生物發酵產業“十四五”時期發展展望

石維忱，王 晉

(中國生物發酵產業協會，北京 100833)

生物發酵產業是國家戰略性新興產業，是重要的民生產業，為食品工業做重要貢獻，為農業、醫藥、紡織、能源等行業提供有力支撐，推動農產品加工產業鏈條的多元延伸，提高農產品的附加值，同時承載著實施“健康中國”戰略目標的任務，為國民經濟發展和社會進步貢獻重要力量?！笆濉币詠?，生物發酵產業堅持以新時代中國特色社會主義思想為指導，在中國經濟進入新常態的形勢下，生物發酵產業不斷推進和深化結構性調整，在面對嚴峻復雜的外部環境和經濟下行的壓力，特別是新冠疫情帶來的嚴重沖擊，全行業堅持穩中求進和新發展理念，堅持創新引領、夯實基礎、提升能力，堅持綠色制造，加強品牌建設，持續推進高質量發展，為滿足人民對美好生活的需求不斷做出新貢獻。

1 “十三五”時期生物發酵產業取得的進展

1.1 產業規模繼續擴大

“十三五”時期，在國家產業政策的支持和引導下，生物發酵產業從現狀和面臨的形勢出發，以滿足消費需求為導向，積極開發新產品，不斷延伸產業鏈和提高價值鏈，產能結構性過剩的現狀在很大程度上得到緩解[1]。行業整體實力平穩上升，產業規模繼續擴大，經濟運行總體保持平穩發展態勢。2015年，主要生物發酵產品產量約為2 426萬t，2019年產量增加到3 064.7萬t，2019年總產值約2 556.7億元，年平均增幅5.9%。其中，氨基酸類產品，2015年產量約為370萬t，2019年產量增加到609.1萬t，增幅達64.7%；有機酸類產品，2015年產量約為212萬t，2019年產量約為245.5萬t，增幅達15.8%；淀粉糖及多元醇類產品，2015年產量約為1 357萬t，2019年產量約為1 635萬t，增幅達20.5%。氨基酸、有機酸、淀粉糖及多元醇等產能及產量多年穩居世界第一位，市場占有率持續提高，國產化能力繼續提升。生物發酵產業的發展方式逐步由規模速度向質量效率轉變，在提升自身發展的同時，帶動和促進食品、農業、醫藥等相關行業的發展。

1.2 出口穩定，國際競爭力增強

2015年，我國生物發酵產品出口量為344萬t，2019年的出口量為526.8萬t，年平均增幅11.7%；出口額從2015年的45億美元增加到2019年的54.45億美元，年平均增幅6.2%；進口量從2015年的82.4萬t增加到2019年的125.4萬t，年平均增幅14.3%；進口額從2015的11.8億美元增加到2019年的14億美元，年平均增幅4.6%?！笆濉逼陂g，行業通過實施內涵式增長與外延式發展同時推進的戰略，逐步實現了產業的轉型升級，開創了高質量發展的新局面，行業綜合競爭力得到了很大的提升。

1.3 科技創新成效顯著

“十三五”期間，生物發酵行業的自主創新體系也得到逐步完善，構建了以企業為主體，政產學研用相結合的產業技術創新體系，形成了新型科技創新平臺。目前，已創建國家級技術中心和重點實驗室59個，中國輕工業重點實驗室18個，中國輕工業工程技術研究中心5個，行業專項技術中心25個，為推動行業技術進步和創新發揮了重要支撐作用。

行業技術研發成果顯著。當前，生物發酵行業企業研發投入平均約占銷售收入的3.9%，有企業達到9%，獲得的具有自主知識產權的專利成果數量逐年遞增?！鞍被犷惖木G色生物制造和高值應用技術”等53項技術榮獲輕工業科學獎勵。目前大部分氨基酸產品都可實現國產化，并逐步實現生物法替代化學合成法、水解提取法。有機酸行業通過技術改進，各項生產工藝參數得到優化。淀粉糖醇行業產品鏈條不斷延伸，新品研發活躍。酶制劑行業已經形成一定的產品和技術特色，建立了產學研聯合機制，形成完整高效的酶制劑研發鏈。酵母自溶生產技術和高端酵母源培養技術也獲得突破，打破了國際壟斷，酵母源生物有機肥在生態農業的應用已實施。這一時期生物發酵行業整體生產技術指標上升到一個新的高度，生產工藝也得到了很大提升。

裝備水平不斷提升。通過加大技術改造和引進的步伐，企業生產裝置設備向自動化、信息化、智能化方向發展，行業裝備水平得到不斷提升，關鍵設備實現國產化，裝備自主化水平得到提高，逐步接近國際水平。

1.4 規?；l展態勢明顯，集中度進一步提高

“十三五”期間，隨著國家產業政策的支持和引導，生物發酵企業大型化和集團化現象明顯，行業的集成度顯著提高，產業布局集群現象明顯?！笆濉逼陂g，生物發酵產業特色區域和產業集群得到快速發展，山東省禹城市“中國功能糖城”和山東省昌樂縣“中國檸檬酸特色產業基地”作為生物發酵產業集群的代表，在帶動地方經濟發展的方面發揮了重要作用。

1.5 標準邁上新臺階

“十三五”以來，根據國務院關于深化標準化工作改革方案，以構建滿足生物發酵產業高質量發展的標準體系為主線，推進生物發酵標準體系建設，擴大標準的有效供給。中國生物發酵產業協會根據行業發展的需求，構建了中國生物發酵產業團體標準體系框架。團體標準體系框架不但涵蓋了生物發酵各個分支領域的產品標準，還涵蓋基礎標準、方法標準和管理標準以及行業配套的設備標準，同時包含了反映行業清潔生產水平的節能環保與綜合利用標準、綠色制造標準以及安全生產標準等多方面內容。

據統計，“十三五”期間，發布或報批的生物發酵領域的標準約為60余項，這些標準的發布實施將有效支撐行業的健康發展，升級創新。其中，由中國生物發酵產業協會發布的《食用酵素良好生產規范》《食用植物酵素》《厭氧顆粒污泥》和《食品加工用氨基酸》4項團體標準獲得了工信部百項團體標準示范項目的稱號，這些示范項目的發布，對于擴大生物發酵團體標準的影響力、推動團體標準的實施具有重要意義。

1.6 生態綠色建設取得成效

“十三五”期間，生物發酵行業高度重視發展與環境的協調與可持續性，通過落實國家節能減排政策，大力推進綠色制造、智能制造體系建設[2]，推廣“綠色制造”標識認定等工作，開展綠色工廠和綠色產品的評價[3]，使得我國生物發酵產業主要污染物排放量持續下降[4]，綜合利用水平持續上升，能耗、水耗均下降20%以上。目前我國生物發酵領域有20余家企業、40余種產品獲得“綠色制造”標識的使用許可，十余家工廠認定為綠色工廠。

2 “十四五”時期生物發酵產業發展方向

“十四五”期間，國際貿易戰的延續以及新冠疫情對全球經濟的影響，造成全球經濟的發展低迷，經濟環境更加復雜，這些都將對我國生物發酵產業造成重大影響?！笆奈濉睍r期作為社會主義現代化建設兩步走的開局階段，將具有承前啟后的歷史作用，生物發酵產業也將進入補短板、強弱項、促改革的高質量發展階段。

2.1 產業發展目標定位

2.1.1實現從生物發酵大國向生物發酵強國的跨越

“十三五”期間，我國生物發酵產業在產業升級和產能提升方面取得了明顯的成績，我國生物發酵產業大國的地位得到進一步鞏固，但是“大而不強”的現狀依然沒有改變，發展的任務還十分艱巨?！笆奈濉睍r期，繼續保持生物發酵產業經濟健康平穩發展，實現年均增長率達8%左右，爭取用10年左右時間建成生物發酵世界強國，實現由大到強的跨越。

2.1.2實現由跟跑、并跑到領跑的跨越

十九屆五中全會提到，到2035年，我國經濟實力、科技實力、綜合國力將大幅躍升，關鍵核心技術實現重大突破，進入創新型國家前列。針對產業發展中存在的關鍵技術短板，要下大力氣引聚創新資源，加強上下游產業資源與科研機構緊密結合，組織各界力量重點攻克核心關鍵瓶頸技術，實現生產中原料、工藝、設備等環節的先進生產制造，實現從跟跑并跑到領跑的跨越。

2.2 現階段存在的問題

2.2.1標準法規

2.2.1.1 基因工程菌和新產品審批問題

在“健康中國”行動的深入推進下，生物發酵產業研發的很多產品均為新食品原料、新食品及飼料添加劑、新化妝品原料，國家對此實施審批許可和目錄管理，盡管相關規定清晰，但審核周期往往經歷漫長，不利于行業創新和發展。

2.2.1.2 標準缺乏問題

新興產業的產品缺乏食品安全標準，致使市場監管總局按照現行食品安全法規定，無法新增產品生產類別，導致企業無法獲得生產許可證，影響了產品入市。

2.2.1.3 團體標準認可問題

按照《標準化法》的有關規定，國家構建了包括國家標準、行業標準、地方標準、團體標準和企業標準在內的新標準體系，但在實際工作當中，各地行政審批部門對于團體標準的認識接受程度不同，使得其在地方的應用差異較大。

2.2.2核心技術

氨基酸、酶制劑等行業關鍵核心菌種自主知識產權問題，仍然是行業發展的“卡脖子”問題。新菌種、新酶的挖掘，高產菌株關鍵基因位點的挖掘與知識產權保護等方面與國外公司相比還存在很大差距。生物發酵產業專用的異構酶和酶的固定化技術、發酵條件和工藝水平上的改進和優化、連續離交或色譜分離、膜分離裝備等分離提取高端裝備和高效的分離提取技術，新產品檢測、性能、特性和功能評價技術，自控及智能化控制水平與國際先進水平相比差距明顯。

原創核心成果有限。國內生產企業核心技術研發主要依靠科研院所，導致科研力量分散科研成果產業化能力相對較弱，研發與產業推廣脫節嚴重。雖然企業研發投入比例較之前有明顯增加，但與國外企業相比仍顯不足，市場開發主要依靠模仿跟蹤。

2.2.3市場環境

國內市場生物發酵產業大宗產品中低端產品已經飽和，價格競爭激烈。國內企業更多的是重視生產和銷售，產品戰略儲備相對不足，下游應用研究力度不夠，市場沒有充分打開。在國際競爭中，我國產品多以低價、量大來占領銷售市場，被反傾銷的案例較多。

國外產品其質量及成本較國內產品具有很大優勢，高端產品在國內市場形成壟斷，跨國企業利用其全球化布局，在諸多方面形成與國內企業的競爭，給我國本土企業開拓國外市場帶來挑戰。

國內下游應用研究力度不夠，針對國內市場需求的產品應用層面的配方設計供給不足，對于現行互聯網的營銷模式運用缺乏。另一方面，是科普宣傳不夠，使得消費者對如益生菌產品和酵素產品期望值過高，造成產品市場的混亂。

2.3 產業發展機遇

2.3.1符合國家經濟社會發展的要求

十九屆五中全會通過的《關于制定國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和二○三五年遠景目標建議》中明確的“十四五”期間的12項重點任務，為生物發酵產業未來五年的發展指明了方向。創新驅動始終是生物發酵產業堅持發展動力所在，開發個性化、多樣化、高檔化、綠色化原料及產品，保證產業鏈和供應鏈安全，滿足消費市場和應用市場對產品的需求，給產業發展帶來新的機會。

2.3.2符合國家綠色發展的戰略要求

推動綠色發展是十九屆五中全會通過的關于“十四五”時期重點任務之一。如何加快綠色低碳發展，全面提高資源利用率，在推進工業化、城鎮化進程的同時，解決各類環保問題，走出一條生態發展的道路是亟須解決的重要問題。生物發酵產業綠色低碳加工方式，是順應自然、保護自然的產業，同時也為下游產業提供了實現綠色加工方式的工具和解決方案。

2.3.3產業國際競爭力不斷增強

我國生物發酵產業規?；呀浶纬?，氨基酸、有機酸、淀粉糖及多元醇等產能及產量多年穩居世界第1位。產品整體質量明顯提升，產品品種不斷增加，市場占有率持續提高，國產化能力繼續提升，將原料吃干榨凈的發展模式使產業綜合競爭力在國際上處于高水平。我國玉米加工產品的品種與發達國家相比有新發展空間。

2.4 產業發展重點任務

2.4.1補齊產業鏈短板

加強新原料的發掘。目前，生物發酵工業所用原料包括玉米、大米、小麥、薯類、糖蜜等，其中80%以上是玉米，玉米約占生產成本的40%。近十幾年有關玉米深加工產業政策變化較大，玉米的價格始終處于波動狀態。原料對于行業發展的限制已經日益凸顯?！笆奈濉逼陂g，應加快新原料的開發和現有原料的替代，逐步降低對玉米原料的依賴。

優化產品結構。目前生物發酵產品大多數還是應用于傳統領域的低值的大宗產品，缺少用于醫藥、健康防護等領域的高端產品，不能適應市場變化的需求?！笆奈濉睍r期，要推動行業做好主產業鏈條，不斷拓展應用領域，發展中高端產品，使高端產品產量占比在現有的基礎上增加10%以上。產品形式可根據用戶要求進行個性化定制，滿足市場需求。通過加快原料挖掘和優化產品結構，逐步實現生物質原料替代石化原料、生物質產品替代化工產品，進而提升整個生物發酵技術水平。

2.4.2提升菌種水平

菌種是生物發酵產業的核心，“十四五”期間，大力圍繞提升生產菌種性能和自主產權、原料利用率、糖酸轉化率展開攻關。通過開發生物功能的定量解析和描述方法，建立多層次、多目標函數的數字化細胞設計工具，形成高性能菌種按需計算設計的能力；建設自動化DNA合成裝配、基因組自動化編輯平臺技術體系，通過自動化機器人實現大片段DNA高通量自動化合成組裝和基因組整合；建設高通量微型發酵、定量分析化學測試和定量生物學測試技術平臺，快速分析菌種的發酵性能、生理特征及代謝瓶頸，指導菌種的持續設計改造；建立高效的極端發酵環境適應性進化技術，持續提升菌種水平。

2.4.3推動智能制造

2.4.3.1 提升發酵過程在線檢測與自動控制技術

研究并應用在線檢測及分析軟硬件，實現發酵原料和發酵過程生化信息等多參數的高效采集；構建基于過程控制技術、智能工程技術、代謝工程技術、動態優化技術和發酵工程技術的集約型發酵過程控制系統，進行發酵過程狀態預測和模式識別、在線控制與優化以及故障診斷和預警；通過高精度在線檢測和自動控制的技術集成，建立不同發酵產品工業發酵生產運行模式，提升發酵過程控制技術水平，形成具有自主知識產權的發酵過程控制應用技術。

2.4.3.2 優化分離純化共性關鍵技術與裝備

推動先進膜分離、色譜分離、智能電滲析等先進分離提取技術的應用，推進適合工業化的高效分離設備及裝置的開發和優化，在膜分離、層析分離和工業色譜等方面形成具有自主知識產權的裝備產品，提高分離效率、減少介質污染、提升產品品質、降低成本。

2.4.3.3 優化智能生物反應器

開發具備物理狀態及生理代謝狀態多參數采集的高級發酵罐罐體、過程先進檢測儀表尾氣檢測儀、活細胞量檢測儀、電子嗅代謝物測定儀、在線紅外分析儀、電子顯微攝像儀等；達到發酵過程各道工序的自動化控制，開發過程離線和在線多參數數據采集和存檔的智能化軟件，進行根據生物代謝特性規律的系統程序編輯，以實現過程數據的自識別與診斷功能；開發根據不同發酵產品生產過程的代謝參數實施針對性的自動化反饋優化調控技術。

2.4.3.4 開發智能化分離純化裝備

開發具有快速、精準識別組分差異、適于規?；珳史蛛x純化的分離介質以及智能化膜分離純化裝備、智能化色譜分離裝備。

2.4.4推進綠色制造節能環保

2.4.4.1 大宗生物發酵產品清潔生產技術

創制谷氨酸、賴氨酸、檸檬酸、乳酸、酵母等大宗生物發酵產品濃醪發酵等發酵技術，建立綠色提取精制技術，實現大宗產品發酵工藝的全流程重構與清潔生產。解決大宗生物發酵產品生產過程有機廢水排放高和分析提取過程酸堿排放高的問題。完成發酵原料水解、過程控制到提取精制的系統技術創新。

2.4.4.2 酶蛋白生產發酵控制技術

通過分析酶蛋白發酵過程中碳源、氮源等原料成分，解析細胞生長狀態、產酶水平及營養環境變比，確定發酵過程條件。解決酶蛋白發酵過程中原料利用率低、菌種難以高水平發揮效能等問題，提高原料利用率和發酵水平。

2.4.4.3 可循環與零排放工藝設計研究

通過對生產過程中產生的非目標廢液的循環和蒸發水的回收設計，運用水資源高效利用技術，實現可循環和零排放的目的。

技術創新重點圍繞提升生產菌種性能和自主產權、原料利用率、糖酸轉化率、分離提取收率等技術水平；注重節能、節水、清潔生產、環保技術開發應用，實現綠色制造；加強創新研發，增加企業新產品的儲備，深化產品結構性調整，實現生物發酵產業高質量發展。

2.4.5完善標準保駕護航產業發展

2018年1月起實施的標準化法在原有的國家標準、行業標準、地方標準、企業標準體系中增加了團體標準，賦予了團體標準法律地位。新型標準體系規定了安全標準制定強制性國家標準；基礎標準(包括術語標準和分類標準)制定推薦性國家標準；管理標準(包括企業良好生產規范和衛生規范等)制定國家標準或行業標準；方法標準制定國家或行業標準；產品標準，起引領作用技術要求制定國家標準，行業重點領域產品制定行業標準，其余產品制定團體標準。當前，生物發酵產業領域的標準以產品標準居多，未來，圍繞提升產品質量、增加產品種類、創新產品品牌、淘汰落后產能的原則，加快產品標準(如酵素、益生制品、生物資源提取等新興行業)，通用標準(如管理標準、方法標準、節能環保與綜合利用標準、綠色制造標準、安全生產標準等)、裝備標準(如發酵設備、分離設備、提取設備、環保設備、包裝設備等)的研制，使行業標準覆蓋率達到80%以上。

2.5 保障措施

2.5.1充分發揮協會職能，定期開展產業調研

深度發掘產業發展中遇到的共性問題及卡脖子問題，同時充分利用國家產業扶持政策，爭取獲得政策支持。

2.5.2建立立體、交叉、多層次的政產學研用合作平臺

充分發揮政府引導和市場主導作用，以重大項目為抓手推動產學研合作，優化整合優勢資源，加速創新要素聚集，實現科學界和產業界的融合發展。針對產業發展中存在的集中問題，集中科技、人才、資源等關鍵要素，根據專業領域建設產業技術研究院，針對“共性關鍵”問題，實現跨領域、產業上下游，產學研協同合作，突破一批具有自主知識產權的關鍵技術。

2.5.3堅持綠色、智能創新，推動產業升級

有針對地設立綠色低碳技術服務專項，突破制約行業發展瓶頸，提升生物發酵行業綠色制造和智能制造水平，逐步完成從源頭到末端，從清潔生產到末端治理，從生產工序自動化到整個車間智能化的提升和改造。

2.5.4優化標準體系，引領行業高質量發展

建立并完善生物發酵行業標準體系，加快新型行業產品和方法標準的供給，探討和建立科學的評價標準，推進良好生產規范、綠色標準、智能標準以及通用標準的制定和完善。

2.5.5開展國際交流，服務企業走出去

舉辦細分行業國際論壇，加強國內企業與國外先進企業的交流和學習。通過論壇、沙龍、座談等活動在會員之間分享海外發展的成功案例。與優秀的咨詢機構建立深度合作，為企業提供拓展海外市場的政策、法律和信息等服務。

3 結 語

生物助推科技，發酵引領未來?！笆奈濉鄙锇l酵產業將以習近平新時代中國特色社會主義思想為指導，在高質量發展意見指導下，就研發新品種、開發分離提取技術與裝備，提高生產效率，實現綠色制造，增加新產品儲備，開發高端產品，開拓應用領域，增加標準有效供給，以消費需求引領產品生產，提高市場動力，逐步樹立生物助推科技，發酵引領未來的理念，從而實現讓生物發酵賦能健康中國的目標。