黑龍江省綠色生物制品制造發展策略與路徑研究

佟 璐，江佳萍，趙曉宇*

（1.黑龍江省科學院，哈爾濱 150001；2.黑龍江省科學院微生物研究所，哈爾濱 150080）

2010 年以來，美國、歐盟、日本等發達經濟體圍繞生物制造產業發展和微生物菌種制造研發已經積極開展戰略布局，在后續的發展歷程中，生物制造產業年均增速已超過15%。據世界經合組織（OECD）預測，到2030 年全球生物制造產業規模可望達到工業總產值的35%，成為生物經濟時代的重要制造業形態，有力支撐生物經濟社會發展。

1 國際綠色生物制造產業現狀分析

生物制造是指以生物體機能進行大規模物質加工與物質轉化、為社會發展提供工業商品的新行業，是以微生物、細胞或以酶蛋白為催化劑進行化學品合成，或以生物質為原料轉化合成能源化學品與材料，促使能源與化學品脫離石油化學工業路線的新模式，主要表現為先進發酵工程、現代酶工程、生物煉制和生物過程工程等新技術的發明與應用，具有低碳循環、綠色清潔等典型特征。從根本上改變化工、醫藥、材料、能源食品及輕工等傳統工業制造過度依賴化石原料和高污染、高排放的加工模式，推動工業制造向綠色、低碳、可持續發展模式轉型，是綠色友好的高端生物技術。生物制造產業可劃分為生物發酵制品、生物基材料、微生物菌種制造、酶工程與生物催化4 個領域。目前綠色生物制造產品在各行各業的占比越來越高，綠色生物制造產業在全球都具有巨大的發展潛力和廣闊的市場。

各類生物制造產品中酒精占有重要地位，2020 年全球生物燃料乙醇產量達到1.2 億t。據國際能源署預測，到2050 年全球生物液體燃料消耗量將達到11 億t，占全世界交通運輸燃料的27%，其中主要依靠發展二代生物燃料來實現[1]。我國是氨基酸類原料藥的供應國，同時也是氨基酸產品的重要需求國。近年來，隨著國內氨基酸行業快速增長，進口替代較為明顯。隨著我國氨基酸出口規模的快速發展，目前我國氨基酸類產品的出口金額和數量均己超過進口。我國是有機酸生產大國，日本是世界最大蘋果酸生產國和出口國。美國Miles 化學公司是世界最大蘋果酸生產商，我國蘋果酸總產能已突破1.2 萬t。全球乳酸產能約75 萬t，3 家產能超過10 萬t 規模的公司分別為荷蘭科碧恩-普拉克公司、美國Nature Works 公司和中國金丹科技[2]。我國功能性低聚糖到“九五”期間（1996 年）形成了工業規模和商品化。中科院微生物所和保齡寶公司合作建成我國第一個年產0.2 萬t 的功能性低聚糖工廠。生物基材料是新材料產業發展的重要組成部分，市場需求廣闊。目前全球生物基材料產量在5 000 萬t 左右，我國生物基材料產業的熱點主要集中在聚乳酸等可降解材料，纖維素、淀粉等天然高分子基材料，生物基復合材料和生物基碳材料等。目前世界上益生菌產業市值已達400 億美元，每年的增長速度為15%~20%，而我國益生菌產業每年以高于15%的增速快速發展[3]。酶是重要的生物催化劑，也是生物產業的支柱產業，是21 世紀最有希望的新興產業之一。國際酶制劑市場被丹麥諾維信、美國杜邦杰能科、荷蘭皇家帝斯曼等巨頭企業所壟斷。我國酶工程與生物催化產業經過50 多年的長足發展，已進入世界酶制劑生產的大國行列，目前已實現規模化生產的酶制劑達到30 種左右[4]，年銷售額約占國際市場的10%。但是我國的酶工程與生物催化產業和國際水平相比還有很大差距。

2 綠色生物制造制品的市場需求與供給之間的矛盾凸顯

綠色生物制造產業的矛盾主要根源是巨大的市場需要與產業供給之間的延遲和黏性效應導致的。

生物發酵制品：對于生物燃料、氨基酸、有機酸、功能糖和調味品等生物發酵制品，全球市場需求量日益增長，但是部分產品的供給不足，這就導致了一定程度上的供需失衡，且我國的生物發酵產業水平較國外存在一定差距。生物基材料：目前我國生物基高分子的年產量較低，生物基產品替代率不足5%，發展潛力巨大。與發達國家相比，我國生物基材料產業無論在技術與產品還是在產業的規模和水平上都存在一定的差距。微生物菌種制造：我國是食用菌的生產大國，但在工廠化應用品種、栽培調控技術、產品精深加工等領域，還需向日韓等國家學習。此外，益生菌行業快速發展，市場空間大。自2016 年以來，益生菌功能性食品和飲料主導整個益生菌市場，對功能性食品和引入創新性產品與配方的需求推動著市場的增長。酶工程與生物催化：目前為止全球酶制劑市場正以平均11%的速度逐年增長，近年來隨著合成生物學的發展，酶更是合成生物學的中心，酶工程與生物催化產業的發展前景相當廣闊[5]。但是我國的酶工程與生物催化產業與國際水平相比還有很大差距。

3 黑龍江省發展生物制造的思想路徑

對上述問題得以發生的邏輯根源進行解讀后，在思想上從以下方面入手解決這一問題。

3.1 堅持發展原則

基本原則。堅持底線思維，以保障國家經濟安全和人民群眾美好生活需要為出發點，針對不同發展情形采取有效實施路徑，集中力量優先保障基本供給，維護產業安全，研究制定有效反制措施，著力化解國家經濟安全。堅持創新引領，圍繞提高生物制造自主創新能力，加快實施核心技術攻關，全面提升設施裝備技術人才、資金供給水平，掌握關鍵核心菌種研發生產成套技術，大幅提高產品附加價值和國際競爭力。堅持聚焦重點，聚焦對國家經濟安全有重大影響的關鍵菌種，加強共性技術研發和平臺建設，以點帶面促進自主技術在生物制造方面廣泛應用，帶動生物制造研發水平整體提升。堅持市場導向，面向國內國際市場重大需求，加強生物制造產學研用結合，更好發揮企業創新主體作用，優化協同研發及成果轉化機制，全面推動國產生物制造產業化發展和應用示范。

產業發展原則。政府引導，市場主導，堅持引進來與走出去相結合，利用兩種資源、兩個市場，充分發揮區位優勢，加強與國外生物技術的合作交流，擴大招商引資，利用全球化機遇加快生物產業發展。整合生物產業資源，避免產業同構和惡性競爭。在重點區域營造生物產業發展的適宜環境，通過政府引導和市場選擇，集中投入，形成若干以大企業（集團）為核心、專業化中小企業協作配套的產業集群。通過發揮生物產業基地、高新技術產業園區的輻射示范作用，促進全省生物產業跨越式發展。充分發揮政府和行業協會的引導和橋梁作用，營造行業發展的優良公共環境，完善產業政策、公共服務和監管。創新驅動，突出特色，加快創新平臺建設，完善創新體制機制，打造良好的創新環境和氛圍，大力推進設計研發、技術創新和改造。有序推進產業園區整合和規劃調整，提高產業承載能力，引導產業集群升級。加快產業組織模式創新，加強產業鏈資源整合，鼓勵企業兼并重組，促進企業聯合做大做強。從全省生物產業全局和長期戰略目標出發，圍繞優化產業結構與布局，堅持分步實施，在整合集成現有各類開發區的基礎上發展特色生物產業基地。集聚發展，打造龍頭：立足現有企業，政府引導，自愿合作，鼓勵和支持優勢企業聯合，組建品牌為核心、資本為紐帶的品牌運營公司，打造龍頭企業，帶動行業提升價值鏈。統籌現有公共服務平臺進行主體和功能整合，最大限度地發揮平臺作用。整合有限的專業市場、土地和環境等資源，集中支持龍頭企業和公共服務平臺建設和運營。塑造品牌，走向國際，推動自主企業品牌建設，著力培育行業強勢品牌，整體提升產品價值鏈。順應國家文化產業大發展要求，發揮黑龍江省獨特文化底蘊，塑造產業新亮點和新名片。積極匯聚和利用全球生物產業創新資源，加快產業鏈、創新鏈、價值鏈全球配置，全面提升產業國際競爭力和影響力。整合配置全球要素和資源，積極推動生物制造領域開展國際合作，吸納省外、國外重點企業，助推省內優勢企業“走出去”發展。生物安全，綠色發展，把開發生物資源與保護綠水青山相結合，堅持生態優先，將生物產業開發強度嚴格控制在區域生態承載力以內；牢固樹立綠色低碳循環發展理念，普及開發綠色技術。在確保生物安全的前提下，堅持不與糧食爭地、不與農民爭糧食、不破壞生態的“三不原則”。處理好資源開發、環境保護及加快生物產業發展的關系，促進人與自然和諧可持續發展。

3.2 強化產業創新平臺建設

優先發展齊齊哈爾大學、黑龍江省科學院微生物研究所、黑龍江八一農墾大學、東北農業大學、齊齊哈爾龍江阜豐生物科技有限公司、黑龍江象嶼農業物產有限公司、中糧生化能源（龍江）有限公司、國投生物能源（海倫）有限公司、黑龍江成福食品集團有限公司、新和成集團、同江市豐順農業發展有限公司、黑龍江原野食品有限公司和哈爾濱健康農牧業有限公司等建立黑龍江省生物發酵產業創新中心；促成黑龍江省科學院微生物研究所、東北林業大學、東北農業大學、黑龍江省農科院牡丹江分院、華騰生物、黑尊集團、鑫鑫菌業、北大荒集團、珍珠山集團和森工集團等建立食用菌產業創新中心。促成東北農業大學、黑龍江大學、哈爾濱商業大學、黑龍江省科學院、美華生物、國宏環保、飛鶴乳業、完達山乳業和安泰生物等建立黑龍江省益生菌產業創新中心。促成東北林業大學、哈爾濱工業大學、哈爾濱工程大學、哈爾濱理工大學、齊齊哈爾大學、天順公司、鑫達公司、清河泉、農墾金谷和農墾鑫能等建立黑龍江省生物基材料產業創新中心。促成東北農業大學、黑龍江大學、中國農科院飼料所、哈爾濱商業大學、黑龍江八一農墾大學、黑龍江省科學院、北京夏盛、武漢新華揚、北大倉集團和秋林集團等建立黑龍江酶工程與生物催化產業創新中心。促成黑龍江省科學院、中科院天津生物技術研究所、新和成集團、綏化市政府、哈爾濱工業大學、黑龍江伊品生物科技有限公司、黑龍江鑫達企業集團有限公司建立黑龍江合成生物學產業創新中心。

3.3 差異發展特色綠色生物制造產業

優先發展生物發酵制品及食用菌產業。立足黑龍江的生態環境和資源優勢，以“糧頭食尾”“農頭工尾”為抓手，以轉變生物發酵制造產業發展方式為主線，以提高玉米等生物質資源開發深度和加工轉化程度為主攻方向，著力發展精深加工產品，提升優級食用酒精、新型氨基酸產品、多元醇及功能發酵制品等產業規模，推動生物發酵產業發展，引導生物發酵制造企業集聚成群、產品成鏈，構建規模領先、特色突出、綠色循環的生物制造產業體系，打造國內有影響力、有競爭優勢的新興生物制造產業基地。根據黑龍江省食用菌產業現狀，食用菌產業戰略發展方向是，圍繞傳統木腐菌、新興草腐菌和野生食用菌3 個領域開展北方寒地食用菌種質資源的收集、保藏、利用和創新；支撐黑龍江省傳統食用菌產業繼續做大做強、新興草腐菌產業迅速發展解決秸稈處理難題、保育野生食用菌資源提高生態效益。重點在良種選育、精準栽培、產品精深加工和廢料生物處理等環節形成突破，同時承接產業突發共性問題和企業技術需求解決方案研究與突破。

鼓勵發展產業（益生菌、生物基材料），發揮黑龍江省生物資源大省優勢，以生物資源為基礎，充分挖掘黑龍江省生物資源開發潛力，探索多元化的核心益生菌價值實現形式，將益生菌與乳業、果蔬、植物基相結合，充分體現益生菌的健康價值，使其全面應用于食品工業、健康醫療、畜牧養殖、水產養殖、農業種植及環境保護等領域，打造多元生物產業體系，培育新的經濟增長點，推進經濟發展動力變革、效率變革和質量變革，積極推進區域體制機制創新，探索推進區域全面振興、全方位振興的新經驗、新模式。生物基材料，立足黑龍江的生態環境和資源優勢，提高玉米、水稻、小麥等農作物秸稈的資源化利用，重點針對原料提取、精煉、合成和材料制備進行技術開發，以纖維素等天然高分子基和聚乳酸等合成高分子基材料關鍵生產技術為主線，以提高生物質資源開發深度和加工轉化程度為主攻方向，著力發展低成本高性能產品，消除供給鏈瓶頸。引導生物基材料制造企業集聚成群、成品成鏈、體系健全，構建規模領先、制造精良、綠色環保的產業體系，打造國內行業領先、高競爭力的新型生物基材料產業基地。

培育產業（酶工程與生物催化、合成生物學）。酶工程與生物催化：聚焦酶制劑在食品、醫藥、飼料等產業提升中的重大需求，重點圍繞新型酶制劑的創制，進行“基礎研究-技術創新-產業示范”的全鏈條設計。構建具有自主知識產權的核心菌種，建立酶制劑在食品、醫藥、飼料等產業的應用示范，取得顯著的經濟和環境效益，建立引領未來的新型生物制造產業鏈。合成生物學：以實用性合成生物構建的基礎研究為重點，以技術創新引領，全鏈條一體化布局，突出重點問題，創建合成生物學創新研發平臺，快速提升黑龍江省合成生物的設計與構建能力，促進合成生物技術創新與應用，形成標志性成果。

4 發展綠色生物制造產業的實施路徑

對上述問題得以發生的邏輯根源進行解讀后，在實踐上應該從以下方面入手解決這一問題。

4.1 推進生物制造核心菌種資源挖掘和智能化保藏

加大寒地特色菌種資源收集、整理、保藏，深度挖掘菌種資源，解決菌種保藏規模小、品種不全，特色資源尚未充分挖掘的問題，建設智能化生物數據庫、蛋白元件庫、核心菌種保藏庫。

4.2 開展科學攻關

以國家戰略需求為導向，設置政府引導科研攻關專項，重點在綠色生物制造、合成生物學方面，加強基礎研究；開展系統性生物制造攻關工程，促進共性技術研發，突破技術瓶頸；開展產業化示范工程項目，在關鍵技術領域取得突破并產業化應用；引進消化吸收再創新高端生物制造項目，重點對接國內外知名生物制造生產企業，支持現有企業加大技術改造力度，擴大產業規模。

4.3 構建產學研用金融合發展模式

重點圍繞生物制造領域中，在優良菌種選育、發酵代謝調控工程技術、完善上下游產業鏈條延伸和促進產業要素集成發展等方面加強高等院校、科研機構、龍頭企業和投融資機構協助融合，構建上下協同、橫縱聯合的創新體系；推動研發機構和企業主體有效強化知識產權意識，并完善知識產權管理。

4.4 培育壯大生物制造產業

培育省內生物制造產業，促進激發企業活力和競爭力，不斷提升戰略性產品和技術水平，促進形成良性循環和自主發展能力；著力培育生物制造龍頭企業，將生物制造領域成長性強的企業優先納入黑龍江省“規模以上企業培育專項行動”；對接中國生物制造產業聯盟、協會等外部資源，組織專家提供長期技術支撐；引導生物制造項目入駐產業園區，推動企業和研發資源整合和集聚發展，改造并新建生物制造產業園。

4.5 廣泛拓展國際合作

強化與國際頂級區域及機構的合作，引進國內外先進人才、技術、產品；發揮市場優勢，走出去和引進來相結合，與國際先進生物制造頭部企業開展聯合研發和合資運營；特別是加強與“一帶一路”沿線國家和地區科技合作，建立科技聯盟、產業促進聯盟、成果轉移轉化專業機構，促進產品應用領域拓展，推進國際互惠合作。

5 結束語

面對生物產業創新的高潮，必須以習近平新時代中國特色社會主義思想為指導，全面貫徹黨的二十大精神，堅持新發展理念，堅持高質量發展，以維護國家經濟安全、滿足人民群眾美好生活需要為基本出發點，針對不同發展情形制定有效實施路徑，加快建立微生物菌種制造自主創新體系。探索構建新型舉國體制，開展關鍵核心菌種技術攻關，夯實產業創新基礎，有效促進生物制造產業創新協同，壯大生物經濟新動能，為掌握新一輪全球科技、產業、經濟競爭戰略主動提供有力支撐。