工業(yè)酶進(jìn)展和未來展望

段 鋼[杰能科（中國(guó)）生物工程有限公司，杜邦工業(yè)生物科技部，上海 200335]

工業(yè)酶進(jìn)展和未來展望

段 鋼
[杰能科（中國(guó)）生物工程有限公司，杜邦工業(yè)生物科技部，上海 200335]

回顧了近兩年工業(yè)酶的發(fā)展和市場(chǎng)狀況，分析了不同領(lǐng)域、國(guó)家和地區(qū)的應(yīng)用情況，特別是飼料酶的使用，同時(shí)對(duì)未來的工業(yè)酶制劑發(fā)展前景進(jìn)行了展望 。

2012年末～2013年初，應(yīng)《生物產(chǎn)業(yè)技術(shù)》邀請(qǐng)，筆者分幾個(gè)專題按不同市場(chǎng)和酶制劑應(yīng)用的類型介紹了：工業(yè)酶制劑的現(xiàn)狀和未來發(fā)展 ；酶制劑在淀粉生產(chǎn)和淀粉加工上的應(yīng)用 ；酶和生物技術(shù)在生物燃料生產(chǎn)中的應(yīng)用 ；酶制劑對(duì)生物化學(xué)品工業(yè)生產(chǎn)過程的影響 ；酶制劑在洗滌和紡織行業(yè)的應(yīng)用 ；酶制劑在食品和飼料行業(yè)的應(yīng)用 。至此，雖然不及三年，但期間工業(yè)酶的發(fā)展不小。文章按總體市場(chǎng)、不同國(guó)家和地區(qū)、應(yīng)用來回顧和分析市場(chǎng)的變化，并展望未來3～5年的發(fā)展。

1 總體市場(chǎng)

酶制劑并不是一個(gè)很大的行業(yè)，工業(yè)酶也只是酶制劑市場(chǎng)的一部分，當(dāng)討論工業(yè)酶制劑時(shí)，通常指食品和飲料、飼料、生物燃料和洗滌等四個(gè)大的

市場(chǎng)的應(yīng)用，當(dāng)然還有如紡織、皮革、造紙等小部分， 但并不包括醫(yī)藥、研發(fā)、診斷外的酶制劑銷售額。2011年，F(xiàn)reedonia World Enzyme Report調(diào)查和分析了整個(gè)酶制劑市場(chǎng)，給出了2010年工業(yè)酶市場(chǎng)總額（圖1）。此次回顧的一些數(shù)據(jù)來源于MarketsandMarkets 2014年報(bào)告，與Freedonia報(bào)告的一個(gè)主要區(qū)別是該報(bào)告集中于工業(yè)酶制劑市場(chǎng)，而不是所有酶制劑市場(chǎng)。該報(bào)告把酶制劑市場(chǎng)，按種類、應(yīng)用和地區(qū)進(jìn)行了分類比較。其給出的2013年工業(yè)酶制劑的市場(chǎng)（按應(yīng)用分類）如圖2。值得指出的是：本文分析的數(shù)據(jù)來源比較廣泛，除了上述的獨(dú)立研究報(bào)告外，還有行業(yè)主要酶制劑生產(chǎn)商的年報(bào)和財(cái)政報(bào)告 。獨(dú)立研究報(bào)告中的市場(chǎng)數(shù)字通常比較大，或比生產(chǎn)商公開的數(shù)字大。公開的酶制劑生產(chǎn)商的業(yè)績(jī)報(bào)告中提到的市場(chǎng)，其中主要原因生產(chǎn)商討論的數(shù)字是要去除稅

段鋼，杜邦工業(yè)生物科技、生物精煉亞太應(yīng)用及技術(shù)服務(wù)總監(jiān)，江南大學(xué)兼職教授。

E-mail:gang.duan@dupont.com務(wù)價(jià)格和經(jīng)銷商的利潤(rùn)等因素的，他們可觸及的數(shù)字。

圖2 2013年全球工業(yè)酶市場(chǎng)分項(xiàng)及比例（單位：百萬美元）

圖1 2010年全球工業(yè)酶市場(chǎng)分項(xiàng)及比例（單位：百萬美元）

由圖1和圖2比較中可看出，飼料酶是增長(zhǎng)比率最快的，從2010年不到4億美元，到2013年超過8億美元，其大發(fā)展的主要原因之一是近年來全球大宗商品漲價(jià)，特別是玉米價(jià)格。因此采用麥類等相對(duì)便宜的谷物替代玉米成為一種解決辦法，而使用麥類原料通常需要更多的酶制劑（關(guān)于此方面的應(yīng)用下面的飼料酶發(fā)展部分會(huì)進(jìn)一步討論）?？焖僭鲩L(zhǎng)的還有生物燃料酶市場(chǎng)，這方面的主要貢獻(xiàn)來自于美國(guó)，美國(guó)的燃料酒精生產(chǎn)從2010年85萬桶增加到2013年的95萬桶，期間美國(guó)玉米的高價(jià)格影響了發(fā)展速度。洗滌酶市場(chǎng)雖然絕對(duì)值有增長(zhǎng)，但占整個(gè)工業(yè)酶制劑的比例已有所下降。除了因?yàn)槠渌袠I(yè)的增長(zhǎng)速度相對(duì)較快，另外還因?yàn)橐后w洗滌劑的發(fā)展和其份額的增加（液體洗滌劑酶制劑應(yīng)用的比例比顆粒洗滌劑少）。 這種趨勢(shì)似乎并沒有減弱的態(tài)勢(shì)，諾維信2015年上半年年報(bào)中揭示，其洗滌劑酶業(yè)務(wù)為零增長(zhǎng) 。食品酶在整個(gè)工業(yè)酶市場(chǎng)中的比例沒有變化，仍然是工業(yè)酶制劑應(yīng)用的主流，且保持增長(zhǎng)的勢(shì)頭。值得關(guān)注的是，諾維信2014年報(bào)中揭示，其食品酶的市場(chǎng)份額為26%，而這個(gè)數(shù)字遠(yuǎn)低于該公司在總體工業(yè)酶制劑市場(chǎng)的份額，說明食品酶市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，有眾多的酶制劑生產(chǎn)商來分享這塊大蛋糕。 雖然食品用酶仍然保持發(fā)展的趨勢(shì)，但由于法規(guī)等的限制，使新的高性能的酶種的引入在很多國(guó)家和地區(qū)都變得相對(duì)困難, 限制了企業(yè)產(chǎn)品的更新從而影響行業(yè)的發(fā)展。舉個(gè)例子，相當(dāng)一部分人會(huì)問，酶制劑是不是GMO，酶制劑只是蛋白產(chǎn)品，并不是活菌體。

表1 國(guó)內(nèi)酶及應(yīng)用相關(guān)文獻(xiàn)量（CNKI檢索）

表2 國(guó)外酶及應(yīng)用相關(guān)文獻(xiàn)量（ScienceDirect 檢索）

除了商業(yè)報(bào)告，筆者也嘗試根據(jù)數(shù)據(jù)庫檢索的數(shù)據(jù)了解國(guó)內(nèi)外有關(guān)的學(xué)術(shù)研究的情況。國(guó)內(nèi)以CNKI數(shù)據(jù)庫、國(guó)外以ScienceDirect數(shù)據(jù)庫為工具，具體檢索結(jié)果見表1、表2。

從表1可看出，酶在食品中的應(yīng)用研究相當(dāng)多，但并不是僅被稱為食品酶。酶在飼料中的研究也較多，文章發(fā)表數(shù)量增加也較快。同樣，研究以酶在飼料中的應(yīng)用出現(xiàn)，而不是飼料酶一個(gè)詞。洗滌用酶研究本身就很少，并且有下降趨勢(shì)。發(fā)酵過程中酶制劑的使用，包括酒精、氨基酸、有機(jī)酸等大宗產(chǎn)品中應(yīng)用， 此方面的應(yīng)用還是很廣泛的。

國(guó)外飼料用酶的研究也呈上升趨勢(shì)，與國(guó)內(nèi)相比，上升的趨勢(shì)更明顯，值得注意的是，2015年至今，發(fā)表的文章（50篇）已超過2014年（481篇）；洗滌劑用酶應(yīng)用相對(duì)較少，且有下降的趨勢(shì)，這和CNKI的趨勢(shì)相同；酶制劑在發(fā)酵中的應(yīng)用有增長(zhǎng)；國(guó)外的食品酶研究也不少，但呈減少趨勢(shì)～。

2 國(guó)家和地區(qū)

表3 亞太區(qū)近年工業(yè)酶制劑應(yīng)用市場(chǎng)和預(yù)測(cè)（單位：百萬美元）

表4 全球酶制劑銷售和預(yù)測(cè) (單位：百萬美元）

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全球范圍內(nèi)，酶制劑的應(yīng)用仍然在穩(wěn)定地增加，但近兩年步伐放緩，在亞太區(qū)域和中國(guó)也是如此。從表3、表4中的數(shù)據(jù)分析，2013年亞太的銷售額占全球21.6%，而中國(guó)占亞太的銷售額超過53%，占全球11.4%。據(jù)世界銀行和世界貨幣基金的統(tǒng)計(jì) ，2013年中國(guó)的GDP占世界的1 2.3%、1 2.4%，相比之下，酶制劑應(yīng)用的水平還處于較低的水平。

“意”是道德意志，是人們?cè)谕瓿赡繕?biāo)的社會(huì)實(shí)踐過程中，表現(xiàn)出來的克服重重艱難險(xiǎn)阻、不怕困難、頑強(qiáng)拼搏的毅力與堅(jiān)持不懈的精神。人的道德素養(yǎng)的形成離不開道德意志，道德意志對(duì)人們道德素養(yǎng)的形成有著調(diào)控作用。人們的道德控制力、意志力自然十分重要。正所謂“克己復(fù)禮為仁”，人必須克制住自己的沖動(dòng)，遵紀(jì)守法，即可達(dá)到所謂道德修養(yǎng)的最高境界，即所謂“仁”。

由于近期中國(guó)乃至全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展放緩，實(shí)際的數(shù)字應(yīng)該與當(dāng)初報(bào)告預(yù)期相差較大。預(yù)測(cè)2018年的情況應(yīng)該基本不會(huì)發(fā)生。主要生產(chǎn)商預(yù)測(cè)的市場(chǎng)增長(zhǎng)在3%～5%左右。MarketsandMarkets預(yù)測(cè)差距最大的是亞太地區(qū)，這個(gè)區(qū)域的增長(zhǎng)比期望值大大降低，主要因素為包括我國(guó)和印度的經(jīng)濟(jì)放緩。

圖3顯示2013年國(guó)內(nèi)不同行業(yè)酶制劑發(fā)展的分布情況，與國(guó)際的情況相似，食品酶的應(yīng)用排在首位，占40%；飼料酶的比例也相似，占20%；但洗滌用酶大大低于國(guó)際水平，說明國(guó)內(nèi)的洗滌行業(yè)仍以化學(xué)品為主，企業(yè)和消費(fèi)者對(duì)環(huán)境保護(hù)的意識(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家。國(guó)內(nèi)的生物燃料行業(yè)只有230萬噸燃料酒精，與美國(guó)近5000萬噸燃料酒精所使用的酶制劑用量無法相比。

從工業(yè)酶制劑生產(chǎn)方面來看，據(jù)中國(guó)生物發(fā)酵產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì) 的最新統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)近幾年的酶制劑出口量和出口額都有所增加，高附加值的產(chǎn)品增加（圖4）。特別是2014年，金額約占世界工業(yè)酶制劑市場(chǎng)的10%。

3 應(yīng) 用

工業(yè)酶制劑雖然在很多行業(yè)有多種不同的產(chǎn)品，但按酶的種類分類，主要的工業(yè)酶基本上都是水解酶，而其中碳水化合物酶和蛋白酶占總市場(chǎng)的60%以上，脂肪酶的市場(chǎng)還不到10%（圖5）。碳水化合物酶的用途廣泛，可應(yīng)用在食品加工、飼料和生物燃料等諸多領(lǐng)域。蛋白酶應(yīng)用在乳品、洗滌劑、蛋白加工和生物燃料等領(lǐng)域。

圖3 2013年中國(guó)工業(yè)酶制劑市場(chǎng)不同應(yīng)用所占比例

圖4 2009～2014年中國(guó)酶制劑的出口量和出口額

圖5 2013年酶制劑市場(chǎng)（2013年估計(jì)）按酶類型分類

圖6 飼料行業(yè)服務(wù)的動(dòng)物比例

圖7 飼料行業(yè)使用的酶制劑種類

圖8 NSP類酶具體種類細(xì)分比例

首先，飼料酶的應(yīng)用。飼料行業(yè)服務(wù)的動(dòng)物中，豬和禽類占主要部分（圖6）。由于這些動(dòng)物相對(duì)于反芻動(dòng)物的消化能力較弱（特別是使用麥類原料時(shí)），因此以NSP（Non-Starch Polysaccharide）非淀粉類多糖水解酶和植酸酶為主要應(yīng)用品種（圖7）。圖8顯示了不同NSP酶的應(yīng)用比例，主要是木聚糖酶、纖維素酶、果膠酶和β-葡聚糖酶。

對(duì)于酶種的選擇和添加量，應(yīng)據(jù)不同材料的組成來調(diào)整，甚至同樣原料，不同產(chǎn)地、儲(chǔ)藏時(shí)間，都可能帶來原料組成的變化，這使得酶制劑的選擇和添加量也要相應(yīng)調(diào)整。

表5給出了底物/原料中各種組分可能帶來的問題及需要酶制劑來解決的問題。

國(guó)內(nèi)外的飼料行業(yè)發(fā)展較快，但相對(duì)其他酶制劑，其應(yīng)用水平較低，主要是由于原料的不同。另外，不同的動(dòng)物、不同的生長(zhǎng)時(shí)期，其需要皆不同，因此要研制出標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用產(chǎn)品非常困難，但這也給了原料供應(yīng)商（包括酶制劑）、飼料生產(chǎn)商及用戶緊密合作提供機(jī)會(huì)。

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除了飼料酶，工業(yè)酶在生物能源也有較大增長(zhǎng)，特別是美國(guó)。值得關(guān)注的是，過去十年美國(guó)燃料酒精的生產(chǎn)技術(shù)有了非常大的進(jìn)步，不論是轉(zhuǎn)化率、水耗還是能耗方面的效率都有了很大提高，其中酶制劑的貢獻(xiàn)應(yīng)該占首位。杜邦和諾維信都投入很大的研發(fā)力度來發(fā)展各種新產(chǎn)品，使得操作條件更容易，且不犧牲轉(zhuǎn)化效率。 如我國(guó)濃醪發(fā)酵研究近20年，基本沒有進(jìn)展，但美國(guó)過去10年酒精發(fā)酵的酒度從12%提高到近20%，平均18%（體積分?jǐn)?shù)），但沒有影響發(fā)酵的轉(zhuǎn)化率，如殘?zhí)?、殘淀粉和殘還原糖等指標(biāo)。不但配料濃度增加，同時(shí)蒸煮溫度也從100℃以上下降到85℃左右，蒸煮、蒸餾的能耗都大大降低。主要原因是新型的酶制劑，特別是高性能快速降黏的液化酶和復(fù)合糖化酶中包括了很多生料水解酶的活性。

表5 飼料底物和添加酶的影響

對(duì)于洗滌用酶，由于洗滌市場(chǎng)轉(zhuǎn)向液洗，而液洗中極端的pH值對(duì)酶制劑的穩(wěn)定性影響很大，短期內(nèi)還沒有很好的解決方案。而近期石油價(jià)格的走低，洗滌劑生產(chǎn)商可能傾向使用更多高性能的化學(xué)品。這個(gè)行業(yè)的一個(gè)特點(diǎn)是只有為數(shù)不多的大客戶控制著市場(chǎng)，市場(chǎng)的走向和酶制劑的應(yīng)用很大程度由其控制，而酶制劑生產(chǎn)商能做的并不多。

表6 酶制劑與其生產(chǎn)最終產(chǎn)品價(jià)值對(duì)比

4 未來展望

雖然酶制劑本身的市場(chǎng)并不大，但對(duì)相關(guān)行業(yè)的影響卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其自身價(jià)值。表6對(duì)現(xiàn)在大規(guī)模生產(chǎn)的生化品信息及酶制劑成本與產(chǎn)品的價(jià)值進(jìn)行了比較 。

淀粉糖相對(duì)容易生產(chǎn)因此其創(chuàng)造的價(jià)值相對(duì)低，而發(fā)酵產(chǎn)品的生產(chǎn)線比較長(zhǎng)，因 品的價(jià)值與酶制劑的消耗比大于100。發(fā)酵產(chǎn)品中乳酸相對(duì)價(jià)值高，主要原因是生產(chǎn)的廠家相對(duì)少，競(jìng)爭(zhēng)不像味精和賴氨酸那么激烈。如果按照2010年所有化學(xué)品的產(chǎn)值14 000億美元，其中約10%與生物有關(guān)，假設(shè)全部生物過程都使用酶制劑，那么再按100∶1來估算酶制劑的產(chǎn)值，那么酶制劑的產(chǎn)值為140億美元，但是現(xiàn)在的酶制劑市場(chǎng)還沒有這么大，造成估算差距的原因之一是有些高附加值的產(chǎn)品其價(jià)值與使用的酶相比遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于100，另外也說明酶制劑的發(fā)展空間還很大。

展望未來，近期中國(guó)和亞洲經(jīng)濟(jì)放緩，很多行業(yè)產(chǎn)能過剩。未來2～3年酶制劑市場(chǎng)增長(zhǎng)會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于預(yù)期。由于整體經(jīng)濟(jì)放緩，食品行業(yè)的增長(zhǎng)也會(huì)隨之下降；由于人們的生活對(duì)蛋白的需求增加，飼料行業(yè)總體仍然會(huì)增長(zhǎng)，但競(jìng)爭(zhēng)會(huì)更加激烈。如果預(yù)測(cè)短期內(nèi)有所增長(zhǎng)的方面，應(yīng)該是燃料酒精，包括第一代淀粉類和第二代纖維類酒精的發(fā)展。

10.3969/j.issn.1674-0319.2015.06.010