量雄厚, 早已将基因工程和蛋白质工程等高新技术广泛用于酶制剂的生产。1991年, 15%的工业用酶采用基因工程菌生产, 1996年, 达到50%。1998年, 利用基因工程菌生产的工业用酶的比例, 更高达80%。而蛋白质工程技术早在10a 前也已用于酶制剂
、新品种不断涌现。
(3) 大力研制、开发新酶种和新用途。国外酶制剂公司不断应用基因工程、蛋白质工程等高新技术, 大力研制、开发新酶种和新用途。如诺和诺德公司已经开发出不依赖Ca 离子的、高温α2淀粉酶, 用于洗涤剂的碱性α2淀粉酶, 极端耐热、极端耐酸的酶, 用于非水有机溶剂系统中反应的酶, 能够应用半年以上的固定化酶等等。日本非常注意研制、开发生产低聚糖的酶类。目前已能生产出10多种酶和10多种功能性低聚糖。这些低聚糖可以用于生产保健食品、药品和化妆品等。日本协和发酵公司研制出脯氨酸羟化酶, 可以用脯氨酸做原料生产羟脯氨酸, 并正开发其它新用途。以往, 酶制剂的应用领域集中在淀粉加工、食品加工和洗涤剂工业。目前, 已经扩展到棉纤维与纺织加工、纸浆和造纸、动物饲料、淀粉改良、植物油脂加工、焙烤食品、护肤用品、化妆品、保健食品、调味品、微生物的控制、生物有机合成、药物生产等领域。
即使在传统领域, 也不断出现新酶种和新用途。在洗涤剂工业, 除原先使用的碱性蛋白酶外, 已经研制、开发出对漂白剂有很强耐性的蛋白酶, 对底物有很强亲和力的脂肪酶, 碱性α2淀粉酶和纤维素酶等。各种酶的
) 第26卷 第4期 居乃琥:酶工程研究和酶工程产业的新进展(Ⅱ
41
配合应用, 可以制成各种不同的洗涤剂, 能够
满足洗涤纺织品、餐具和卫生洁具等的需要。在临床诊断方面应用广泛的过氧化物酶, 也已被用于洗涤剂。该酶只作用于游离的色素, 而不作用于已经染在纺织品上的色素。因此, 在洗涤时, 既能防止衣物不被其它色素污染, 又不会使衣物褪色。在纺织工业中, 除利用纤维素酶处理纺织品提高其柔软性和染色性外, 近来又将新开发的原果胶酶用于棉纤维的加工, 既能改善纤维的手感和提高染色性, 又不影响纤维的强度。同时, 还可以避免在高温、高碱条件下处理棉纤维, 改善操作环境, 减少工业废水。在纸浆和造纸工业, , 肪酶、胺酶(形成交联, , 从而改善食品的物性, 提高硬度和弹性, 已经广泛用于水产品、乳制品行肉类的加工。磷酸酯酶用于面粉加工可以提高面粉的加工性, 使表面光滑, 品质改善。近来, 蛋白酶广泛用于水解动植物蛋白, 制造营养性天然调味品。在化妆品工业, 酶的应用也越来越受到重视。染发剂中常用过氧化氢, 但过氧化氢会损伤毛发。正在研究用尿酸酶作为过氧化氢的供体, 可以稳定地供应过氧化氢, 不会损伤毛发。在动物饲料中, 普遍使用纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶、淀粉酶和蛋白酶, 可以提高饲料的可消化性, 提高畜禽的产肉率、畜类的产乳率和禽类的产卵率等。在饲料中也可添加植酸酶, 除具有上述酶的作用外, 还能够减少环境污染。
(4) 酶制剂的剂型趋向多样化。国外大型酶制剂公司生产的酶制剂的剂型, 不断向多品种、多剂型、功能性、专用性和复合性的多样化方向发展。诺和诺德公司向中国市场推销的食品用酶制剂的品种和剂型, 就有60多种。而我国只有10多种。例如, 高温α2淀粉酶, 我国只有1～2个剂型, 而诺和诺德公司可以复配出适合于不同原料、不同用途的
品种和剂型达8种之多。糖化酶的品种和剂
型也有5～6种。以果胶酶为主, 与纤维素酶、半纤维素酶、木聚糖酶等复配, 可以开发出各种专用酶、复合酶达16种之多, 广泛用于果汁、果浆、果酒等的生产。以中性蛋白酶和碱性蛋白酶为主, 与其它的酶一起复配, 可以开发出用于蛋白质水解、焙烤食品、酒精和啤酒等工业领域的酶制剂13种。国外的酶制剂公司把酶制剂的生产, 与酶制剂品种、剂型的开发, 与酶应用领域的开拓紧紧结合在一起, 益, 、高效的. 3 我国酶制剂行业存在的一些问题经过近40a 的发展, 我国酶制剂工业从无到有, 逐步形成一定的生产规模, 取得了不少成绩。但是, 与发达国家相比, 与国际大公司相比, 差距很大, 问题不少。
(1) 重复建设, 效益低下, 生产能力闲置。我国90年代酶制剂工厂有200家。酶制剂生产能力达到40～50t/a 。由于重复建设, 粗放经营, 无序竞争, 效益低下, 酶制剂的制造成本占销售价的70%～80%左右, 而国外只占30%～35%。很多酶制剂工厂已经停产,50%左右的生产能力闲置。目前实际生产的不到50家。
(2) 工艺、设备落后, 生产技术水平低下。我国酶制剂工厂由于经济效益差, 无力采用新工艺、新技术, 增添新设备, 致使生产技术水平低下。绝大多数工厂仍然沿用硫酸胺盐析工艺, 或发酵液直接喷雾干燥工艺, 造成产品杂质多, 质量差。不仅影响了下游产业产品质量的提高和酶制剂产品用途的扩大, 而且, 也造成自身环境的污染。前几年, 虽曾引进国外技术, 进行技术改造, 但除少数产品达到国际上90年代初的水平外, 大多数产品的生产技术水平比国际水平低一到数倍。
(3) 研究、开发投入不足, 新产品开发能
42食品与发酵工业 Food and Fermentation Industries Vol. 26 No 14
力很差。我国酶制剂生产厂研究、开发的经
费投入不足, 全部经费不到产品销售额的1%。因此, 科技人员数量很少, 新产品的开发受到很大制约, 新酶种和新用途的研制、开发速度非常缓慢。迄今为止, 真正形成生产规模的酶制剂只有α2淀粉酶、糖化酶和碱性蛋白酶等3～4个产品。
(4) 品种少、剂型少, 产品结构极不合理, 应用范围非常狭窄。我国酶制剂产品的品种少, 剂型少, 产品结构极不合理, 应用范围非常狭窄。以酶制剂产量最大的1996年为例。全年酶制剂产量为24万t , 其中α2淀粉酶占13150%, 糖化酶占66167%, 白酶占1714%。3者产量97165%涤剂工业, 3种酶的产量45131%, 其应用范围却遍及淀粉加工、洗涤剂、纺织、纸浆和造纸、酒精发酵、焙烤食品、动物饲料、果汁生产等众多领域。
甚至还远远不及国外一家大企业投入经费的10%。因此, 加大研究和开发经费的投入是提高我国酶制剂行业竞争能力的关键。加大经费的投入必须由企业和国家共同出资。与此同时, 要调整科研体制, 充实科研力量, 按生产经济规律办事, 把研究经费用到实处, 使之真正发挥作用。由于目前我国酶制剂行业规模小, 酶工程的研究力量分散, 建议在科技部的领导和支持下, 尽快组建我国酶工程研究中心, 以促进我国酶工程技术的研究和酶制剂工业的发展。
3) , 尽快发。近年来, 主要得、蛋白质工程以及其它各种高新技术。为了提高我国酶制剂行业的竞争能力, 国家应大力扶持, 尽快采用和推广行之有效的各种高新技术, 推动行业的技术进步。与此同时, 要在消化吸收国外先进技术的基础上, 进行自主技术创新, 尽快发展具有中国自己知识产权的创新技术, 逐步建立起我国酶制剂生产、研究、开发和应用的核心技术。我国微生物资源丰富, 应该十分重视从海洋微生物和嗜热、嗜冷、嗜盐、嗜酸、嗜碱、嗜压等极端环境微生物中, 发现、研制、开发出具有特殊生物催化功能的新酶种。我国固态发酵技术具有悠久的历史, 积累了丰富的经验。实践证明, 利用固态发酵技术生产丝状真菌的酶制剂, 其发酵水平可以比液态深层发酵高3～10倍, 有的甚至高达20倍。应该通过对固态发酵技术的深入研究, 发挥优点, 克服缺点, 进一步完善和发展固态发酵技术, 使其在发展我国酶制剂工业中发挥重大作用。
(4) 尽快调整产品结构, 大力开发新酶种和新用途, 努力提高产品质量。我国的酶制剂, 产品单一, 质量差, 杂质多, 不能满足市场和消费者的需要, 在与国际酶制剂公司的竞争中处于劣势。为此, 我们应该大力调整产品结构, 尽快改变3种酶“打天下”的局面。
2 发展我国酶制剂工业的若干对策建
议[1～3]
在迈向迎接21世纪的知识经济时代之
际, 我国酶制剂行业面临着很大的挑战和机遇。为使我国的酶制剂工业健康发展, 适应国民经济发展的需要, 并积极参与国际竞争, 笔者特提出如下对策建议:
(1) 走集约化、规模化经营之路, 采用先进生产设备, 提高生产技术水平。面对国际上大型酶制剂公司的强有力的竞争, 我国酶制剂生产厂只有通过合并、兼并, 走集约化、规模化经营之路, 努力采用先进生产设备, 提高生产技术水平, 加快新产品的开发和应用领域的扩大, 增加酶制剂的产量, 提高经济效益, 才能使我国酶制剂工业走上可持续发展之路, 在我国酶制剂市场上占有一席之地。
(2) 加大科技投入, 调整科研体制。我国目前用于酶工程领域的研究和开发经费非常之少, 把企业和国家投入的经费加在一起,
) 第26卷 第4期 居乃琥:酶工程研究和酶工程产业的新进展(Ⅱ
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要抓紧开发、生产各种酶制剂的新产品, 包括
新酶种、新品种、新剂型, 以及根据市场的需要, 注意开发、生产各种复合酶、专用酶, 努力提高产品质量, 积极开拓应用领域, 使我国的酶制剂产品在竞争中尽快占领较有利的地位。
笔者深信, 在迈向21世纪知识经济时代之际, 酶工程技术作为生物技术的一个重要组成部分, 酶制剂工业作为大有发展前途的一个新兴产业, 充满生机, 发展迅速, 前景光明, 大有希望。只要我们坚持“有所为, 有所不为”的原则, 加快应用高新技术, 必将使更大的发展, 在工业, 发。
参 考 文 献
1 居乃琥. 生物工程进展,1987, (4) :17～27;
(5) :1～17
2 居乃琥. 工业微生物,1987, 17(6) :26～34; 1988, 18(1) :26～34
3 居乃琥. 二十一世纪工程研讨会论文集. 1999, 黄山, 20～25
4 Chaplin M F , Bucke C. Enzyme Technology. London :Cambridge University Press , 1990
5 G erhartz W. Enzymes in Industry :Produc 2tion and Applications. Weinheim :VCH , 1990
6 Wiseman A. Handbook of Enzyme Biotchnol 2ogy. New york :Academic Press , 1995
7 Akanuma S , Y amagushi et al. Protein Sci. 1998, () :. , 17(增
, . 二十一世纪酶工程研讨会论文集. 1999, 黄山, 96～104
10 霍兴云. 二十一世纪酶工程研讨会论文集. 1999, 黄山, 105～109
N e w Advances in Enzyme Engineering R esearch and
Enzyme Preparation Industry(Ⅱ)
———Present Status and Development Prospects of Enzyme Preparation Industry
at Home and Abroad , and Countermeasures for Speeding Up the Development
of Enzyme Preparation Industry in China
J u Naihu
(Guan Sheng Yuan (Group ) Company , Ltd. , Shanghai ,200050)
ABSTRACT This paper gave a brief overview of new advances of enzyme engineering research and enzyme preparation industry. Part 2focused on the present status and development prospects of enzyme preparation industry at home and abroad. Some countermeasures for speeding up the development of enzyme preparation industry in China were also put forward.
K ey w ords enzyme engineering , enzyme preparation industry , present status , prospect , coun 2termeasure
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) 酶工程研究和酶工程产业的新进展(Ⅱ
居乃琥
(冠生园(集团) 有限公司,200050, 上海)
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———国内外酶制剂工业的现状、发展趋势和对策建议
摘 要 概要介绍了国际上酶工程研究和酶工程产业的新进展。第二部分着重介绍国内外酶制剂工业的现状和发展趋势, 并就加快发展我国酶制剂工业, 提出了若干对策建议。关键词 酶工程 酶制剂工业 现状 趋势 对策
1 国内外酶制剂工业的现状和发展趋
8) ()
势[1～10]
近年来, , , 。1. 1 国内外酶制剂的生产和应用现状
, 国, 为了扩大生, 不断进行收购、兼并和扩建。1995年6月G enencor 公司收购了荷兰G ist Brocades 公司的工业酶的研究、开发、生产和市场。1996年G enencor 公司又收购了比利时Solvay 公司全部酶制剂的研究、生产和市场。1996年10月Novo Nordisk 公司收买Shova Denbom 公司工业
据报道, 全世界已发现的酶有3000多种, 目前工业上生产的酶有60多种, 真正达到工业规模的只有20多种。剂型和品种有600多个。1998年全世界工业酶制剂销售
酶制剂的专利,Shova Denbom 公司退出工业酶制剂市场。1998年Novo Nordisk 公司在天津的酶制剂工厂第一期工程建成投产。该公司在全世界建成3大市场基地, 即丹麦、美国和中国。从而可以就近生产、销售, 进而能够达到降低成本和扩大市场。目前, Novo Nordisk 公司和G enencor 公司成为世界上最
额为16亿美元。预计到2008年, 销售额将达到30亿美元。
据90年代初统计, 世界上酶制剂生产厂商有70多家, 其中较大的有25家。最大的8家酶制剂生产厂商是:
(1) Novo Nordisk (诺和诺德公司, 丹
麦)
(2) G ist 2Brocades (荷兰) (3) Cultor (科特公司, 芬兰)
(4) G enencor International (杰能科公
大的酶制剂生产商和供应商。1997年两公司的销售额达到11亿美元, 占全世界酶制剂销售额的70%以上。由于收购、兼并和扩建, 使得国际上大的酶制剂公司结构精简, 人才集中, 技术优化, 使新产品的开发周期显著缩短, 数量大大增加, 应用领域迅速扩大。
表1列举出1991～1998年全世界工业酶制剂销售额的变化及其在工业领域所占有的比重。由表1可见, 从1991年到1998年,
司, 美国)
(5) Solvay (苏尔威公司, 比利时) (6) Chr 1Hansen (汉森公司, 丹麦)
(7) Rhone Ponlenc (罗兰・普朗克公司,
法国)
3作者:冠生园公司原总工程师, 教授级高级工程师。现任德国医药创新中心股份有限公司高级顾问, 并任该公司上海
代表处副首席代表。
收稿时间:2000-02-25, 改回时间:2000-03-15
) 第26卷 第4期 居乃琥:酶工程研究和酶工程产业的新进展(Ⅱ
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酶制剂的年销售额, 平均增长率为12184%,
最高为21174%, 最低为1138%。近年来, 增长速度趋缓。据预测, 今后10a 世界上工
1991年
1992年
业用酶的销售额将按6%～8%的速度增长。而Novo Nordisk 公司将以10%～15%的速度增长。
1993年
1994年
1995年
1996年
1997年
1998年
表1 1991～1998年全世界工业酶制剂销售额的变化及其在工业领域所占有的比重
总销售额(亿美元)
其中:洗涤剂工业所占比重% 淀粉加工业所占比重% 纺织工业所占比重% 其它工业所占比重%
710
41
815
43
1012
40
1110
39
1111
37
1310
36
1510
38
1610
34
15
1133
12
1134
12
1335
12
1435
11
1339
12
1141
11
942
12
1143
表2 1996年世界上工业用酶不同酶种的销售情况和不同部门的应用情况 亿美元
酶 种蛋白酶
脂肪酶纤维素酶α2淀粉酶凝乳酶溶菌酶乳糖酶木聚糖酶糖化酶
葡萄糖异构酶β2葡聚糖酶木瓜蛋白酶植酸酶真菌淀粉酶半纤维素酶果胶酶其它酶小计
行业比重/%
洗涤剂纺织
[1**********]040
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01010140
0105
0150
0105
0110
01乳制品
纸浆造纸
淀粉加工
酒精发酵
饲料
焙烤105葡萄汁[***********][***********][***********][**************]0
产品比重
[***********][***********][***********][***********]00100
目前, 世界上工业用酶涉及的应用领域达10多个部门, 主要工业用酶有10多种。表2列举了1996年世界上工业用酶中不同酶种的销售情况和不同部门的应用情况。该表比较客观、真实地反映出当前世界上工业酶制剂的发展现状。美国是世界上工业用酶最大的市场, 欧洲和日本位于第二和第三位。其后是中国、印度和南非。日本90年代工业酶制剂的销售额大都在250～300亿日元(约为212～215亿美元) 之间。日本工业酶制剂主要应用于淀粉糖工业、食品工业、洗涤剂工业和纺织工业,4者相加达到全部工业用酶
的84%。
我国酶制剂工业经过近40a 的努力, 形
成一定的生产规模。从90年代起, 通过引进国外先进技术和国际合作, 技术水平和设备装备水平有了很大进步, 生产能力、产品品种和质量有了很大提高。少数产品已经达到90年代初的国际水平。目前, 我国酶制剂的
生产能力为40～50万t 。1996年酶制剂总产量为24万t 。在“六五”期间, 酶制剂产量增长1倍; 在“七五”期间, 酶制剂产量增长2145倍; 在“九五”期间, 酶制剂产量增长213倍。此外“, 九五”期间, 酶制剂产量年平
40食品与发酵工业 Food and Fermentation Industries Vol. 26 No 14
均增长率为1812%。
但是, 与国际上发达国家比较, 与国际上著名的诺和诺德公司和杰能科公司比较, 我国酶制剂工业, 无论是在产量和销售额方面, 还是在品种、质量和应用方面, 都存在很大差距。表3列举了1991～1998年中国各类酶
[1**********]3制剂的产量、总产量和销售情况。从表3可
以看出, 我国工业酶制剂的销售额只占全世界酶制剂销售额的4%。而淀粉加工工业用酶却占我国整个工业酶制剂的80%以上。这就充分说明, 我国酶制剂工业潜力很大, 但产业结构亟待调整。
[***********]98表3 1991～1998年中国各类酶制剂的产量、总产量和销售情况
α2淀粉酶/kt
糖化酶/kt 蛋白酶/kt 其他酶/kt 总产量/kt
总销售额/百万元
[***********][1**********]8
[***********][1**********]95
[***********][1**********]13
[**************] -145328 [***********]293173
[**************]0 -11 [**************]0 - [***********][1**********]100
1. 2 , 4个方面:
(1) 国外酶制剂公司的兼并、重组将继续进行。继美国G enencor 公司收购了荷兰G ist Brocades 公司的工业酶及比利时Solvay 公司全部酶制剂以后, 国外酶制剂公司兼并、重组的势头依然强劲。芬兰的丹尼斯科公司(Denisco ) 又和丹麦的科特公司(Cultor ) 合并。因此, 国际上酶制剂公司的数量还会减少, 酶制剂的生产和销售将进一步向少数几家公司集中。这一情况表明, 国际上酶制剂工业的发展更趋向垄断化。
(2) 研究、开发投入大, 高新技术应用广。国外酶制剂公司的研究、开发经费一般占产品销售额的10%以上, 高的可达15%以上。以诺和诺德公司为例,1998年用于研究、开发的经费更达到其产品销售额的19%。从事研究和开发工作的人数达到该公司总雇员的23%。直接用于酶制剂的研究和开发的经费, 估计在1亿美元以上。由于经费充足, 科研力量雄厚, 早已将基因工程和蛋白质工程等高新技术广泛用于酶制剂的生产。1991年, 15%的工业用酶采用基因工程菌生产, 1996年, 达到50%。1998年, 利用基因工程菌生产的工业用酶的比例, 更高达80%。而蛋白质工程技术早在10a 前也已用于酶制剂
、新品种不断涌现。
(3) 大力研制、开发新酶种和新用途。国外酶制剂公司不断应用基因工程、蛋白质工程等高新技术, 大力研制、开发新酶种和新用途。如诺和诺德公司已经开发出不依赖Ca 离子的、高温α2淀粉酶, 用于洗涤剂的碱性α2淀粉酶, 极端耐热、极端耐酸的酶, 用于非水有机溶剂系统中反应的酶, 能够应用半年以上的固定化酶等等。日本非常注意研制、开发生产低聚糖的酶类。目前已能生产出10多种酶和10多种功能性低聚糖。这些低聚糖可以用于生产保健食品、药品和化妆品等。日本协和发酵公司研制出脯氨酸羟化酶, 可以用脯氨酸做原料生产羟脯氨酸, 并正开发其它新用途。以往, 酶制剂的应用领域集中在淀粉加工、食品加工和洗涤剂工业。目前, 已经扩展到棉纤维与纺织加工、纸浆和造纸、动物饲料、淀粉改良、植物油脂加工、焙烤食品、护肤用品、化妆品、保健食品、调味品、微生物的控制、生物有机合成、药物生产等领域。
即使在传统领域, 也不断出现新酶种和新用途。在洗涤剂工业, 除原先使用的碱性蛋白酶外, 已经研制、开发出对漂白剂有很强耐性的蛋白酶, 对底物有很强亲和力的脂肪酶, 碱性α2淀粉酶和纤维素酶等。各种酶的
) 第26卷 第4期 居乃琥:酶工程研究和酶工程产业的新进展(Ⅱ
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配合应用, 可以制成各种不同的洗涤剂, 能够
满足洗涤纺织品、餐具和卫生洁具等的需要。在临床诊断方面应用广泛的过氧化物酶, 也已被用于洗涤剂。该酶只作用于游离的色素, 而不作用于已经染在纺织品上的色素。因此, 在洗涤时, 既能防止衣物不被其它色素污染, 又不会使衣物褪色。在纺织工业中, 除利用纤维素酶处理纺织品提高其柔软性和染色性外, 近来又将新开发的原果胶酶用于棉纤维的加工, 既能改善纤维的手感和提高染色性, 又不影响纤维的强度。同时, 还可以避免在高温、高碱条件下处理棉纤维, 改善操作环境, 减少工业废水。在纸浆和造纸工业, , 肪酶、胺酶(形成交联, , 从而改善食品的物性, 提高硬度和弹性, 已经广泛用于水产品、乳制品行肉类的加工。磷酸酯酶用于面粉加工可以提高面粉的加工性, 使表面光滑, 品质改善。近来, 蛋白酶广泛用于水解动植物蛋白, 制造营养性天然调味品。在化妆品工业, 酶的应用也越来越受到重视。染发剂中常用过氧化氢, 但过氧化氢会损伤毛发。正在研究用尿酸酶作为过氧化氢的供体, 可以稳定地供应过氧化氢, 不会损伤毛发。在动物饲料中, 普遍使用纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶、淀粉酶和蛋白酶, 可以提高饲料的可消化性, 提高畜禽的产肉率、畜类的产乳率和禽类的产卵率等。在饲料中也可添加植酸酶, 除具有上述酶的作用外, 还能够减少环境污染。
(4) 酶制剂的剂型趋向多样化。国外大型酶制剂公司生产的酶制剂的剂型, 不断向多品种、多剂型、功能性、专用性和复合性的多样化方向发展。诺和诺德公司向中国市场推销的食品用酶制剂的品种和剂型, 就有60多种。而我国只有10多种。例如, 高温α2淀粉酶, 我国只有1～2个剂型, 而诺和诺德公司可以复配出适合于不同原料、不同用途的
品种和剂型达8种之多。糖化酶的品种和剂
型也有5～6种。以果胶酶为主, 与纤维素酶、半纤维素酶、木聚糖酶等复配, 可以开发出各种专用酶、复合酶达16种之多, 广泛用于果汁、果浆、果酒等的生产。以中性蛋白酶和碱性蛋白酶为主, 与其它的酶一起复配, 可以开发出用于蛋白质水解、焙烤食品、酒精和啤酒等工业领域的酶制剂13种。国外的酶制剂公司把酶制剂的生产, 与酶制剂品种、剂型的开发, 与酶应用领域的开拓紧紧结合在一起, 益, 、高效的. 3 我国酶制剂行业存在的一些问题经过近40a 的发展, 我国酶制剂工业从无到有, 逐步形成一定的生产规模, 取得了不少成绩。但是, 与发达国家相比, 与国际大公司相比, 差距很大, 问题不少。
(1) 重复建设, 效益低下, 生产能力闲置。我国90年代酶制剂工厂有200家。酶制剂生产能力达到40～50t/a 。由于重复建设, 粗放经营, 无序竞争, 效益低下, 酶制剂的制造成本占销售价的70%～80%左右, 而国外只占30%～35%。很多酶制剂工厂已经停产,50%左右的生产能力闲置。目前实际生产的不到50家。
(2) 工艺、设备落后, 生产技术水平低下。我国酶制剂工厂由于经济效益差, 无力采用新工艺、新技术, 增添新设备, 致使生产技术水平低下。绝大多数工厂仍然沿用硫酸胺盐析工艺, 或发酵液直接喷雾干燥工艺, 造成产品杂质多, 质量差。不仅影响了下游产业产品质量的提高和酶制剂产品用途的扩大, 而且, 也造成自身环境的污染。前几年, 虽曾引进国外技术, 进行技术改造, 但除少数产品达到国际上90年代初的水平外, 大多数产品的生产技术水平比国际水平低一到数倍。
(3) 研究、开发投入不足, 新产品开发能
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力很差。我国酶制剂生产厂研究、开发的经
费投入不足, 全部经费不到产品销售额的1%。因此, 科技人员数量很少, 新产品的开发受到很大制约, 新酶种和新用途的研制、开发速度非常缓慢。迄今为止, 真正形成生产规模的酶制剂只有α2淀粉酶、糖化酶和碱性蛋白酶等3～4个产品。
(4) 品种少、剂型少, 产品结构极不合理, 应用范围非常狭窄。我国酶制剂产品的品种少, 剂型少, 产品结构极不合理, 应用范围非常狭窄。以酶制剂产量最大的1996年为例。全年酶制剂产量为24万t , 其中α2淀粉酶占13150%, 糖化酶占66167%, 白酶占1714%。3者产量97165%涤剂工业, 3种酶的产量45131%, 其应用范围却遍及淀粉加工、洗涤剂、纺织、纸浆和造纸、酒精发酵、焙烤食品、动物饲料、果汁生产等众多领域。
甚至还远远不及国外一家大企业投入经费的10%。因此, 加大研究和开发经费的投入是提高我国酶制剂行业竞争能力的关键。加大经费的投入必须由企业和国家共同出资。与此同时, 要调整科研体制, 充实科研力量, 按生产经济规律办事, 把研究经费用到实处, 使之真正发挥作用。由于目前我国酶制剂行业规模小, 酶工程的研究力量分散, 建议在科技部的领导和支持下, 尽快组建我国酶工程研究中心, 以促进我国酶工程技术的研究和酶制剂工业的发展。
3) , 尽快发。近年来, 主要得、蛋白质工程以及其它各种高新技术。为了提高我国酶制剂行业的竞争能力, 国家应大力扶持, 尽快采用和推广行之有效的各种高新技术, 推动行业的技术进步。与此同时, 要在消化吸收国外先进技术的基础上, 进行自主技术创新, 尽快发展具有中国自己知识产权的创新技术, 逐步建立起我国酶制剂生产、研究、开发和应用的核心技术。我国微生物资源丰富, 应该十分重视从海洋微生物和嗜热、嗜冷、嗜盐、嗜酸、嗜碱、嗜压等极端环境微生物中, 发现、研制、开发出具有特殊生物催化功能的新酶种。我国固态发酵技术具有悠久的历史, 积累了丰富的经验。实践证明, 利用固态发酵技术生产丝状真菌的酶制剂, 其发酵水平可以比液态深层发酵高3～10倍, 有的甚至高达20倍。应该通过对固态发酵技术的深入研究, 发挥优点, 克服缺点, 进一步完善和发展固态发酵技术, 使其在发展我国酶制剂工业中发挥重大作用。
(4) 尽快调整产品结构, 大力开发新酶种和新用途, 努力提高产品质量。我国的酶制剂, 产品单一, 质量差, 杂质多, 不能满足市场和消费者的需要, 在与国际酶制剂公司的竞争中处于劣势。为此, 我们应该大力调整产品结构, 尽快改变3种酶“打天下”的局面。
2 发展我国酶制剂工业的若干对策建
议[1～3]
在迈向迎接21世纪的知识经济时代之
际, 我国酶制剂行业面临着很大的挑战和机遇。为使我国的酶制剂工业健康发展, 适应国民经济发展的需要, 并积极参与国际竞争, 笔者特提出如下对策建议:
(1) 走集约化、规模化经营之路, 采用先进生产设备, 提高生产技术水平。面对国际上大型酶制剂公司的强有力的竞争, 我国酶制剂生产厂只有通过合并、兼并, 走集约化、规模化经营之路, 努力采用先进生产设备, 提高生产技术水平, 加快新产品的开发和应用领域的扩大, 增加酶制剂的产量, 提高经济效益, 才能使我国酶制剂工业走上可持续发展之路, 在我国酶制剂市场上占有一席之地。
(2) 加大科技投入, 调整科研体制。我国目前用于酶工程领域的研究和开发经费非常之少, 把企业和国家投入的经费加在一起,
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要抓紧开发、生产各种酶制剂的新产品, 包括
新酶种、新品种、新剂型, 以及根据市场的需要, 注意开发、生产各种复合酶、专用酶, 努力提高产品质量, 积极开拓应用领域, 使我国的酶制剂产品在竞争中尽快占领较有利的地位。
笔者深信, 在迈向21世纪知识经济时代之际, 酶工程技术作为生物技术的一个重要组成部分, 酶制剂工业作为大有发展前途的一个新兴产业, 充满生机, 发展迅速, 前景光明, 大有希望。只要我们坚持“有所为, 有所不为”的原则, 加快应用高新技术, 必将使更大的发展, 在工业, 发。
参 考 文 献
1 居乃琥. 生物工程进展,1987, (4) :17～27;
(5) :1～17
2 居乃琥. 工业微生物,1987, 17(6) :26～34; 1988, 18(1) :26～34
3 居乃琥. 二十一世纪工程研讨会论文集. 1999, 黄山, 20～25
4 Chaplin M F , Bucke C. Enzyme Technology. London :Cambridge University Press , 1990
5 G erhartz W. Enzymes in Industry :Produc 2tion and Applications. Weinheim :VCH , 1990
6 Wiseman A. Handbook of Enzyme Biotchnol 2ogy. New york :Academic Press , 1995
7 Akanuma S , Y amagushi et al. Protein Sci. 1998, () :. , 17(增
, . 二十一世纪酶工程研讨会论文集. 1999, 黄山, 96～104
10 霍兴云. 二十一世纪酶工程研讨会论文集. 1999, 黄山, 105～109
N e w Advances in Enzyme Engineering R esearch and
Enzyme Preparation Industry(Ⅱ)
———Present Status and Development Prospects of Enzyme Preparation Industry
at Home and Abroad , and Countermeasures for Speeding Up the Development
of Enzyme Preparation Industry in China
J u Naihu
(Guan Sheng Yuan (Group ) Company , Ltd. , Shanghai ,200050)
ABSTRACT This paper gave a brief overview of new advances of enzyme engineering research and enzyme preparation industry. Part 2focused on the present status and development prospects of enzyme preparation industry at home and abroad. Some countermeasures for speeding up the development of enzyme preparation industry in China were also put forward.
K ey w ords enzyme engineering , enzyme preparation industry , present status , prospect , coun 2termeasure