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生物医药
耐高温脂肪酶生产技术


一、项目背景

    脂肪酶广泛的存在于动植物和微生物中。植物中含脂肪酶较多的是油料作物的种子,如蓖麻籽、油菜籽,当油料种子发芽时,脂肪酶能与其他的酶协同发挥作用催化分解油脂类物质生成糖类,提供种子生根发芽所必需的养料和能量;动物体内含脂肪酶较多的是高等动物的胰脏和脂肪组织,在肠液中含有少量的脂肪酶,用于补充胰脂肪酶对脂肪消化的不足,在肉食动物的胃液中含有少量的丁酸甘油酯酶。在动物体内,各类脂肪酶控制着消化、吸收、脂肪重建和脂蛋白代谢等过程;细菌、真菌和酵母中的脂肪酶含量更为丰富。脂肪酶制剂在食品加工与保藏、造纸工业、轻化工产品、生物柴油以及医药等行业应用广泛。

二、产品应用领域

    脂肪酶在清洁剂工业的应用:用来做为家庭或工业用清洁剂的添加物,是脂肪酶的最大商业应用领域。根据统计1995年全球的酵素销售总值约在3千万美元,其中清洁剂酵素就占了百分之三十,平均每年估计有一千吨的脂肪酶被加到一百三十万吨的清洁剂中。
 
    脂肪酶在食品工业的应用:利用脂肪酶来生产兼具机能性与保健疗效的新结构油脂及其衍生物,例如油脂改造(例如可可脂替代品、增加一般动植物油脂中 PUFA 的含量),乳化剂(例如glucose esters),抗氧化剂,香料等,不仅增加油脂的广泛应用性,也提升油脂工业的经济效益与发展潜力。例如:缩短乳酪熟成时间;增强乳酪及奶油的风味;生产健康的脂类食品。
 
    脂肪酶在纤维、纺织及造纸工业的应用:用于木棉纤维的精炼,使精炼过程变得简单,且不损伤木棉纤维;去除蚕丝及羊毛上的油脂。皮革工业用于兽皮的去油脂处理,可增加铬在兽皮上的吸收与分散、增加染料的吸收、减少化学药剂的用量及去油脂处理时间、减少铬在废水中的排放量与废水的污染性,清洁剂工业将嵌在衣物纤维间的脂肪污垢分解去除,油脂化学工业生产高价值的油脂;去除纸浆中的树脂,包括三酸甘油酯及蜡,避免造纸过程中会产生严重破裂的情形;直接分解废纸上的油墨、涂料及色料,达成脱墨效果。
 
    脂肪酶在制药工业的应用:利用脂肪酶独特的立体镜像选择性(Enantioselectivity),可以有效率地区别具有光学活性的立体异构物,以合成多种药物如非类固醇之抗发炎药物(如naproxen、ibuprofen、suprofen and ketoprofen),nikkomycin-B等抗生素,抗病毒药物(如lamivudine,可用来对抗爱滋毒HIV),抗癌药物、alkaloids、以及维生素等。以及协助生产liposome;生产多种药品,包括旋旋光性异构物药品;生产农业药品,包括杀虫剂、除草剂;制成消化剂。
 
    脂肪酶在生物感应器工业的应用:采用化学方法来定量分析脂质成份,不但花费昂贵而且耗费时间,较不符合经济效益。以脂肪酶作成的生物感应器,是一种较为新的方法。脂肪酶生物感应器已被应用在临床样本的诊断。
 
    脂肪酶在环保业的应用:废水处理及清理排水管;去除造纸用白水及冷却水的黏泥。
 
    脂肪酶的其它应用:隐形眼镜片清洁剂的添加物;化装品及洗发剂的添加物。

三、技术特点

    拥有多个不同菌种发酵的脂肪酶生产技术。本技术同时研发了多种不同菌种发酵的脂肪酶生产技术,用以适应不同的市场需求,比如:食品添加剂方面可以考虑用酵母发酵实现脂肪酶产业化生产,工业方面可采用细菌发酵实现脂肪酶产业化生产,能因时制宜、因地制宜地采取合理、低成本的工艺。
 
    开发的脂肪酶性质稳定,活性强。理化性质稳定,在实际应用中的脂肪酶有效性、热稳定性、抗逆性和广谱性方面均优于国内外同类产品,解决了脂肪酶性质不稳定的难题。高温条件80度至90度,表现稳定,酶活力最强,产品不需低温保藏,常温下,酶活力(大于85%)保持时间在1年以上,产品保质期比中性脂肪酶延长1倍以上。
 
    筛选出了高效表达菌株。筛选出的高效表达菌株,使脂肪酶的单位表达量成为国际领先水平,表达的脂肪酶还可自行分泌到细胞外, 一举解决了目前脂肪酶生产过程中的单位产量低、酶后加工困难的问题。
 
    生产成本相对较低。由于酶的稳定性好,耐高温,生产过程中不需要进行冷冻干燥,采用喷雾干燥大大降低生产设备投入和生产成本。

四、行业现状

    全球对于脂肪酶工业化生产的研究已开展几十年,我国的研究历史也较长,目前脂肪酶已在饲料、食品、日化、炼油、纺织工业中得到广泛应用。大多数工业用脂肪酶来源于酵母的胞内酶,需破碎细胞才能得到,提取、纯化工艺繁杂;现有脂肪酶的耐热性差、适用范围窄;生产周期长。由于上述原因致使脂肪酶销售价格过高、应用成本昂贵、适用范围窄,不能满足食品、日化、饲料、纺织、造纸工业和医药化工领域等多方面的需要。
 
    耐高温脂肪酶应用范围广,酶活力强,能广泛使用于医药化工,纺织造纸,食品日化,动物饲料,环境清污等领域;在这些使用领域均有一定基础,正处于逐步上升趋势,每年使用在清洁洗涤剂的脂肪酶超过1000吨,随着人们对洗涤剂功能需求意识的增强,脂肪酶的添加量将逐步加大,脂肪酶与表面活性剂相比;不存在伤及皮肤衣物等毒副作用,使用后对环境不造成污染,在高档日化清洁用品中,基本不使用季氨型离子活性剂,各种沐浴露、洗发护发素、婴幼儿洗浴用品均在使用脂肪酶作为主要清污剂。环境除污中,在管道油垢处理通常使用强碱处理,在使用脂肪酶后,减少强碱对管道的污染腐蚀,避免操作工人在使用强碱造成皮肤的烧伤,在该领域年使用量超过100吨。纺织制革工业开始使用脂肪酶代替强碱除脂技术,年使用脂肪酶超过500吨。各种动物饲料中添加脂肪酶利于食物中脂肪的消化吸收利用,促进健康成长,尤其是乳猪断奶消化不良的治疗,脂肪酶起到很关键的作用,饲料行业每年需要使用脂肪酶不少于200吨。 生物柴油的合成有化学合成和酶法合成两种,化学合成能耗高,污染严重,而酶法合成完全可以克服上述缺点,是绿色能源的发展方向。 我国对能源的2020年远景规划提出届时我国可再生能源将达到能源消耗的15-20%。2004年我国的柴油消耗量为8000万吨,如果保守估计有5%的柴油使用生物柴油来替代,每年的消耗量为400万吨,需要的脂肪酶催化剂达4000吨。其他领域使用脂肪酶处于快速增长阶段,食品添加脂肪酶,利于脂肪的消化,起到增肥改善营养不良的效果,脂肪酶主要通过分解甘油三酯起作用,可以研究直接作用于皮下脂肪多的部位,起到定位减肥塑身的效果;在这些新型使用领域脂肪酶的档次将增加,附加值将提高50%以上。#p#分页标题#e#
 
    综上所述,国内每年需求脂肪酶大约为1800吨,国内现仅近8家企业生产脂肪酶,规模较大专业技术水平较高的只有深圳绿维康生物技术有限公司1家,国内产量不到国内需求量的1/3,其市场潜力远远大于2000吨/年。
 
    从国家能源发展战略角度考虑,生产酯化脂肪酶,主要用于生物柴油的合成,按千分之一的添加量计算,每年需求酯化脂肪酶4000吨以上,由于国内主要生产碱化脂肪酶用于洗涤添加,酯化脂肪酶基本被国际知名企业诺维信生物公司等企业垄断国内市场,价格为500美元/kg以上,实际生产成本不到人民币200元/kg,市场价格为生产成本的15倍多。

五、投资估算

    以年产200吨25000u/g酯化脂肪酶规模计算:
    100吨发酵生产线10条;
    专用厂房3000平方米,辅助动力厂房1000平方米,工厂占地面积在60亩以上,无须进行洁净安装;
    配电2000千伏安;
    需求各种专业技术人员60人。
    总投入为3500万元:设备部分2000万元,厂房500万元,厂房装修400万元,配套动力设备管线安装可能增加200万元,质量检测仪器设备150万元,流动资金250万元。

六、效益估算

    每月生产4批,每年生产40批,每批产量6吨,年产240吨。
 
    直接发酵原料均为廉价产品,每生产1吨脂肪酶需要100吨原料营养液,原料价格为8万元,水电动力费用1.5万元,人员工资5万元,管理费用1.2万元,固定折旧分摊0.3万元,运输等其他费用0.3万元,合计为16.3万元/吨。
 
    按进口酯化脂肪酶1/3价格销售,120万元/吨,每吨酯化脂肪酶产生利税为103.7万元。
 
    年产240吨产值为28800万元,年创利税24888万元。