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秸秆变成可降解吸管，玉米变成速干T恤面料，二氧化碳变成淀粉……这些看似互不关联的场景，都指向中国制造的“微观”面——生物制造。

生物制造是“十五五”规划纲要提出的未来产业方向之一，关乎群众生活和绿色发展。“十四五”时期，我国生物制造产业总规模达1.1万亿元。生物制造产业规模的提升，不但能缓解碳排放压力，还将带来庞大的新增市场。近日，记者采访有关专家和企业，看看与生物制造密切相关的“细胞工厂”里发生着怎样的故事。

——编  者  

把更多制造从化工厂搬到“细胞工厂”

“这些发酵罐中，数万亿肉眼看不见的微生物正不知疲倦地干活——吃下玉米淀粉、葡萄糖等，生成各类产品。”微元合成创始人刘波向记者递来一小杯透明黏稠的液体，“这就是用微生物生产出的阿洛酮糖，跟蜂蜜口感很像。”

阿洛酮糖热量极低。过去，阿洛酮糖的生产长期面临成本高、工艺流程复杂的难题。而合成生物制造，能让设计好的生命体将淀粉糖在体内转化成阿洛酮糖。目前，微元合成旗下工厂已可量产阿洛酮糖等多款产品。

“生物制造与‘双碳’目标非常契合，人类需要用新的方式解决能源和材料问题。”北京化工大学生命科学与技术学院党委书记、教授曹辉说。

“生物制造主要有两大发展方向：一是替代化学合成，二是替代动植物组织提取。化学合成经济性好，但环境不友好，动植物组织提取则常常成本高昂或不易得。”中国科学院微生物研究所项目研究员刘树文告诉记者，“这就是我们希望把更多制造从化工厂等搬到‘细胞工厂’的重要原因。”

什么是“细胞工厂”？

无论是大学和科研机构的实验室，还是生物制造中试平台和生产基地，记者看到最多的就是大大小小的发酵罐，里面就是不计其数的“细胞工厂”。“简单来说，生物制造就是通过生物体来实现加工制造的过程。它主要利用细胞——如细菌、酵母、动植物细胞等，通过酶催化其自身的生理代谢，‘吃下’原料，代谢出人们需要的物质，并通过工程化技术进行规模化生产。”曹辉说，这就是发酵罐里的“造物”过程。

如果说生物制造替代化学合成，比拼的是谁更便宜、谁更绿色，那在替代动植物组织提取方面，生物制造的表现更为亮眼。

以曾被称为“软黄金”的透明质酸为例。过去提取透明质酸，需要大量的公鸡鸡冠。如今国内企业通过“细胞工厂”生产透明质酸，生产成本大幅下降。仅华熙生物一家，在全球透明质酸原料市场份额中占比就超过四成，产品销往70余个国家和地区。

再比如氨糖，这是膝关节保健品的重要原料。以前用虾蟹壳打碎之后的粉加浓盐酸进行降解提取，成本高、废酸污染严重。国内企业成功开发微生物发酵法，生产成本降至传统提取工艺的1/4。依托技术优势，我国氨糖原料出口量占全球市场的60%—70%。

“生物制造能助力很多领域降本增效，甚至可能彻底改变一个产业。”曹辉说。

技术产业化面临多种挑战

和其他技术的产业化路径相同，生物制造也需要经过原始创新、技术转化和产业化，才能从实验室走向大市场，其中每一步都不易。

刘树文介绍，生物制造的技术链条可分为3个核心环节：一是菌种设计，即通过“设计—构建—测试—学习”的循环打造“细胞工厂”；二是发酵工艺，即放大培养与过程控制；三是分离纯化，即产物提取与精制。“后两个环节我们基本与国外先进水平相当，甚至工程化能力更强，产业链效率更是全球最高。最大的挑战是在菌种设计环节，源头创新不足。”刘树文说。

“菌种（包括酶）是生物制造的基础，也是最关键的部分。如何提高菌种代谢效率、原料适应性和工艺匹配性，已经是生物制造中的核心竞争点。”国家先进功能纤维创新中心主任、东华大学教授王华平告诉记者，“大自然中的菌种和酶非常多，首先要识别出哪些是高效可用的，然后对菌种进行编辑、改性和提升。这个过程需要使用基因测序设备和基因编辑工具。原来都是进口的，现在华大基因等中国企业也能够提供国产化基因测序设备，但有些设备与国际最先进水平相比还存在一定差距。”

江南大学未来食品科学中心教授康振告诉记者，当前，生物制造已成为各国抢占科技和工业领先地位的新赛道，竞争焦点就是底层核心技术主导权。“当前的主要挑战是底层核心专利仍被海外垄断；基础数据库、生物设计工业软件自主化不足；菌种设计仍以迭代改良为主，能用但不领先、可应用但难引领；高端特种菌种与底层工具卡脖子风险突出。”康振说。