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化腐朽为神奇的酶制剂

时间:2024-02-05




酶制剂可应用于纺织、农业种植、家畜饲养等领域,并能够缓解粮食紧张、降低污染,将“农业废弃物”变废为宝,改善我们的生活环境。


在日常生活里,有一类产品就存在于我们身边,直接或间接地影响着我们,让生活更加便利,而我们却很难意识到它们的存在,甚至无法将它们与我们的生活联系到一起。无论是酒类酿造、动物饲料,还是牛仔裤的起花效果、棉布抛光和洗涤用品的生产等,都离不开它们,那就是酶制剂。

传统酿造行业要用到淀粉酶和糖化酶,啤酒生产的过程中要用到葡聚糖酶和木聚糖酶;在纺织行业,牛仔染色后的起花效果可以通过纤维素酶去除靛蓝染料来实现,与以前采用石磨方法的效果同样好,并能够防反染(即防止脱掉的染料回沾);在动物饲料中添加酶植酸,可以将植物秸秆中的植酸磷催化变为动物可吸收的磷元素,进而降低磷矿石的开采量。也就是说,酶制剂能够降低污染,并将以往只能被烧掉或加工成工艺品的秸秆、玉米芯这类“农业废弃物”变废为宝,同时改善我们的生活环境。以秸秆和农业废弃物为原料的木质纤维素可以生产几乎所有的化工基础原料和生物燃料,进而生产出目前所需的70%以上的化工产品,可广泛应用于农业、能源、材料、化工等行业,以替代石油基化工和能源产品,并能起到节约资源、减少环境污染的作用。

以酶制剂为基础的酶催化技术是现代生物制造的核心,该技术可以通过酶制剂的生物催化作用将微生物难以利用的物质转化为微生物可以利用的糖和氨基酸等简单物质。在微生物的制造过程中,酶的生物催化和转化效率同样也对产品合成和生产效率起着关键作用。

作为一家产品涵盖饲料酶制剂、纺织酶制剂、食品酶制剂及微生物制剂等多个领域的企业,青岛蔚蓝生物集团有限公司(以下简称蔚蓝生物)一直致力于提供安全、绿色、高技术含量的生物制品和生物催化技术。蔚蓝生物以酶制剂与微生态制剂为研发核心,通过持续创新为企业发展注入活力,形成了一个系统性的产品线,所开发的生物催化技术已应用于纺织、造纸和洗涤,以及畜牧养殖、工业种植、生物制造等行业,带来了显著的节能、减排效果,实现了稳定增长的可持续发展态势。

纺织、造纸和洗涤是中国经济发展过程中的重要行业,但是受制于传统工艺能耗大、污染物排放和环保治理成本较高等因素,这些行业的发展速度受到了严重制约,部分企业更是因为污染严重而被列入淘汰落后产能的名单中。为了改变这一现状,蔚蓝生物致力于开发新型化学工艺,所研发的工业生物酶制剂应用于纺织、造纸及洗涤行业,能够替代传统的高污染、高能耗的化学工艺,从而大幅降低化学污染物的排放。

工业生物催化技术能够促进纺织、造纸和洗涤等传统行业改造升级,从源头降低污染治理成本。有数据显示,应用酶制剂及生物催化技术可以在未来的20年中使传统化学工业的原材料消耗、水资源消耗、能量消耗降低30%,污染物的排放和污染扩散减少30%,从而使整个化学工业生产的局面得到彻底改观。推行绿色可持续的生物催化工艺,有助于实现节能减排的目标,保持行业的可持续发展。

如今,中国畜牧业也面临着诸多挑战。首先是饲料原料成本上升,原料供应紧张,对饲料需求的增长幅度超过了粮食产量的平均增长幅度。以大豆为例,近年来,由于中国对进口大豆政策改变以及国内养殖业的快速扩张,进口大豆数量快速增加,从2004年的2580万吨到2014年的7820万吨,增幅达到203%,进口依存度超过了80%。其次是人工、水电费用上涨。第三是环境污染问题日益突出。第一次全国污染源普查数据表明,畜禽养殖业的化学需氧量(COD)、总氮和总磷的排放量分别为1268万吨、106万吨和16万吨,分别占全国总量的41.9%21.7%37.7%,分别占农业源总量的96%38%65%。随着中国城镇化速度加快,对优质畜牧产品的需求会进一步增加。酶制剂与微生物制剂能够提高饲料利用率,扩大饲料资源,降低饲料成本;可替代抗生素或合成药物的使用,提高畜产品的安全性;能够显著提高养殖动物对饲料中粗蛋白、植酸磷等养分的消化利用率,进而大大减少畜禽排泄物中氮和磷的排泄量。此外,在无抗动物养殖领域,生物催化也是一项关键技术。

蔚蓝生物通过饲料用酶制剂与微生态关键技术的开发及推广,在降低饲料成本、控制环境污染以及资源化利用废弃物方面进行了深入研发,推出了一系列产品,有效地促进了生态循环、推动畜牧业实现现代化,为建设发展资源节约、环境友好、优质安全的畜牧业提供了科技支撑。蔚蓝生物依托所拥有的3家大型生产基地,实现了生物发酵产品产能达4万吨,年产值逾5亿元。以蔚蓝生物研制的植酸酶为例,将其添加到饲料中,总磷量可以降低0.1%~0.2%,相当于每吨饲料中减少612千克的磷酸氢钙添加量;可降低畜禽排泄物中的磷含量达30%60%,减少了对环境的污染。

在农业种植领域,生物催化技术能够推进减肥减药,促进种植业可持续发展。在目前的农业种植领域,化肥农药过量施用现象严重,加之利用率低下(不足30%),大量化肥农药残留在农田中,通过径流、淋溶、吸附等方式污染土壤和水体,给农业生态环境带来大面积污染,导致农业面临着严峻的污染形势,成为农业可持续发展的瓶颈。

蔚蓝生物开发的新型抗病-增肥加酶能够有效减少化肥农药施用量、提高作物产量。实际应用显示,新型抗病-增肥加酶可使化学农药使用量减少25%35%,化学磷肥施用量减少30%50%,作物产量提高10%以上。在蔚蓝生物,生物农药/肥料一直是一项重点工作,公司认为,该领域的开发将促进肥料业结构的调整和转型,改变传统肥料的种类和用量,增加其可持续性并减少对土壤和河流的污染;同时也从源头上保证了食品的安全,促进了农业的绿色种植和可持续发展。

生物发酵制剂属生物技术行业,其总体发展水平及行业高技术具有特殊性,蔚蓝生物自成立以来始终重视支持和开展自主创新与企业知识产权体系建设工作。蔚蓝生物通过生物质转糖关键技术开发的吨糖用酶成本约1000元,纤维素糖折合纯糖(糖浓度为30%)综合成本约3500/吨,与国际差距正在迅速缩小,技术水平已接近产业化要求。同时,生物质转糖关键技术正面临根本突破,有望使纤维素糖成本全面接近或低于粮食糖成本,将对中国生物制造、生物化工产生革命性意义。

目前,蔚蓝生物的碱性蛋白酶、碱性果胶酶、新型饲用木聚糖酶、中性纤维素酶、角质酶等8项相关技术成果均被专家鉴定为国际或国内先进水平;申请专利196项,其中发明专利193项,授权发明专利90项;参与制定国家及行业标准7项。

在大力开展自主研发的同时,蔚蓝生物也十分注重横向联合研发,开展广泛的国际合作,快速突破成果转化的障碍。至今已与中国科学院青岛生物能源与过程研究所、江南大学、山东大学,以及美国威斯康辛大学、芬兰国家技术研究中心、荷兰应用科学研究院、俄罗斯微生物所等高校和科研院所建立了深层次的联合研究伙伴关系,进一步推动生物催化技术的发展。


作者:杜莹