工业酶进展和未来展望

段 钢[杰能科（中国）生物工程有限公司，杜邦工业生物科技部，上海 200335]

工业酶进展和未来展望

段 钢
[杰能科（中国）生物工程有限公司，杜邦工业生物科技部，上海 200335]

回顾了近两年工业酶的发展和市场状况，分析了不同领域、国家和地区的应用情况，特别是饲料酶的使用，同时对未来的工业酶制剂发展前景进行了展望 。

2012年末～2013年初，应《生物产业技术》邀请，笔者分几个专题按不同市场和酶制剂应用的类型介绍了：工业酶制剂的现状和未来发展 ；酶制剂在淀粉生产和淀粉加工上的应用 ；酶和生物技术在生物燃料生产中的应用 ；酶制剂对生物化学品工业生产过程的影响 ；酶制剂在洗涤和纺织行业的应用 ；酶制剂在食品和饲料行业的应用 。至此，虽然不及三年，但期间工业酶的发展不小。文章按总体市场、不同国家和地区、应用来回顾和分析市场的变化，并展望未来3～5年的发展。

1 总体市场

酶制剂并不是一个很大的行业，工业酶也只是酶制剂市场的一部分，当讨论工业酶制剂时，通常指食品和饮料、饲料、生物燃料和洗涤等四个大的

市场的应用，当然还有如纺织、皮革、造纸等小部分， 但并不包括医药、研发、诊断外的酶制剂销售额。2011年，Freedonia World Enzyme Report调查和分析了整个酶制剂市场，给出了2010年工业酶市场总额（图1）。此次回顾的一些数据来源于MarketsandMarkets 2014年报告，与Freedonia报告的一个主要区别是该报告集中于工业酶制剂市场，而不是所有酶制剂市场。该报告把酶制剂市场，按种类、应用和地区进行了分类比较。其给出的2013年工业酶制剂的市场（按应用分类）如图2。值得指出的是：本文分析的数据来源比较广泛，除了上述的独立研究报告外，还有行业主要酶制剂生产商的年报和财政报告 。独立研究报告中的市场数字通常比较大，或比生产商公开的数字大。公开的酶制剂生产商的业绩报告中提到的市场，其中主要原因生产商讨论的数字是要去除税

段钢，杜邦工业生物科技、生物精炼亚太应用及技术服务总监，江南大学兼职教授。

E-mail:gang.duan@dupont.com务价格和经销商的利润等因素的，他们可触及的数字。

图2 2013年全球工业酶市场分项及比例（单位：百万美元）

图1 2010年全球工业酶市场分项及比例（单位：百万美元）

由图1和图2比较中可看出，饲料酶是增长比率最快的，从2010年不到4亿美元，到2013年超过8亿美元，其大发展的主要原因之一是近年来全球大宗商品涨价，特别是玉米价格。因此采用麦类等相对便宜的谷物替代玉米成为一种解决办法，而使用麦类原料通常需要更多的酶制剂（关于此方面的应用下面的饲料酶发展部分会进一步讨论）。快速增长的还有生物燃料酶市场，这方面的主要贡献来自于美国，美国的燃料酒精生产从2010年85万桶增加到2013年的95万桶，期间美国玉米的高价格影响了发展速度。洗涤酶市场虽然绝对值有增长，但占整个工业酶制剂的比例已有所下降。除了因为其他行业的增长速度相对较快，另外还因为液体洗涤剂的发展和其份额的增加（液体洗涤剂酶制剂应用的比例比颗粒洗涤剂少）。 这种趋势似乎并没有减弱的态势，诺维信2015年上半年年报中揭示，其洗涤剂酶业务为零增长 。食品酶在整个工业酶市场中的比例没有变化，仍然是工业酶制剂应用的主流，且保持增长的势头。值得关注的是，诺维信2014年报中揭示，其食品酶的市场份额为26%，而这个数字远低于该公司在总体工业酶制剂市场的份额，说明食品酶市场竞争非常激烈，有众多的酶制剂生产商来分享这块大蛋糕。 虽然食品用酶仍然保持发展的趋势，但由于法规等的限制，使新的高性能的酶种的引入在很多国家和地区都变得相对困难, 限制了企业产品的更新从而影响行业的发展。举个例子，相当一部分人会问，酶制剂是不是GMO，酶制剂只是蛋白产品，并不是活菌体。

表1 国内酶及应用相关文献量（CNKI检索）

表2 国外酶及应用相关文献量（ScienceDirect 检索）

除了商业报告，笔者也尝试根据数据库检索的数据了解国内外有关的学术研究的情况。国内以CNKI数据库、国外以ScienceDirect数据库为工具，具体检索结果见表1、表2。

从表1可看出，酶在食品中的应用研究相当多，但并不是仅被称为食品酶。酶在饲料中的研究也较多，文章发表数量增加也较快。同样，研究以酶在饲料中的应用出现，而不是饲料酶一个词。洗涤用酶研究本身就很少，并且有下降趋势。发酵过程中酶制剂的使用，包括酒精、氨基酸、有机酸等大宗产品中应用， 此方面的应用还是很广泛的。

国外饲料用酶的研究也呈上升趋势，与国内相比，上升的趋势更明显，值得注意的是，2015年至今，发表的文章（50篇）已超过2014年（481篇）；洗涤剂用酶应用相对较少，且有下降的趋势，这和CNKI的趋势相同；酶制剂在发酵中的应用有增长；国外的食品酶研究也不少，但呈减少趋势～。

2 国家和地区

表3 亚太区近年工业酶制剂应用市场和预测（单位：百万美元）

表4 全球酶制剂销售和预测 (单位：百万美元）

段钢 刘慧娟. 酶制剂在洗涤和纺织行业的应用. 生物产业技术, 2013, 2: 68-78.

段钢, 姚丹丹. 酶制剂在食品和饲料行业的应用. 生物产业技术, 2013, 3: 66-74.

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MarketsandMarkets, 2014. Industrial Enzymes Market - by Types , Applications, & Geography — Global Trends & Forecasts to 2018.

Novozymes, 2013,2014 yearly report, 20151H report.

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段钢. 酶制剂对生物化学品工业生产过程的影响. 生物产业技术, 2013, 1: 69-75.

全球范围内，酶制剂的应用仍然在稳定地增加，但近两年步伐放缓，在亚太区域和中国也是如此。从表3、表4中的数据分析，2013年亚太的销售额占全球21.6%，而中国占亚太的销售额超过53%，占全球11.4%。据世界银行和世界货币基金的统计 ，2013年中国的GDP占世界的1 2.3%、1 2.4%，相比之下，酶制剂应用的水平还处于较低的水平。

“意”是道德意志，是人们在完成目标的社会实践过程中，表现出来的克服重重艰难险阻、不怕困难、顽强拼搏的毅力与坚持不懈的精神。人的道德素养的形成离不开道德意志，道德意志对人们道德素养的形成有着调控作用。人们的道德控制力、意志力自然十分重要。正所谓“克己复礼为仁”，人必须克制住自己的冲动，遵纪守法，即可达到所谓道德修养的最高境界，即所谓“仁”。

由于近期中国乃至全球经济发展放缓，实际的数字应该与当初报告预期相差较大。预测2018年的情况应该基本不会发生。主要生产商预测的市场增长在3%～5%左右。MarketsandMarkets预测差距最大的是亚太地区，这个区域的增长比期望值大大降低，主要因素为包括我国和印度的经济放缓。

图3显示2013年国内不同行业酶制剂发展的分布情况，与国际的情况相似，食品酶的应用排在首位，占40%；饲料酶的比例也相似，占20%；但洗涤用酶大大低于国际水平，说明国内的洗涤行业仍以化学品为主，企业和消费者对环境保护的意识远远低于发达国家。国内的生物燃料行业只有230万吨燃料酒精，与美国近5000万吨燃料酒精所使用的酶制剂用量无法相比。

从工业酶制剂生产方面来看，据中国生物发酵产业协会 的最新统计，国内近几年的酶制剂出口量和出口额都有所增加，高附加值的产品增加（图4）。特别是2014年，金额约占世界工业酶制剂市场的10%。

3 应 用

工业酶制剂虽然在很多行业有多种不同的产品，但按酶的种类分类，主要的工业酶基本上都是水解酶，而其中碳水化合物酶和蛋白酶占总市场的60%以上，脂肪酶的市场还不到10%（图5）。碳水化合物酶的用途广泛，可应用在食品加工、饲料和生物燃料等诸多领域。蛋白酶应用在乳品、洗涤剂、蛋白加工和生物燃料等领域。

图3 2013年中国工业酶制剂市场不同应用所占比例

图4 2009～2014年中国酶制剂的出口量和出口额

图5 2013年酶制剂市场（2013年估计）按酶类型分类

图6 饲料行业服务的动物比例

图7 饲料行业使用的酶制剂种类

图8 NSP类酶具体种类细分比例

首先，饲料酶的应用。饲料行业服务的动物中，猪和禽类占主要部分（图6）。由于这些动物相对于反刍动物的消化能力较弱（特别是使用麦类原料时），因此以NSP（Non-Starch Polysaccharide）非淀粉类多糖水解酶和植酸酶为主要应用品种（图7）。图8显示了不同NSP酶的应用比例，主要是木聚糖酶、纤维素酶、果胶酶和β-葡聚糖酶。

对于酶种的选择和添加量，应据不同材料的组成来调整，甚至同样原料，不同产地、储藏时间，都可能带来原料组成的变化，这使得酶制剂的选择和添加量也要相应调整。

表5给出了底物/原料中各种组分可能带来的问题及需要酶制剂来解决的问题。

国内外的饲料行业发展较快，但相对其他酶制剂，其应用水平较低，主要是由于原料的不同。另外，不同的动物、不同的生长时期，其需要皆不同，因此要研制出标准的应用产品非常困难，但这也给了原料供应商（包括酶制剂）、饲料生产商及用户紧密合作提供机会。

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段钢. 酶制剂在大宗生化品生产中的应用.轻工出版社. 北京: 轻工出版社, 2014.

除了饲料酶，工业酶在生物能源也有较大增长，特别是美国。值得关注的是，过去十年美国燃料酒精的生产技术有了非常大的进步，不论是转化率、水耗还是能耗方面的效率都有了很大提高，其中酶制剂的贡献应该占首位。杜邦和诺维信都投入很大的研发力度来发展各种新产品，使得操作条件更容易，且不牺牲转化效率。 如我国浓醪发酵研究近20年，基本没有进展，但美国过去10年酒精发酵的酒度从12%提高到近20%，平均18%（体积分数），但没有影响发酵的转化率，如残糖、残淀粉和残还原糖等指标。不但配料浓度增加，同时蒸煮温度也从100℃以上下降到85℃左右，蒸煮、蒸馏的能耗都大大降低。主要原因是新型的酶制剂，特别是高性能快速降黏的液化酶和复合糖化酶中包括了很多生料水解酶的活性。

表5 饲料底物和添加酶的影响

对于洗涤用酶，由于洗涤市场转向液洗，而液洗中极端的pH值对酶制剂的稳定性影响很大，短期内还没有很好的解决方案。而近期石油价格的走低，洗涤剂生产商可能倾向使用更多高性能的化学品。这个行业的一个特点是只有为数不多的大客户控制着市场，市场的走向和酶制剂的应用很大程度由其控制，而酶制剂生产商能做的并不多。

表6 酶制剂与其生产最终产品价值对比

4 未来展望

虽然酶制剂本身的市场并不大，但对相关行业的影响却远远大于其自身价值。表6对现在大规模生产的生化品信息及酶制剂成本与产品的价值进行了比较 。

淀粉糖相对容易生产因此其创造的价值相对低，而发酵产品的生产线比较长，因 品的价值与酶制剂的消耗比大于100。发酵产品中乳酸相对价值高，主要原因是生产的厂家相对少，竞争不像味精和赖氨酸那么激烈。如果按照2010年所有化学品的产值14 000亿美元，其中约10%与生物有关，假设全部生物过程都使用酶制剂，那么再按100∶1来估算酶制剂的产值，那么酶制剂的产值为140亿美元，但是现在的酶制剂市场还没有这么大，造成估算差距的原因之一是有些高附加值的产品其价值与使用的酶相比远远大于100，另外也说明酶制剂的发展空间还很大。

展望未来，近期中国和亚洲经济放缓，很多行业产能过剩。未来2～3年酶制剂市场增长会远远低于预期。由于整体经济放缓，食品行业的增长也会随之下降；由于人们的生活对蛋白的需求增加，饲料行业总体仍然会增长，但竞争会更加激烈。如果预测短期内有所增长的方面，应该是燃料酒精，包括第一代淀粉类和第二代纤维类酒精的发展。

10.3969/j.issn.1674-0319.2015.06.010