黑龙江省绿色生物制品制造发展策略与路径研究.pdf

2023 年 27 期方法创新科技创新与应用Technology Innovation and Application黑龙江省绿色生物制品制造发展策略与路径研究佟璐1，江佳萍2，赵晓宇2*（1.黑龙江省科学院，哈尔滨 150001；2.黑龙江省科学院微生物研究所，哈尔滨 150080）2010 年以来，美国、欧盟、日本等发达经济体围绕生物制造产业发展和微生物菌种制造研发已经积极开展战略布局，在后续的发展历程中，生物制造产业年均增速已超过 15%。据世界经合组织（OECD）预测，到2030 年全球生物制造产业规模可望达到工业总产值的 35%，成为生物经济时代的重要制造业形态，有力支撑生物经济社会发展。1国际绿色生物制造产业现状分析生物制造是指以生物体机能进行大规模物质加工与物质转化、为社会发展提供工业商品的新行业，是以微生物、细胞或以酶蛋白为催化剂进行化学品合成，或以生物质为原料转化合成能源化学品与材料，促使能源与化学品脱离石油化学工业路线的新模式，主要表现为先进发酵工程、现代酶工程、生物炼制和生物过程工程等新技术的发明与应用，具有低碳循环、绿色清洁等典型特征。从根本上改变化工、医药、材料、能源食品及轻工等传统工业制造过度依赖化石原料和高污染、高排放的加工模式，推动工业制造向绿色、低碳、可持续发展模式转型，是绿色友好的高端生物技术。生物制造产业可划分为生物发酵制品、生物基材料、微生物菌种制造、酶工程与生物催化 4 个领域。目前绿色生物制造产品在各行各业的占比越来越高，绿色生物制造产摘要：生物制造是生物经济领域核心内容，以合成生物学为代表的新一代生物制造技术将颠覆传统产业，带来第四次工业革命。黑龙江省正处于产业发展的十字路口，如何发挥该省资源、科教、制造等领域优势，如何在变革期实现换道超车，打造无中生有、有中生新的产业格局，绿色生物制造是核心内容。面对行业痛点及产业瓶颈，只有坚守以保障国家经济安全和人民群众美好生活需要为出发点，坚持以科技创新为产业支撑，打造政产学研用金创新要素集成的创新平台，深度挖掘该省生物资源，以龙头企业为创新主题，深度融入国内国际双循环，打造具有龙江特色的绿色生物制造产业集群，实现龙江经济跨越式腾飞。关键词：生物制造；供需矛盾；绿色可持续发展；科技创新；生物经济中图分类号院Q-3文献标志码院A文章编号院2095-2945渊2023冤27-0138-04Abstract:Biomanufacturing is the core content of the bioeconomy field,and the new generation of biological manufacturingtechnology represented by synthetic biology will overturn traditional industries and bring about the fourth industrial revolution.Ourprovince is at a crossroads of industrial development.How to leverage our advantages in resources,science and education,manu鄄facturing,and other fields,how to achieve lane changing and overtaking during the transformation period,and how to create a newindustrial pattern where there is something out of nothing,and where there is something new,green biological manufacturing is thecore content.In the face of industry pain points and bottlenecks,only by adhering to safeguarding national economic security andthe needs of the people for a better life as the starting point,adhering to technological innovation as the industrial support,creat鄄ing an innovation platform for integrating innovative elements of government,industry,academia,research,and research,deeply ex鄄ploring our provinces biological resources,taking leading enterprises as the innovation theme,deeply integrating into the domesticand international dual circulation,and creating a green biological manufacturing industry cluster with Longjiang characteristics,Re鄄alize the leapfrog development of Longjiangs economy.Keywords:biomanufacturing;contradictions between supply and demand;green and sustainable development;technological in鄄novation;Bioeconomy基金项目院黑龙江省经济社会发展重点课题（22278）；黑龙江省科技计划省院科技合作项目（再杂圆园月园远）第一作者简介院佟璐（1985-），女，博士研究生，副研究员。研究方向为生物经济。*通信作者院赵晓宇（1979-），男，硕士，研究员。研究方向为微生物。DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2023.27.033138-方法创新科技创新与应用Technology Innovation and Application2023 年 27 期业在全球都具有巨大的发展潜力和广阔的市场。各类生物制造产品中酒精占有重要地位，2020 年全球生物燃料乙醇产量达到 1.2 亿 t。据国际能源署预测，到 2050 年全球生物液体燃料消耗量将达到 11 亿t，占全世界交通运输燃料的 27%，其中主要依靠发展二代生物燃料来实现1。我国是氨基酸类原料药的供应国，同时也是氨基酸产品的重要需求国。近年来，随着国内氨基酸行业快速增长，进口替代较为明显。随着我国氨基酸出口规模的快速发展，目前我国氨基酸类产品的出口金额和数量均己超过进口。我国是有机酸生产大国，日本是世界最大苹果酸生产国和出口国。美国Miles 化学公司是世界最大苹果酸生产商，我国苹果酸总产能已突破 1.2 万 t。全球乳酸产能约 75 万t，3 家产能超过 10 万 t 规模的公司分别为荷兰科碧恩-普拉克公司、美国 Nature Works 公司和中国金丹科技2。我国功能性低聚糖到“九五”期间（1996 年）形成了工业规模和商品化。中科院微生物所和保龄宝公司合作建成我国第一个年产 0.2 万 t 的功能性低聚糖工厂。生物基材料是新材料产业发展的重要组成部分，市场需求广阔。目前全球生物基材料产量在 5 000 万 t 左右，我国生物基材料产业的热点主要集中在聚乳酸等可降解材料，纤维素、淀粉等天然高分子基材料，生物基复合材料和生物基碳材料等。目前世界上益生菌产业市值已达 400 亿美元，每年的增长速度为 15%20%，而我国益生菌产业每年以高于 15%的增速快速发展3。酶是重要的生物催化剂，也是生物产业的支柱产业，是 21 世纪最有希望的新兴产业之一。国际酶制剂市场被丹麦诺维信、美国杜邦杰能科、荷兰皇家帝斯曼等巨头企业所垄断。我国酶工程与生物催化产业经过 50 多年的长足发展，已进入世界酶制剂生产的大国行列，目前已实现规模化生产的酶制剂达到 30 种左右4，年销售额约占国际市场的 10%。但是我国的酶工程与生物催化产业和国际水平相比还有很大差距。2绿色生物制造制品的市场需求与供给之间的矛盾凸显绿色生物制造产业的矛盾主要根源是巨大的市场需要与产业供给之间的延迟和黏性效应导致的。生物发酵制品：对于生物燃料、氨基酸、有机酸、功能糖和调味品等生物发酵制品，全球市场需求量日益增长，但是部分产品的供给不足，这就导致了一定程度上的供需失衡，且我国的生物发酵产业水平较国外存在一定差距。生物基材料：目前我国生物基高分子的年产量较低，生物基产品替代率不足 5%，发展潜力巨大。与发达国家相比，我国生物基材料产业无论在技术与产品还是在产业的规模和水平上都存在一定的差距。微生物菌种制造：我国是食用菌的生产大国，但在工厂化应用品种、栽培调控技术、产品精深加工等领域，还需向日韩等国家学习。此外，益生菌行业快速发展，市场空间大。自2016 年以来，益生菌功能性食品和饮料主导整个益生菌市场，对功能性食品和引入创新性产品与配方的需求推动着市场的增长。酶工程与生物催化：目前为止全球酶制剂市场正以平均 11%的速度逐年增长，近年来随着合成生物学的发展，酶更是合成生物学的中心，酶工程与生物催化产业的发展前景相当广阔5。但是我国的酶工程与生物催化产业与国际水平相比还有很大差距。3黑龙江省发展生物制造的思想路径对上述问题得以发生的逻辑根源进行解读后，在思想上从以下方面入手解决这一问题。3.1坚持发展原则基本原则。坚持底线思维，以保障国家经济安全和人民群众美好生活需要为出发点，针对不同发展情形采取有效实施路径，集中力量优先保障基本供给，维护产业安全，研究制定有效反制措施，着力化解国家经济安全。坚持创新引领，围绕提高生物制造自主创新能力，加快实施核心技术攻关，全面提升设施装备技术人才、资金供给水平，掌握关键核心菌种研发生产成套技术，大幅提高产品附加价值和国际竞争力。坚持聚焦重点，聚焦对国家经济安全有重大影响的关键菌种，加强共性技术研发和平台建设，以点带面促进自主技术在生物制造方面广泛应用，带动生物制造研发水平整体提升。坚持市场导向，面向国内国际市场重大需求，加强生物制造产学研用结合，更好发挥企业创新主体作用，优化协同研发及成果转化机制，全面推动国产生物制造产业化发展和应用示范。产业发展原则。政府引导，市场主导，坚持引进来与走出去相结合，利用两种资源、两个市场，充分发挥区位优势，加强与国外生物技术的合作交流，扩大招商引资，利用全球化机遇加快生物产业发展。整合生物产业资源，避免产业同构和恶性竞争。在重点区域营造生物产业发展的适宜环境，通过政府引导和市场选择，集中投入，形成若干以大企业（集团）为核心、专业化中小企业协作配套的产业集群。通过发挥生物产业基地、高新技术产业园区的辐射示范作用，促进全省生物产业跨越式发展。充分发挥政府和行业协会的引导和桥梁作用，营造行业发展的优良公共环境，完善产业政策、公共服务和监管。创新驱动，突出特色，加快创新平台139-2023 年 27 期方法创新科技创新与应用Technology Innovation and Application建设，完善创新体制机制，打造良好的创新环境和氛围，大力推进设计研发、技术创新和改造。有序推进产业园区整合和规划调整，提高产业承载能力，引导产业集群升级。加快产业组织模式创新，加强产业链资源整合，鼓励企业兼并重组，促进企业联合做大做强。从全省生物产业全局和长期战略目标出发，围绕优化产业结构与布局，坚持分步实施，在整合集成现有各类开发区的基础上发展特色生物产业基地。集聚发展，打造龙头：立足现有企业，政府引导，自愿合作，鼓励和支持优势企业联合，组建品牌为核心、资本为纽带的品牌运营公司，打造龙头企业，带动行业提升价值链。统筹现有公共服务平台进行主体和功能整合，最大限度地发挥平台作用。整合有限的专业市场、土地和环境等资源，集中支持龙头企业和公共服务平台建设和运营。塑造品牌，走向国际，推动自主企业品牌建设，着力培育行业强势品牌，整体提升产品价值链。顺应国家文化产业大发展要求，发挥黑龙江省独特文化底蕴，塑造产业新亮点和新名片。积极汇聚和利用全球生物产业创新资源，加快产业链、创新链、价值链全球配置，全面提升产业国际竞争力和影响力。整合配置全球要素和资源，积极推动生物制造领域开展国际合作，吸纳省外、国外重点企业，助推省内优势企业“走出去”发展。生物安全，绿色发展，把开发生物资源与保护绿水青山相结合，坚持生态优先，将生物产业开发强度严格控制在区域生态承载力以内；牢固树立绿色低碳循环发展理念，普及开发绿色技术。在确保生物安全的前提下，坚持不与粮食争地、不与农民争粮食、不破坏生态的“三不原则”。处理好资源开发、环境保护及加快生物产业发展的关系，促进人与自然和谐可持续发展。3.2强化产业创新平台建设优先发展齐齐哈尔大学、黑龙江省科学院微生物研究所、黑龙江八一农垦大学、东北农业大学、齐齐哈尔龙江阜丰生物科技有限公司、黑龙江象屿农业物产有限公司、中粮生化能源（龙江）有限公司、国投生物能源（海伦）有限公司、黑龙江成福食品集团有限公司、新和成集团、同江市丰顺农业发展有限公司、黑龙江原野食品有限公司和哈尔滨健康农牧业有限公司等建立黑龙江省生物发酵产业创新中心；促成黑龙江省科学院微生物研究所、东北林业大学、东北农业大学、黑龙江省农科院牡丹江分院、华腾生物、黑尊集团、鑫鑫菌业、北大荒集团、珍珠山集团和森工集团等建立食用菌产业创新中心。促成东北农业大学、黑龙江大学、哈尔滨商业大学、黑龙江省科学院、美华生物、国宏环保、飞鹤乳业、完达山乳业和安泰生物等建立黑龙江省益生菌产业创新中心。促成东北林业大学、哈尔滨工业大学、哈尔滨工程大学、哈尔滨理工大学、齐齐哈尔大学、天顺公司、鑫达公司、清河泉、农垦金谷和农垦鑫能等建立黑龙江省生物基材料产业创新中心。促成东北农业大学、黑龙江大学、中国农科院饲料所、哈尔滨商业大学、黑龙江八一农垦大学、黑龙江省科学院、北京夏盛、武汉新华扬、北大仓集团和秋林集团等建立黑龙江酶工程与生物催化产业创新中心。促成黑龙江省科学院、中科院天津生物技术研究所、新和成集团、绥化市政府、哈尔滨工业大学、黑龙江伊品生物科技有限公司、黑龙江鑫达企业集团有限公司建立黑龙江合成生物学产业创新中心。3.3差异发展特色绿色生物制造产业优先发展生物发酵制品及食用菌产业。立足黑龙江的生态环境和资源优势，以“粮头食尾”“农头工尾”为抓手，以转变生物发酵制造产业发展方式为主线，以提高玉米等生物质资源开发深度和加工转化程度为主攻方向，着力发展精深加工产品，提升优级食用酒精、新型氨基酸产品、多元醇及功能发酵制品等产业规模，推动生物发酵产业发展，引导生物发酵制造企业集聚成群、产品成链，构建规模领先、特色突出、绿色循环的生物制造产业体系，打造国内有影响力、有竞争优势的新兴生物制造产业基地。根据黑龙江省食用菌产业现状，食用菌产业战略发展方向是，围绕传统木腐菌、新兴草腐菌和野生食用菌 3 个领域开展北方寒地食用菌种质资源的收集、保藏、利用和创新；支撑黑龙江省传统食用菌产业继续做大做强、新兴草腐菌产业迅速发展解决秸秆处理难题、保育野生食用菌资源提高生态效益。重点在良种选育、精准栽培、产品精深加工和废料生物处理等环节形成突破，同时承接产业突发共性问题和企业技术需求解决方案研究与突破。鼓励发展产业（益生菌、生物基材料），发挥黑龙江省生物资源大省优势，以生物资源为基础，充分挖掘黑龙江省生物资源开发潜力，探索多元化的核心益生菌价值实现形式，将益生菌与乳业、果蔬、植物基相结合，充分体现益生菌的健康价值，使其全面应用于食品工业、健康医疗、畜牧养殖、水产养殖、农业种植及环境保护等领域，打造多元生物产业体系，培育新的经济增长点，推进经济发展动力变革、效率变革和质量变革，积极推进区域体制机制创新，探索推进区域全面振兴、全方位振兴的新经验、新模式。生物基材料，立足黑龙江的生态环境和资源优势，提高玉米、水稻、小麦等农作物秸秆的资140-方法创新科技创新与应用Technology Innovation and Application2023 年 27 期源化利用，重点针对原料提取、精炼、合成和材料制备进行技术开发，以纤维素等天然高分子基和聚乳酸等合成高分子基材料关键生产技术为主线，以提高生物质资源开发深度和加工转化程度为主攻方向，着力发展低成本高性能产品，消除供给链瓶颈。引导生物基材料制造企业集聚成群、成品成链、体系健全，构建规模领先、制造精良、绿色环保的产业体系，打造国内行业领先、高竞争力的新型生物基材料产业基地。培育产业（酶工程与生物催化、合成生物学）。酶工程与生物催化：聚焦酶制剂在食品、医药、饲料等产业提升中的重大需求，重点围绕新型酶制剂的创制，进行“基础研究-技术创新-产业示范”的全链条设计。构建具有自主知识产权的核心菌种，建立酶制剂在食品、医药、饲料等产业的应用示范，取得显著的经济和环境效益，建立引领未来的新型生物制造产业链。合成生物学：以实用性合成生物构建的基础研究为重点，以技术创新引领，全链条一体化布局，突出重点问题，创建合成生物学创新研发平台，快速提升黑龙江省合成生物的设计与构建能力，促进合成生物技术创新与应用，形成标志性成果。4发展绿色生物制造产业的实施路径对上述问题得以发生的逻辑根源进行解读后，在实践上应该从以下方面入手解决这一问题。4.1推进生物制造核心菌种资源挖掘和智能化保藏加大寒地特色菌种资源收集、整理、保藏，深度挖掘菌种资源，解决菌种保藏规模小、品种不全，特色资源尚未充分挖掘的问题，建设智能化生物数据库、蛋白元件库、核心菌种保藏库。4.2开展科学攻关以国家战略需求为导向，设置政府引导科研攻关专项，重点在绿色生物制造、合成生物学方面，加强基础研究；开展系统性生物制造攻关工程，促进共性技术研发，突破技术瓶颈；开展产业化示范工程项目，在关键技术领域取得突破并产业化应用；引进消化吸收再创新高端生物制造项目，重点对接国内外知名生物制造生产企业，支持现有企业加大技术改造力度，扩大产业规模。4.3构建产学研用金融合发展模式重点围绕生物制造领域中，在优良菌种选育、发酵代谢调控工程技术、完善上下游产业链条延伸和促进产业要素集成发展等方面加强高等院校、科研机构、龙头企业和投融资机构协助融合，构建上下协同、横纵联合的创新体系；推动研发机构和企业主体有效强化知识产权意识，并完善知识产权管理。4.4培育壮大生物制造产业培育省内生物制造产业，促进激发企业活力和竞争力，不断提升战略性产品和技术水平，促进形成良性循环和自主发展能力；着力培育生物制造龙头企业，将生物制造领域成长性强的企业优先纳入黑龙江省“规模以上企业培育专项行动”；对接中国生物制造产业联盟、协会等外部资源，组织专家提供长期技术支撑；引导生物制造项目入驻产业园区，推动企业和研发资源整合和集聚发展，改造并新建生物制造产业园。4.5广泛拓展国际合作强化与国际顶级区域及机构的合作，引进国内外先进人才、技术、产品；发挥市场优势，走出去和引进来相结合，与国际先进生物制造头部企业开展联合研发和合资运营；特别是加强与“一带一路”沿线国家和地区科技合作，建立科技联盟、产业促进联盟、成果转移转化专业机构，促进产品应用领域拓展，推进国际互惠合作。5结束语面对生物产业创新的高潮，必须以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，全面贯彻党的二十大精神，坚持新发展理念，坚持高质量发展，以维护国家经济安全、满足人民群众美好生活需要为基本出发点，针对不同发展情形制定有效实施路径，加快建立微生物菌种制造自主创新体系。探索构建新型举国体制，开展关键核心菌种技术攻关，夯实产业创新基础，有效促进生物制造产业创新协同，壮大生物经济新动能，为掌握新一轮全球科技、产业、经济竞争战略主动提供有力支撑。参考文献院1 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