合成生物学是一门融合了生物学、信息学、基因组学、化学等多学科的交叉学科，在学习自然生命系统的基础上，建立人工生物，制造出满足人类需 求产品。合成生物学由于实现了从“认识生命”到“设计生命”的跨越，被学界誉为第三次生物技术革命。合成生物学的核心在于经改造的底盘细胞 通过其自身代谢，表达植入的特定基因从而获得目标产品，因此选择合适的底盘细胞并通过基因线路设计获得正确的代谢途径至关重要。随着代谢科 学的不断发展，结合量子化学计算、AI辅助分子设计等技术通过对底盘细胞的“设计-构建-测试-学习”循环改进，实现对生物性状的定向构建与优化， 满足产业化应用。合成生物学的重要原则包括标准化、去耦合和模块化。
目前产业中合成生物学多指用生物质通过微生物细胞工厂生产氨基酸、有机酸、抗生素等有价细胞代谢产物。合成生物学通过设计和构建细胞工厂， 能够使细胞以淀粉、纤维素、CO2等可再生碳为原料，生产重要的化工产品、天然药物、食品、生物能源以及生物材料等产品。合成生物学可以实现更 高的转化效率、更低的成本，更友好的路线。
合成生物学原理：以工程化设计理念，对生物体进行有目标的设计、改造乃至重新合成。设计改造生命系统，合成具有成本规模优势的产品。
核心原理：用工程思维解释合成生物学，将生命系统模块化和标准化。模块化：找到“基因元件”来认识和重构生物学功能。标准化：汤姆奈特和德鲁-安迪建立了标准生物学组件登记库。
计算机模拟生命：“基因元件”重构的精准度极高，计算机模拟和人工智能可以提高合成生命的精准度，有效缩短生产周期。
合成新生命的方法：1.加速筛选：丘奇教授发明的MAGE（Multiple Automated Genome Engineering）方法可以加速生命进化，把一些随机的 DNA片段和大肠杆菌混合培养，大肠杆菌有可能吃掉这些DNA片段，整合进自己的基因组，以20分钟繁殖一代的速度创造数目巨大的基因组。 2.创建突变开关：采用酵母基因组（酵母有16条染色体，1400万对碱基），在基因组里插入5000个特殊的DNA序列，遇到催化酶后，形成极 端性状。3.定向进化蛋白质：深入基因元件内部修改其结构。DeepMind采用人工智能的方法对蛋白质进行预测，用几千种已知的蛋白质结构 训练神经网络算法，2周时间内预测一个蛋白质结构。
合成生物学的核心在于经改造的底盘细胞通过其自身代谢，表达植入的特定基因从而获得目标产品，因此选择合适的底 盘细胞并通过基因线路设计获得正确的代谢途径至关重要。随着代谢科学的不断发展，结合量子化学计算、AI辅助分子 设计等技术通过对底盘细胞的“设计-构建-测试-学习”循环改进，实现对生物性状的定向构建与优化，满足产业化应用。
合成生物学最初由Hobom B.于1980年提出来表述基因重组技术，随着分子系统生物学的发展，2000年E.Kool在美国化学年会上重新定义了 “合成生物学”概念，这标志着合成生物学的正式出现，之后学科迅速发展。
合成生物学20余年的发展历程大致可以分为 4 个阶段：（1）合成生物学的萌芽（2000—2005年）， 该时期产生了许多具备领域特征的研 究手段和理论， 特别是基因线路工程的建立及在代谢工程中的成功运用：（2）基础研究起步期（2005—2011年），合成生物学研究开发总 体上处 于工程化理念日渐深入、使能技术平台得 到重视、工程方法和工具不断积淀的阶段；（3）快速创新和应用转化时期（2011—2015 年），这个时期涌现出了大量新技术和新工程手段，特别是人工合成基因组能力的提升，以及基因组编辑技术的突破等，从而使合成生物学 的研究与应用领域大为拓展；（4）飞速发展新时期（2015 年至今），合成生物学的“设计—构建—测试-学习”等概念提出，多学科融合 程度加深，叠加资本市场加速入场，行业产业化飞速发展。
工业化学品产品将占合成生物学市场规模的19.8%。据BCC Research数据，2019年，全球合成 生物市场规模达到53.19亿美元，预计在2024年将成长至188.85亿美元，2019-2024年CAGR达 24%。从下游行业应用来看，医疗健康、科研和工业化学品为合成生物学的三大应用行业，其 中医疗健康是最大的细分市场，2024年市场规模有望达到50.22亿美元，将占整体合成生物市 场规模的26.6%；科研、工业化工产品则将分别占到21.0%、19.8%。据BCG预计，到2026年， 2021年的三大应用方向将继续领跑，三大应用方向的全球市场规模都将超过60亿美元。
从细分赛道增速方面来看，由于食品和饮料以及消费品有低客单价和高频的特征，预计是未来 几年增速最快的两个细分赛道，2024年市场规模分别为25.75亿美元和13.46亿美元；医疗健康 和科研尽管是占比最大的两个细分赛道，增速却是最慢的。食品饮料、农业和消费产品将迎来 大幅提升，并且CAGR将远超过医疗健康、科研和工业化工，迎来超过40%的高增长率。
据BCC Research数据，从地域分布来看，北美和欧洲市场仍然占据主要地位，合计占比超80%；到2024年市场规模将达到24亿 美元，亚洲市场占比将达13%。其中，中国的合成生物学市场增长也很迅猛。
全球经济活动中60%的实物投入有望依靠生物技术获得，预计在2023年-2040年，合成生物学将每年为全球带来2-4万亿美金的 直接经济效益。
设计、模拟和实验是合成生物学的基础。细胞工厂的构建首先需要创建微生物的基因组代谢网络和调控网络模型，然后在此基础上设计 出目标化学品的最优合成途径，避免其他副产物的竞争，使目标化学品的合成途径在热力学上可行，合成过程能量供给充足。自然状态 下，如不掺杂人为因素，微生物合成途径中各个酶的催化效率几乎不可能达到非常协调的状态，催化效率慢会限制合成的速度，催化效 率快会导致中间代谢物累积使细胞“中毒”，这些都会制约细胞工厂的生产速率。因此，优化合成途径使其达到平衡协调至关重要。目 前主要通过多基因调控技术及蛋白骨架技术来调整基因序列或者酶的顺序来提升催化效率。
基因元件是指具有某种特定的生物学 功能的DNA或RNA，是设计合成生物的 的基本单位。其主要的特性是信号接 收与输入，调节信息流、代谢与生物 合成功能。具有可连接性末端的标准 化的基因元件被称为“生物砖”是构 建细胞工厂的基础。生物模块是指一 组细胞内区域化的生物器件，它们由 内在功能联系在一起，执行特定的复 杂功能，如代谢途径、信号转导途径、 调控途径等。
生物元件与生物模块是合成生物学的 工具包。通过设计一构建一检测一学 习一进一步设计，反复循环，实现构 造满足要求的细胞工厂，通过最后实 现放大达到产业转化。
发酵放大并非所有参数直接线性放大，需要综合考虑罐体温度、溶氧、菌体、补料速度等传质、扩散动力学因素，这些因素会造成发酵结果与小试差 别很大，而且有可能在不同的发酵阶段，采用不同的参数控制方式，这些都是在摇瓶小试时无法做到的。
发酵产物浓度较低，属于稀水液系统且成分复杂，含有目的产物、微生物细胞碎片其他代谢副产物、残留培养基无机盐等。还含有色素、热源物质、 毒性物质等有机杂质并且产物稳定性低，对热、酸、碱、有机溶剂、酶、机械力等敏感，易失活或分解。这些性质都增加了产物提纯的难度。
分离纯化步骤有所不同，但大多数包括以下四个步骤：发酵液预处理和菌体分离、提取、精制、成品加工。
合成生物学路线替代化学合成或天然提取路线，可显著提高生产经济性。（1）合成生物学以淀粉等粮食原料、秸秆等农业废弃物以及CO2等为 原料，使得原材料成本占比降低。（2）相较于化学反应，合成生物学大部分反应在微生物或酶的作用下进行，反应条件更温和，产业链长度 以及生产周期缩短。（3）合成生物学借助酶催化反应，酶与底物结合及催化特异性强，使得底物转化效率高，减少副产物和三废生成。
以丙氨酸产品为例：丙氨酸产品生产工艺历史上经历了从天然提取法、化学合成法（传统化工制造）、酶法到发酵法的技术演变，天然提取法 和化学合成法存在成本过高、合成路线较长和环保压力大等问题，目前，通过合成生物学过程对菌株进行改造后丙氨酸单位成本较发酵法大幅 下降。
天然生物中有超过300万种的新分子和新材料尚待发掘应用，其中包括小分子和聚合物、生物大分子和生物材料等，理论上它们的多样性与石 油化工产品相当。同时，在复杂的生物系统中存在着大量化工合成途径的替代方案，例如用生物合成小分子前体、用酶代替化工催化过程等。
某些材料利用石油的化工制造也非常困难，造价很高，甚至对于一些特殊的材料，化工方法是无法合成出来的，比如蛛丝蛋白、高分子肌动蛋 白材料等，这些性质优良的材料只能通过生物法合成。
合成生物学可以在原料端摆脱对化石原料的依赖，生产过程中节能减排，可以实现材料的绿色低碳制备。合成生物学可以生物质、二氧化碳为 原料，生产清洁、高效、可持续的化学品和生物能源产品，实现对不可再生资源的逐步替代。例如，经过合成生物学方法改造过的光合藻类富 含大量的脂质，被称为“生物柴油”，可以一定比例添加至汽柴油中使用，以替代原有化石能源。据中科院天工所统计，与石化路线相比，目 前合成生物制造产品平均节能减排30％-50％，未来潜力将达到50％-70％。世界自然基金会（WWF）预估，到2030年工业生物技术每年可降低10 亿吨至25亿吨二氧化碳排放。这将对化石原料的替代、高能耗高物耗高排放工艺路线的替代及传统产业的升级产生重要的推动作用。
生物技术的快速发展推动合成生物学快速爆发。由于基因测序、基因编辑、基因合成三个合成生物学底层技术成本快速发展， 使合成生物学的研发门槛不断降低。
大数据处理、深度学习及AI辅助分子设计等信息技术的发展，实现了底盘细胞设计的快速迭代设计，加快了工程菌的研发。 相关底层技术的快速发展奠定了合成生物学产业爆发的基础。
近20年来，合成生物学专利数量总体呈现明显增加趋势是近年来的专利研发热点之一，从基础研究到实际应用转化速度明显加快。
近15年，测序成本下降超10000倍，oligo合成成本下降约10倍，关键步骤成本的快速下降直接推动了合成生物学的迅猛发展。
合成生物学因其巨大的潜力，已成为各国重点进行战略布局的新兴领域。拜登政府将合成生物学列为《2021美国创新与竞争法案》十大关 键技术重点领域之一，同被列为重点技术的包括人工智能、半导体、量子科学等。
中国发布的《第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中，也明确将合成生物学列为科技前沿领域方向之一。随后，北京、上海、深圳、 天津等地方政府也陆续将合成生物学列为发展规划的重点关注领域。
资本加速入局，合成生物学带动全球投融资热潮。根据Synbiobeta数据，2020年合成生物学获得融资总和达78亿美元，约为上 一峰值2018年的两倍。2021年合成生物学行业融资总额约180亿美元，又几乎是2009年以来该行业融资的总和。据华经产业研 究院数据，2021年中国合成生物学获得投融资16起，较2020年增长10起，获得22.95亿元的融资金额，较2020年增长1.36亿元。 2022年，合成生物学企业融资频次和数额再创新高。2022年中国合成生物学企业融资频次至少已经达到43起，融资金额已经超 过66亿元，创下了新的融资纪录。
生产1,3-丙二醇的方法主要有三种：
1）化学法：有丙烯醛水合加氢法、环氧乙烷羰基合成法和丙烯醛水合加氢法。对生产原料及设备要求高，生产存在设备投资大，工艺复杂， 条件苛刻，存在环境污染，且原料石油资源日益匮乏。1,3-丙二醇下游为PTT 纤维，合成生物学方法可以降低1,3-丙二醇价格，从而使PTT纤维 价格具备经济性，打开市场并拉动其本身应用空间。
2）合成生物法-以葡萄糖为原料底物的杜邦工艺：市场售价约2万/吨，质量好。
3）合成生物法-以甘油为原料底物的苏州苏震/清华大学、美景荣/华东理工大学工艺：甘油发酵法的菌种效率低，甘油转化率60-70%，副产物 有乙醇、乳酸、丁二酸、乙酸等，分离提纯复杂，需要絮凝、浓缩和精馏、脱盐等多个工序，生产成本约2万/吨。
合成生物学方法可以提高经济效益，判断经济效益三个指标：产品浓度（g/L）；单位体积生产速率（g/L/h）；摩尔转化率（mol/mol）。
氨基酸是一种含有氨基和羧基的一类有机化合物，是构成动物营养所需蛋白质的基本物质。目前主流的氨基酸生产方法是以玉米淀粉做的葡 萄糖作为碳源，补加各种无机盐及氮源，通过微生物发酵，再进行提纯得到。氨基酸具有重要的生理调控功能，是人和动物不可或缺的初级 代谢产物。近年来，新型饲料添加剂、健康食品、膳食补充剂以及化妆品在内的各种终端应用市场对氨基酸的需求与日俱增。
2022年我国大品种氨基酸产能充沛。氨基酸、维生素和矿物质属于三大饲料添加剂。氨基酸是构成动物营养所需蛋白质的基本物质，被广泛 用于畜产饲料中作为营养补充剂和生长发育促进剂，也可用于健康食品、膳食补充剂、医药产品、人工甜味剂和化妆品等市场。大宗饲料添 加剂氨基酸主要包括蛋氨酸、赖氨酸和苏氨酸等。2022年，我国大品种氨基酸如赖氨酸产量255万吨，净出口144万吨，国内用量约100万吨； 蛋氨酸产量44.3万吨，用量40万吨；苏氨酸产量84万吨、净出口54.5万吨。小品种氨基酸则包括缬氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、精氨酸、组氨 酸、苯丙氨酸等，亟需扩大产能、降低成本。
2.1 丙氨酸行业格局梳理
丙氨酸是构成蛋白质的基本单位，是组成人体蛋白质的21种氨基酸之一。丙氨酸属于小品种氨基酸，可以广泛应用在日化、医药及保健品、食品添 加剂和饲料等众多领域。丙氨酸分为α-丙氨酸和β-丙氨酸：α-丙氨酸存在L型、D型两种立体镜像，即L-丙氨酸、D-丙氨酸。DL-丙氨酸为α-丙氨 酸的外消旋体，其中L型、D型的混合比例为1:1，L-丙氨酸可用于日化、医药、保荐和饲料等众多领域，应用最为广泛。
丙氨酸是一种脂肪族的非极性疏水性氨基酸，在生物体中有重要生理学功能如参与糖代谢活动，在转氨反应中提供氨基，将氨基酸转化为糖原。化 学法是生产丙氨酸的传统方法。然而，丙氨酸生产的化工流程温度高、压力大、酸碱强，环境污染严重。目前，工业化生产丙氨酸采用发酵法和微 生物酶法代替了原有的化学合成法丙氨酸。丙氨酸目前最主要应用为在日化领域制备MGDA。
目前L-丙氨酸的生产方法主要有化学合成法、水解提取法、酶转化法 以及微生物发酵法。
① 化学合成法生产的L-丙氨酸质量较差，生产过程易造成环境污染；
② 水解提取法生产过程较复杂，不适宜规模化和工业化生产；
③ 酶转化法以L-天冬氨酸作为原料，成本较高，但产品纯度高，可 用于手性药物合成领域，如手性药物左氧氟沙星，市场价格也高 于发酵法产品；
④ 微生物发酵法原料来源广泛，生产流程简单，污染小，更适合廉 价大规模制造。
国内丙氨酸生产企业主要包括华恒生物、丰原生化、烟台恒源等，国外丙氨酸生产企业主要为武藏野，全球丙氨酸产能95%以上集中在国内市场。
华恒生物：目前有2.6万吨发酵法产L-丙氨酸产能，2.5万吨交替生产L-丙氨酸与L-缬氨酸产能，2000吨酶法L-丙氨酸产能，2500吨酶法DL-丙氨 酸产能（用自产L-丙氨酸为原料），是全球最大的丙氨酸生产商。华恒生物在国际上首次成功实现了微生物厌氧发酵规模化生产L-丙氨酸。
丰原生物：安徽丰原生物化学股份有限公司成立于2016年10月位于安徽省蚌埠市固镇经济开发区，主要从事生物化工产品、有机酸系列、氨基酸 系列、聚乳酸系列产品的生产、经营，并开展生物工程的科研开发。2017年发酵法3万吨L-丙氨酸生产线建成投产，2023年对该产线进行改造， 最终形成年产2万吨L-丙氨酸、1万吨葡萄糖酸钠生产能力。
恒源生物：烟台恒源生物股份有限公司主要产品有富马酸、L-天门冬氨酸、L-内氨酸。根据2016年技术研发中心建设项目环境影响报告披露，烟 台恒源25000吨富马酸产能，25000吨L-天冬氨酸产能，10000吨聚天冬氨酸盐产能，15000吨L-丙氨酸产能。
武藏野：主要生产纯天然乳酸及其盐、酯系列产品，以化学合成法生产工艺生产DL-丙氨酸。其产品主要主要供应日本市场。
2019年度日化领域的需求量占L-丙氨酸总需求量约55%。MGDA作为一种新型螯合剂， 较含磷螯合剂不会导致水体富营养化，较NTA及EDTA更易分解，毒性更低，是目前 最优的螯合剂选择，主要使用在欧美国家自动洗碗机专用洗涤剂中。2010年巴斯 夫于德国开始量产MGDA，用于高端洗涤剂，之后在美国、巴西不断扩大生产规模， 生产装备全部建成后，巴斯夫MGDA的产能将达到17万吨。根据中国生物发酵产业 协会数据显示，预计到2023年，全球MGDA的需求量将达到39.34万吨，2016年至 2023年复合增长率达到28%，市场空间广阔。受到MGDA市场快速发展的推动，在日 化领域中丙氨酸市场需求量保持快速增长。
L-丙氨酸还可用于合成氨基酸表面活性剂，广泛应用于氨基酸基 洗发水、沐浴露、洗面奶、牙膏、爽肤水、面霜等个人护理产品。 氨基酸表面活性剂具有表面活性优良、刺激性小、抗菌性好、易 生物降解等优点，更适合敏感性肌肤和婴幼儿；L-丙氨酸作为合 成维生素B6、丙谷二肽等的原料，可作为营养强化剂或补充剂， 可用于制备氨基酸注射液。在抗菌药氧氟沙星、高血压治疗药、 新型多发性硬化症治疗药等领域均有应用；丙氨酸可增强鲜味， 调和食物刺激性味道，起到柔和食品口感的作用，还可以引发出 食材本身美味的效果，由于不含钠离子，更加安全健康，随着人 们健康意识的提高，丙氨酸作为食品添加剂的市场空间也越来越 大。
根据中国生物发酵产业协会数据显示，全球丙氨酸市场自2016年 3.5万吨增长至2019年5万吨，年化复合增长率为13%；且协会预计 丙氨酸市场在未来四年内继续保持稳定增长，在2023年将达到8万 吨，同比2019年5.1万吨增长57%。据新思界估算，2022年全球L丙氨酸市场规模为12.6亿美元，2023-2028年，全球L-丙氨酸市场 年均复合增长率预计在5.5%左右，到2028年其市场规模可达到 17.5亿美元。受益于绿色环保观念不断深入，L-丙氨酸作为合成 生物材料，行业景气度将进一步提高。
好氧发酵具有生长快、产量高等特点，但好氧发酵中大量碳源用于细胞生长容易造成糖酸转化率低、能耗高等问题。厌氧发酵是近年来新出 现的氨基酸生产模式，具有操作简单、无需通氧、糖酸转化率高容易接近理论最大值等优势。
华恒生物于2011年突破了厌氧发酵法的技术瓶颈，华恒首席科学家张学礼等通过在大肠杆菌中引入来自嗜热脂肪芽孢杆菌的NADH依赖型L-丙 氨酸脱氢酶替代双酶体系成功创建了L-丙氨酸合成的新途径。L-丙氨酸脱氢酶直接利用 NADH 和铵离子就可以将丙酮酸转化为L-丙氨酸，从 而成功解决了还原力平衡的问题，并通过设计代谢进化的技术方案，基于细胞生长和产物合成的偶联来提升单个细胞合成效率，实现了在菌 种量少的条件下高效合成目标产物。 张学礼等设计的高效生产L-丙氨酸的工程菌合成效率提高了8倍，比生产速率从最初的0.10g/(g·h)提 高到了0.79g/(g·h)细胞干重，菌种生产强度达到3.9g/(L·h)，糖酸转化率高达95%。值得一提的是，这是在国际上首次成功实现了微生物 厌氧发酵规模化生产L-丙氨酸产品，大幅降低能源消耗及产品成本，促进了产品的规模化应用，同时实现发酵过程二氧化碳零放排。
2.2 缬氨酸行业格局梳理
缬氨酸是支链氨基酸中的一种动物体自身不能合成，必须从日粮中摄取才能满足其营养需求，属于必需氨基酸。其被广泛应 用于饲料、医药和食品等领域。氨基酸作为饲料添加剂由最初 的L-赖氨酸、L-苏氨酸、蛋氨酸发展到现在的L-缬氨酸。在蛋 鸡的生产养殖中L-缬氨酸被称为第三限制性氨基酸，在促进蛋白质合成，维持机体健康茁壮成长方面期待了发挥着不可替代 的作用。
缬氨酸制备方法主要有四种：蛋白质水解法、化学合成法、酶法和生物发酵法，由于生物发酵法原料易得，生产成本简单， 易于大规模生产，目前基本上所有厂家均采用此法生产L-缬氨酸。
L-缬氨酸可通过好氧发酵及厌氧发酵两种方式获得，其最大差异是利用的菌种不同，厌氧发酵糖转化率高，可有效降低生产成本。厌氧发酵在 发酵时不需通入无菌空气，减少了设备投资，缩短了生产流程，也减少了发酵罐被杂菌污染的风险。
华恒生物公司以类似于厌氧法丙氨酸的技术工艺成功开发微生物发酵方式生产 L-缬氨酸产品，这将成为其以厌氧发酵方式进行规模化生产的 又一氨基酸新品种。
缬氨酸的主要生产企业为韩国希杰集团、梅花生物、伊品生物、华恒生物，金象生化、拜克生物、新疆阜丰等。由于缬氨酸与其他发酵法生产的氨基酸应用设备及生产流程近似，以上厂家产线多为柔性生产，根据市场需求生产不同的产品。博亚和讯预计，2022年国内缬氨酸产能超过13万吨/年， 行业供应持续增长。
根据中国发酵产业协会数据显示，近年来全球缬氨酸市场规模保持着迅猛增长态势，全球需求量从2016年的0.73万吨增长到2019年的3.25万吨，年复合增长率高达65%，预计2020年至2023年，全球缬氨酸市场将以约24%的年复合增长率保持增长态势。豆粕减量替代行动以及低蛋白日粮技术的持续推广，为缬氨酸需求增长提供了契机，预计未来5年在政策推动和市场需求的带动下，该产品会进入快速增长期。
2.3 β-丙氨酸行业格局梳理
β-丙氨酸是自然界中唯一存在的β型氨基酸，具备特殊的生物活性。β-丙氨酸是合成D-泛酸（维生素B5）的重要原材料之一，维生素B5也是β-丙氨酸最 大的下游需求。泛酸钙是人体和动物体内辅酶A的组成部分，参与碳水化合物、脂肪和蛋白质的代谢作用，有利于各种营养成分的吸收和利用，是人体和动 物维持正常生理机能不可缺少的微量物质，被广泛应用于饲料添加剂、医药、日化、食品添加剂等众多领域。目前，全球D-泛酸钙总产能约为2.8万吨，国 内产能占全球近80%的市场份额。2022年全球泛酸钙市场规模达到16.13亿元，国内市场规模达到4.79亿元。预计到2028年全球泛酸钙市场规模将达到23.7 亿元，市场年复合增长率预估为6.87%。
据贝哲斯咨询测算，2022年全球β-丙氨酸市场规模达到5.49亿元，中国β-丙氨酸市场规模达到1.45亿元。到2028年全球β-丙氨酸市场规模将达到7.12亿 元，期间市场规模复合增长率将为4.65%。
2016年，华恒生物成功实现了酶法生产β-丙氨酸技术的产业化，初步实现了生物制造技术对传统化工制造方法的有效替代，但是产品成本较 高。经过两年多的持续研发，华恒生物于2018年底实现了以廉价易得的丙烯酸为原料，利用人工合成酶催化生产β-丙氨酸的工艺技术进一步 替代了原有由L-天冬氨酸生产β-丙氨酸的工艺，实现了生物制造技术工艺的升级和迭代。
2022年全球维生素B5（泛酸钙）市场规模达到16.13亿元（人民币），全球主要生产企业仅6家，亿帆医药、山东新发、山东华辰、兄弟科技、 帝斯曼、巴斯夫。目前年产能27000吨，其中亿帆医药是泛酸钙龙头，产能为8000吨至12000吨左右，占全球总产能40%左右。
化学法：是制备D-泛酸钙的传统方法，首先由DL-泛解酸内酯与β-氨基丙酸钙反应制得DL-泛酸钙，由于DL-泛酸钙的溶解度比D型L型都大， 可采用晶种诱导法将D型和L型分别析出，其中的L-泛酸钙经碱催化消旋，最终转化为D-泛酸钙。该方法技术比较成熟，但是只能生产泛酸钙， 不能生产泛酸的衍生物，如泛醇。且化学拆分剂价格高，分离困难，存在毒性。
生物酶法：是先拆分DL-泛解酸内酯得D-泛解酸内酯，将L-泛解酸内酯萃取分离后，再与β-氨基丙酸钙反应制得D-泛酸钙。生物酶法生产陈 本低，毒性小，污染少。
华恒生物β-丙氨酸生产技术以廉价易得的丙烯酸为原料，利用人工合成酶催化生产β-丙氨酸，该技术反应条件温和 反应转化率高，且具有 绿色环保优势，代表着行业领先水平。丙烯腈为原料的化学合成法生产工艺，工艺的反应条件苛刻，环境压力大。
华恒生物制备D-泛酸钙的D-泛解酸内酯，采用了创新性的动态动力学拆分工艺，在DL-泛解酸内酯水解的同时，以酶法消旋L-泛解酸内酯，最 终实现D-泛解酸内酯“一锅法”转化。相比于传统工艺，该种方法避免了有机萃取溶剂的残留问题，简化了 L-泛解酸内酯二次拆分的步骤， 大幅节省能源耗用，提升了产品经济性。
尼龙（聚酰胺）是一类分子主链上具有重复酰胺基团的热塑性树脂的总称，是五大工程塑料中产量和消费量最高的品种。英文名称Polyamide （简称PA）。尼龙（PA）由于高强度、高韧性、耐磨及耐冲击性等特点，在工程塑料、合成纤维、塑料薄膜、涂料和粘合剂等领域应用广泛，是 五大工程塑料中产量和消费量最高的品种。尼龙上游基本原材料以纯苯为主，中间产品有环己酮、己内酰胺、己二酸、己二胺、己二腈等，下游 产品主要是尼龙纤维、尼龙薄膜和尼龙工程塑料。
在工业分类中，通常将包含10个碳链以下的尼龙称为短碳链尼龙，主要包括尼龙6，尼龙66等。将含有10个碳链以上的尼龙称为长碳链尼龙，包 括尼龙11、尼龙12，尼龙1212、尼龙1012等。
聚酰胺（PA）是主链具有酰胺结构的线型高分子的统称，可用于 塑料或者纤维，主要产品包括脂肪族PA、芳香族PA和半芳香族PA （如PA 6，PA 66， PA 610，PA 6T，PA 11，PA 46，PA 10等）。 PA具有良好的力学性能、耐热性、耐磨损性、耐化学药品腐蚀性 和自润滑性，且摩擦系数低，有一定的阻燃性和自熄性。PA材料 优异的性能使其在工业上广泛应用于电子电器、汽车、力学组件、 医疗医药等领域。随着技术的进步，PA的应用范围将更广。目前， PA产业主要以工程塑料为主要发展方向，同时进行节能环保的技 术革新，使PA变得更加绿色环保。
生物基PA、节能低耗以及功能化PA将是促进PA行业可持续发展 的三大方向。生物制造具备较广阔的市场空间，然而生物法制造 长链二元酸、生物基戊二胺、生物基聚酰胺等产品的技术开发和 产业化往往需要大量的时间，且失败率极高，投资规模大，具有 显著的技术壁垒。目前值得关注的是，生物基聚酰胺材料方面， 【凯赛生物】公司在生物法长链二元酸、生物基戊二胺和生物基 聚酰胺行业竞争中的优势地位较为突出，其基于自产的生物基戊 二胺与二元酸的缩聚得到生物基聚酰胺产品，如聚酰胺-56 （PA56），具有高强、耐磨、阻燃、吸湿、回弹性好等特点。
3.1 十二烷二酸（DC12）行业格局梳理
特种尼龙主要包括长链尼龙和高温尼龙。其中，长链尼龙是重复单体数量超过10的尼龙，产品主要包括PA12、PA11、PA610、PA612、PA410、PA1010、PA1012等。长链尼 龙占据了特种尼龙的大部分，主要用于汽车热管理部件，家电、电子等对导热塑料的需求也快速增长。据Polaris Market Research，2018年全球特种尼龙市场规模约 23.6亿美元，2026年全球特种尼龙市场规模将达到36.0亿美元，年复合增长率达5.3%。汽车轻量化的发展趋势是特种尼龙市场规模扩大的驱动力之一。2008年至今，尼 龙6与尼龙66价格约在1-4万元/吨，而长链尼龙PA12价格约为10-14吨之间，这是由于特种尼龙产品产能由少数化工业巨头垄断，利润空间较大，随着国产化的推进，长 链尼龙价格有望下降。
长链尼龙性能优异，下游应用领域广阔。在汽车领域，长碳链尼龙是制造汽车油管的理想材料，发达国家60%-70%的长碳链尼龙用于生产汽车软管，如刹车管、输油管、 离合器软管等，欧洲的汽车软管70%使用的是PA12，美国也50%的汽车软管是用PA12制成。此外长碳链尼龙还用作消音齿轮、轴承、止推垫、抗震件等；PA12、PA11等长 链尼龙制作的运动零件运转时噪音低，广泛应用于录音机和中标齿轮，小型精密机械件。用长链尼龙制作电缆防护层可以提高电缆的使用寿命，用作海底光缆包覆层可 以减少信号在传输过程中的损失；长链尼龙耐候性能好，符合军事装备理想的需求，可用来制备枪托、握把、降落伞盖，军用油箱、通讯设施外壳等。步兵武器轻量化 趋势也增加了轻武器装备对于长链尼龙的需求；尼龙11及尼龙12还用于高级涂料和粘合剂，用于复合材料的制备。
长链尼龙是重复单体数量超过10的尼龙，产品主要包括PA12、PA11、PA610、PA612、PA1010、PA1012等。PA610与PA612由长链二元酸与己二胺缩 聚得到，己二胺碳链长度仅为6，使这两种材料的耐温性和机械性能由于长链尼龙PA11/PA12，但略低于PA6及PA66。长碳链尼龙相较PA6及PA66的 优点主要有，吸水率低，尺寸和性能较为稳定，加工温度低、电性能优良、抗疲劳和抗低温性能突出。PA12与PA11性能接近，由于PA11原料为蓖 麻油，各国纷纷开始用PA12代替PA11。
国内长碳链尼龙生产仍亟待突破，国产替代空间广阔。我国由于实现了发酵法生产二元酸，拥有了自主知识产权的牌号PA1012、PA1212，并实现 了量产，其性能与PA11及PA12接近，有效降低了我国长链二元酸的进口量。据DT新材料数据，国内长链尼龙的年需求量约为8万吨，国产化率约为 25%，长链尼龙长期被法国阿科玛、德国德固赛（赢创）、瑞士EMS和日本宇部兴产公司垄断，这些国外巨头覆盖了原料、单体、聚合物和复材整 个产业链。但随着技术的不断提升，中国在长链尼龙领域也有了长足进步，如PA1012国产化率自2019年已经超过30%，万华化学也开始工业化生产 PA12。
十二烷二酸（DC12、月桂二酸）可用于制备PA612、润滑油、高档防锈剂、高级粉末涂料、热熔胶、合成纤维以及其他聚合 物。此外，近年来，长链二元酸逐渐在医药中间体及香料方面拓展新的应用领域。PA612吸水性低，尺寸稳定、耐腐蚀和低温 冲击，柔韧性更好，主要应用于汽车、电器、机械等行业，如线圈骨架、电缆绝缘层、油压系统等。
长链二元酸传统上以化学法生产为主。传统化学法长链二元酸（主要为DC12月桂二酸）以英威达为代表，传统化学法已自 2015年底开始逐步退出市场；以生物制造方法生产的长链二元酸系列产品则经济性及绿色环保优势突出，近几年正逐步主导 市场。凯赛生物以生物法生产主导市场。凯赛生产的月桂二酸拥有7.5万吨长链二元酸产能（主要为DC12及DC13），2022年长 链二元酸产品销售近6万吨，产品在全球市场占有率高达八成左右，而在国内市场占比约在九成以上。国际市场上仅剩赢创及 UBE建设有千吨级化学法DC12产能。
癸二酸用途广泛，主要用来制取癸二酸的酯类，其酯类用途广泛，如癸二酸二丁酯、癸二酸二辛酯、癸二酸二异辛酯。这些酯类可作塑料、耐寒 橡胶的增塑剂，也可用于制取聚酰胺、聚氨酯、醇酸树脂、合成润滑油、润滑油添加剂以及香料、涂料、化妆品等。也可用作生产尼龙1010、尼 龙910、尼龙810、尼龙610、尼龙9的原料及耐高温润滑油二乙基己酯的原料。也是生产醇酸树脂(用作表面涂料、增塑硝酸纤维素涂料和尿素树 脂清漆)和聚氨基甲酸酯橡胶、纤维素树脂、乙烯基树脂及合成橡胶的增塑剂、软化剂和溶剂的原料。
长链二元酸生产工艺以蓖麻油裂解法为主。以工业生 产和应用的十碳二元酸为例，蓖麻油裂解法主要工艺 流程是蓖麻油裂解生成蓖麻油酸钠皂，然后进一步制 备得到蓖麻油酸，蓖麻油酸在苯酚的存在下，加碱、 加热进行高温裂解，生成十碳二元酸双钠盐，然后进 一步加热、加酸、脱色、结晶得到十碳二元酸。采用 蓖麻油催化裂解法制备十碳二元酸，生产过程复杂、 在250～270℃的高温下进行反应，使用苯酚或邻甲酚 有毒试剂，污染环境，严重制约着蓖麻油裂解法生产 十碳二元酸产业的发展。
生物法主要包括将外购的烷烃粗品经过初馏塔的初步 分离，再通过精馏塔进行精馏，得到合格的烷烃；再 通 过 培 养 基 制 备 、 灭 菌 和 菌 种 制 备 后 进 行 发 酵 （α,ω-氧化）；最后长链二元酸提取精制，即在发 酵结束后，酸化结晶，得到长链二元酸粗品，对粗品 精制后干燥得到长链二元酸成品。
蓖麻是世界上十大油料作物之一，是具有特殊工业用途的重要工业油，其籽粒、叶片、茎杆、果壳综合利用价值高，可用于下游化工、 航空、医药和机械制造等行业。21世纪初期，我国因劳动力不足等原因，蓖麻种植面积持续减少，蓖麻籽产量持续下降，目前已经逐渐 由从蓖麻原料输出国变成进口国。据FAO数据，2000年中国蓖麻籽产量有30万吨，到2021年我国蓖麻籽产量下降至为2.1万吨。随着我国 蓖麻籽产量的减少，我国每年大量进口蓖麻籽进行加工：2022年我国进口蓖麻籽1.48万吨，出口蓖麻籽40千克。
全球蓖麻油的供需仍不平衡，全球市场仍有缺口。从进口国来看，我国蓖麻油及其分离品进口来源较为单一，2022年我国从印度进口蓖 麻油及其分离品27.34万吨，占比达99.53%。除此以外，我国还从日本、菲律宾、泰国、美国等国家少量进口这些产品。
中癸二酸产能约占全球的83.92%。国目前全球主要生产商的癸二酸产能为19.9万吨，中国产能为16.7万吨，占比83.92%，预计 2024年全球癸二酸产能为28.2万吨，开工率为45.82%。主要通过蓖麻油裂解法生产，因为反应过程涉及酸碱和苯酚等有毒物质， 在美国等国家癸二酸产能逐步退出。目前全球范围内在建产能包括Sebric Oman的1.8万吨癸二酸项目、南充联盛新材料的2.5万 吨癸二酸和凯赛生物的4万吨生物法癸二酸。
据华经产业研究院数据，2021年癸二酸全球需求规模约11万吨，预计到2024年全球癸二酸需求规模增长至12.92万吨，2018年全 球癸二酸市场规模为3.85亿美元，2026年预计达到6亿美元，2018-2026年的CAGR约为5.5%。
3.3 戊二胺及生物基尼龙行业格局梳理
全球尼龙市场以短碳链的尼龙6和尼龙66为主，占比达到86%。其中PA6与PA66的消费量相近。中国由于己内酰胺国产化率大幅提高，导致尼龙6价格下降，下游市场迅速 打开，而尼龙66的重要上游原材料之一己二腈国产化率较低，使尼龙66价格较高，限制了尼龙66的下游应用。中国尼龙市场中73%均为PA6，约20%为PA66。
PA66是由己二酸和己二胺通过缩聚反应制得，己二胺是由己二腈加氢制得，而己二腈的生产工艺包括丁二烯法、丙烯腈电解二聚法和己二酸催化氨化法，目前应用最广 较好的是丁二烯法。由于国内企业缺少己二腈的生产工艺，导致“己二腈-己二胺-PA66”产业链由海外寡头企业高度垄断，己二腈完全依靠进口，国内PA66生产企业均 需进口己二腈、己二胺或PA66 盐作为原料。目前国内多家企业的己二腈技术中试成功，正处于规模化产能建设阶段，有望改变国内尼龙产业格局。2021年国内PA66产能 为59万吨，行业开工率66.03%，表观消费量52万吨，进口依赖度约49%。受限于己二腈生产产能的缺少，我国PA66供给增长缓慢，年均复合增速仅5.8%，导致下游消费量 的增长几乎停滞。从产品应用面来看，PA66在工程塑料的应用占比约60%，由于其强度高、刚性好、抗冲击、耐油、耐磨等特点，产品主要应用于汽车部件、电力和电子 器件。国内作为全球第一汽车生产和消费大国，在发动机、电气部件、车身部件和安全气囊等部位均可以通过使用尼龙材料以达到轻量化和降成本的目标，PA66 需求空 间巨大。待己二腈国产工艺规模化生产后，PA66需求有望在新增供给的支撑下快速增长。
尼龙66工程塑料密度小、化学性能稳定、力学性能良好、电绝缘性能优越、易加工成型等，被广泛应用于汽车、电子电器、机械仪器仪表等工业领 域。只有约10%作用用于纺织服装。
2021年中国尼龙66产能达55.5万吨，尼龙66高端产品产能主要集中在欧美地区，国内尼龙66产能近年来虽有较大幅度增长，但主要集中在中低端产 品，在天辰齐翔20万吨己二腈与英威达上海40万吨己二腈分别于2022年初、2022年中期建成投产后，预计2025年中国尼龙66产能将突破230万吨。
高速发展的汽车行业为代表的消费市场的推动，使得国内对尼龙66的需求量逐年上升，2021年我国尼龙66表观消费量为51.58万吨，预计未来几年 国内尼龙66需求将以40%速度增长，到2025年，国内尼龙66需求预计达到198万吨。
尼龙66的上游原料之一是己二胺，其由己二腈加氢还原生成。己二腈的生产工艺较长，催化剂体系复杂，原料之一氰化物是剧 毒化工品，己二腈生产壁垒很高。2021年，世界己二腈总产能205.3万吨/年，产量为139.7万吨。己二腈生产和消费主要集中在 北美、西欧和东北亚等国家或地区，其产量分别为91.0万吨、41.1万吨和7.6万吨，且己二腈生产企业均建有配套的己二胺及尼 龙材料装置，大部分用于本公司己二胺及尼龙66的生产，仅英威达、法国Butachimie公司剩余部分己二腈商品外售，我国己二腈 产能仅5万吨，高度依赖进口。
2016年法国索尔维因己二腈供应不足发生己二胺装置停产；2017年英威达美国装置因飓风洪水影响己二腈等生产；2018年己二腈、 己二胺和PA66装置因运行、天气和罢工等因素，多次停产，导致近几年己二腈-己二胺-尼龙产业链各环节的价格波动很大，己二 胺的价格从2016年的23000元/吨上涨到2017年12月份的28000元/吨后，在不可抗力刺激下，突然涨到80000元/吨以上。
己二腈工业生产有己二酸催化氨化法、丙烯腈电解二聚法和丁二烯法三种方法，国产规模化落地在即。目前运行中的和新建的装置基本都采用副产物较少、原料消耗相对较低的丙烯腈电 解二聚法和丁二烯法。国内量产己二腈的华峰集团采用己二酸法生产己二腈。己二腈生产技术被英威达、罗迪亚、首诺、孟山都、巴斯夫和旭化成等少数跨国公司垄断，国内曾经多次尝 试自主建设己二腈生产装置。20世纪70年代中石油辽阳石化引进法国罗迪亚己二酸氨化法生产工艺，但由于装置能耗高、流程长、原料成本高，于 2002 年停产；山东润兴化工建设的丙 烯腈电解法己二腈装置2015年 8 月发生爆炸事故，长期停产。生产技术方面，己二酸法投资额低，但现阶段己二酸价格偏高，且己二酸法能耗高，且副产品较多，工艺过程包含多个流程， 目前主要是配套大量己二酸产能的华峰化学采用该技术。丙烯腈法反应过程仅需一步，产品易于精制提纯，但丙烯腈毒性和腐蚀性较强，且丙烯腈价格较高，产能规模难以扩大。相比之 下丁二烯法反应温和，能耗低，产品收率高且质量好，是目前较好的工艺路线，但氢氰酸剧毒特性对安全要求极高。
近年来，己二腈国产化迎来转机，内外资都在积极扩产。英威达采用最新丁二烯技术，其温室气体排放比丙烯法制备己二腈减少60%，比己二酸法减少80%。中国化学开发出具有国产知识 产权的丁二烯法制备己二腈技术，天辰齐翔用该术于2022年成功投产。
尼龙56原料戊二胺可采用生物法合成。凯赛生物以天然的生物质原料高粱、玉米和小麦等为原料，利用微生物将糖类发酵制取的L－赖氨酸再转化 为戊二胺，与石油基己二酸聚合研发出了生物基PA56纤维，其商品名为“泰纶”。第一步，利用玉米作为原料，经过淀粉酶和糖化酶的水解作用， 将淀粉水解为葡萄糖液；第二步，通过培养基制备、灭菌和菌种制备后进行发酵；第三步，对含戊二胺的发酵液分离、精制，得到戊二胺纯品。
戊二胺与己二酸可以合成尼龙56。将戊二胺和二酸（如己二酸）按照一定比例，通过成盐、浓缩、聚合，得到生物基聚酰胺熔体，再经过切粒得 聚酰胺切片，或者经过熔体直纺得到聚酰胺短纤。
尼龙56替代尼龙66潜力巨大，国内厂商布局较少。尼龙56产品在纺织领域拥有广泛的应用前景。作为全球最大的纺织品制造国，我国有着庞大的 纺织业市场，在服装、箱包、地毯、工装等下游产业中都具备替代传统尼龙化纤等原料的潜力。在生物基聚酰胺领域，凯赛生物已建成年产10万 吨聚酰胺项目；宁夏伊品生物科技股份有限公司于2017年公告投资建设生物基戊二胺及尼龙56项目，优纤科技（丹东）有限公司等公司经营范围 包括聚酰胺56，产能为2万吨/年。
优异的物理性能：PA56与PA6、PA66密度相当，与涤纶、PTT相比，密度明显小，具有质轻特点。PA56的玻璃化温度为45℃~50℃，低于PA66的55℃~60℃， 远低于涤纶的70℃~75℃；PA56的柔软度接近羊绒，混纺产品手感更好、更柔软。PA56的熔点在260℃左右，接近PA66和涤纶的熔点，远高于PA6的熔点， 可以在140℃以下长期使用。PA56强度接近PA66，高于涤纶，比棉花高1~2倍、比羊毛高4~5倍，是粘胶纤维的3倍。PA56耐磨性比棉花、羊毛、粘胶纤维好， 在混纺织物中加入此类纤维，可大大提高其耐磨性、延长使用寿命、降低使用成本
染色性能好：PA56纤维可用弱酸性染料、活性染料及极性较强的分散染料进行染色。在其分子结构中，主链段上的碳原子数量与PA6、PA66相近，但较 PA66的二元胺少了1个碳原子，使得原本在PA66中可以生成氢键的部位存在游离状态的氢和氧，从而增加PA56的染色位点，且新增的羰基和氨基可促进纤 维对水的吸收和内部迁移，使PA56的可染性提高，染色温度比PA66低，上色率高。
吸湿排汗性能好：PA56标准回潮率大于5%，远高于涤纶的回潮率0.4%，甚至比PA66及PA6的回潮率4%-4.5%还高，优异的吸湿排汗率大大提升了穿着舒适度， 夏季增加了服装的凉爽性，冬季减少了静电的产生。
轮胎帘子布领域：基础物理性能上PA56与PA66接近，在一定程度上PA56可以替代PA66在汽车工程材料上的应用。研究结果显示应用于轮胎帘子布时， PA56断裂强度略低于尼龙66，但其在黏合强度、断裂伸长率、耐热强力保持率、高速耐久性和降低噪声等方面优于PA66帘子布。PA56的各项性能均符合帘 子布生产要求。
复合材料领域：玻璃纤维增强生物基尼龙56的熔点、拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量都介于玻璃纤维增强尼龙66和玻璃纤维增强尼龙6之间;玻璃纤维增强 生物基尼龙56的耐热和耐油性能与玻璃纤维增强尼龙66、玻璃纤维增强尼龙6接近。
在过滤膜领域：PA56NFN膜能够有效过滤细小颗粒，具有过滤效率高、空气阻力小、寿命长、孔径小、孔隙率高、联结支架的优良性能;同时，表现出很好 的力学性能，PA56NFN过滤空气颗粒的纳滤膜的过滤效率优于传统材料如聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚砜等制备的过滤膜。
戊二胺（1,5二氨基戊烷）：是重要的C5平台化合物，主要用于生产聚酰胺（尼龙）如尼龙56、尼龙510等，并可用于合成五亚甲基二异氰酸 酯、脲醛树脂、环氧树脂等固化剂、有机交联剂等。传统的戊二胺生场方法主要为化学法，但该方法工艺流程较为复杂、条件苛刻。相较于 化学法，以生物发酵法或赖氨酸脱羧法生产生物基戊二胺则具有环境友好等特点。
生物法戊二胺生产工艺：主要是利用微生物将葡萄糖转化为赖氨酸然后以L-赖氨酸为原料，再通过脱羧酶将L-赖氨酸脱羧生成戊二胺。技术 难点主要是提升赖氨酸脱羧酶活力、酶稳定性、菌体对戊二胺的耐受性、葡萄糖到戊二胺的转化率、生物基戊二胺纯化等，在工艺流程中， 需通过选取没活力更高、更稳定的赖氨酸脱羧酶基因来对赖氨酸脱羧酶进行改造。
生物法戊二胺生产工艺难度较高。日本的味之素、东丽、三菱化学等企业合作开发了“利用微生物生产的赖氨酸脱羧酶将赖氨酸脱羧生产戊 二胺”的工艺。但由于赖氨酸的成本相对较高、生物发酵法产物分离、废液后处理困难、脱羧后转化为戊二胺的重量减少，此外后续还要纯 化色素、残糖、蛋白等生物杂质，并且要防止戊二胺本身的氧化成环等，未来生物法还有工艺提升、降本空间。在国内，目前具备生物基戊 二胺生产能力的企业主要包括上海凯赛生物技术股份有限公司、黑龙江伊品新材料有限公司。
凯赛生物（乌苏）有年产5万吨戊二胺的生产能力，主要用来生产生物基尼龙，少量销售用于环氧固化剂、异氰酸酯等领域。此外公司在太原生产基地规 划了50万吨/年产能生产线。
伊品生物在黑龙江的生产基地目前已建成1万吨/年戊二胺及2万吨每年尼龙56盐的生产线，并积极与下游聚合及服饰企业合作、开发市场。
3.4 PTT行业格局梳理
传统的石化方法中，聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTT）纤维是由对苯二甲酸PX（或对苯二甲酸二甲 酯）与1,3-丙二醇（PDO）经酯化（酯交换）、缩聚反应得到聚酯，再经熔融纺丝制得的。一般 PTA：PDO=1.00:1.10~1.00:1.55。而生物基PTT纤维采用了来自生物质转化的1,3-丙二醇（通过 对玉米、淀粉、葡萄糖以及生物柴油副产物粗甘油等通过特殊生物菌种发酵一步法制备而得）， 更具有环境友好性。杜邦公司即采用生物法以谷物为原料制得了生物基PTT产品Sorona，进一步 制得纤维，应用于服装、地毯等方面。PTT属于不可降解生物基塑料。
PTT纤维是具备良好性能的新型高分子成纤材料，集各种化纤的优良性能于一身。生物基PTT纤 维将其他各种纤维如涤纶、锦纶的优良性能集于一身，且是可回收可循环使用的绿色纤维，成为 生物基纤维的新星，受到全球的关注。生物基PTT纤维与石油基PTT纤维不同的是采用了经生物 法制得的1,3-PDO。该方法总费用比制备石油基1,3-PDO要便宜25%。与传统化学合成法相比， 生物法具有原料来源可再生、反应条件温和、选择性好，副产物少，环境污染少等优点。
PTT纤维最早是由壳牌化学与美国杜邦公司分别从石油和生物工艺通过对苯二甲酸（PTA）和1.3-丙二醇（PDO）聚合得到。 与PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）、PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)同属聚酯类纤维。
PTT纤维表面光洁圆滑，是一种半结晶状热塑性聚酯。它与PBT纤维、PET纤维不同的是在PTT纤维化学结构中，有一种能量 最低的反式-旁式-旁式-反式构象并由此呈现出一种明显的“Z”字形构象，同时在分子链结上PET和PBT上有两个亚甲基，而 PTT分子链链接上有三个亚甲基单元，因此在分子链之间会产生“奇碳效应”，这种分子结构使得PTT纤维具有如同线圈式弹 簧一样的变形能力且回弹性优于PET和PBT。
由于PTT分子结构特殊性，其纤维拥有良好的内在回复性，即使经过10次20%的拉伸仍可恢复原长，弹性恢复性几乎是PET的两倍，且由于纤维 模量较低，纤维手感柔软。叠加其优异抗污性能，PTT纤维十分适合制造地毯。PTT纤维玻璃化温度较PET低20摄氏度，所以PTT纤维的染色性 能由于PET纤维，即使在室温常压条件下可也较为容易得染成深浓色，且有较好的染色牢度。这使得PTT可以方便的与羊毛、蚕丝、棉等天然 纤维混纺。PTT面料综合了腈纶的蓬松性，PET的防污性及锦纶的柔软性，可用于生产各种高弹性及手软柔软的亲肤面料，生产工艺和方法较 氨纶更简便。PET切片年均价在6770元，PA6切片年均价为13443元，而PTT切片价格则超过20000元，高企的价格直接限制了PTT的光泛应用。
合成聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTT）纤维的原料1,3-丙二醇可由合成生物学方法合成。PTT下游 90%用于合成 PTT 纤维，10% 用于工程塑料。PTT 纤维目前用量以民用为主，约 27%用于家纺领域（地毯为主），63%用于服装行业。与当前用量较多的 PET纤维（涤纶）、PA6/PA66纤维（锦纶）相比，PTT纤维的膨松性及弹性更好，抗褶皱性更佳，拉伸回复性更加，尺寸稳定 性与印花适应性均更好，因此适用于服装领域。同时由于其较好的膨松性，较高的抗静电性、耐污染性与印花适应性，同样 适用于生产地毯。
生物基PTT纤维与石油基PTT纤维不同的是采用了经生物法制得的1,3-PDO。该方法总费用比制备石油基1,3-PDO要便宜25%。 与传统化学合成法相比，生物法具有原料来源可再生、反应条件温和、选择性好，副产物少，环境污染少等优点。
PTT的工业化生产主要受制于原料1,3-PDO。我国企业自2000年与美国杜邦公司合作生产PTT纤 维及制品，直到2014年清华大学甘油发酵法制备1,3-PDO自有技术打破1,3-PDO技术垄断，截 至2019年我国PTT纤维产能已经达到31万吨，产量为12.95万吨，产能利用率为41.77%。据智 研咨询和我们的不完全统计，2023年我国PTT纤维行业产能已达到34万吨，其中江苏国望高科 纤维有限公司、苏州苏震生物工程有限公司、吴江佳力高纤有限公司、盛虹集团下属中鲈科 技发展股份有限公司、张家港美景荣化学工业有限公司及2023年底即将投产的华峰合成树脂 等企业产能均在3万吨/年以上。
从各企业PTT纤维产能占比来看，2019年江苏国望PTT纤维产能占比为19.4%，苏震生物PTT纤 维产能占比为16.1%，吴江佳力高纤PTT纤维产能占比为12.9%，苏州龙杰PTT纤维产能占比为 6.5%，其他企业PTT纤维产能占比为45.1%。
尽管我国近几年PTT纤维市场发展保持较高增速增长，但对比国外PTT纤维行业的发展依然相对迟缓，主要是因为1,3-PDO生产成本过高，致使PTT的 价格仍较高，限制了其应用。PTT纤维下游需求大约55%为地毯领域，其余45%为其他纺织品领域。
据华经产业研究院及智研咨询数据，截至2019年，我国PTT纤维行业消费量为12.58万吨，同比增长15%。2019年我国PTT纤维消费量达到12.58万吨， 2012-2019年复合增长率达24%；2019年我国PTT产量达12.95万吨，复合增长率为24%，增长势头迅猛。2019年全球PTT纤维市场规模为12.36亿美元， 较2018年增长14.44%。
由于PTT规模的不断增长及1,3-丙二醇在化妆、个护等领域不断开拓市场，1,3-丙二醇市场规模快速扩展。据华经产业研究院数据， 2020年中国约80-90%的1,3-丙二醇（PDO）用于生产PTT聚酯、PTT纤维，少量用于化妆品和医药等领域；其中PTT聚酯下游需求结构 是90%为合成纤维、 10%为工程塑料。据GII预测，全球1,3-丙二醇的市场规模在2020年达到了4.02亿美元，2025年有望增长到6.91 亿美元，CAGR达到11.4%。
目前PDO(1,3-丙二醇)-PTT产业链基本处于垄断状态，国际范围内1,3-丙二醇生产基本被杜邦掌握，国内PTT纺丝企业也基本上与杜 邦公司合作为主，为其生产贴牌产品。国内1,3-丙二醇进口依赖度较大，2020年需求量约为4.3万吨，进口依赖度为78%。
1,3-丙二醇的生产技术主要有化学法和生物发酵法两种。德固赛的丙烯醛水合氢化法、壳牌公司的环氧乙烷羰基化法是化学法的代表，但由于原料不可再生、 生产过程毒性大且污染严重、生产成本高、投资额高等因素，目前这两家公司当前已经退出1,3-丙二醇市场。
生物法已经成为工业化生产1,3-丙二醇的主流工艺。生物法具有反应条件温和、过程绿色无污染、生产成本低、产物易于分离、合成的PTT色泽较化学合成法 更好等优点。生物法以杜邦的发酵工艺为代表，杜邦在1，3-丙二醇行业依靠其成本优势、产品优势处于垄断地位。生物法中葡萄糖法和甘油法并存，葡萄糖 法由杜邦公司开发，通过重组大肠杆菌一步法直接合成1,3-丙二醇；甘油法通过利用天然可转化甘油为1,3-丙二醇的微生物进行发酵，并通过调节微生物代 谢提高发酵生产强度及转化率。
4.1 DHA行业格局梳理
二十二碳六烯酸（DHA，俗称脑黄金，分子式为C22H32O2，通常叫做Omega-3或多烯酸乙酯）是一种22:6 ω-3脂肪酸，是人体所必需的一种多不饱和 脂肪酸。它拥有独特的分子结构和多个双键，主要存在于大脑细胞膜中，是大脑皮层及视网膜的重要成分，具有促进神经和视网膜组织发育的作 用。DHA是胎儿和儿童大脑发育的一种必需营养元素：DHA可促进婴幼儿视力及智力发育，对维持脑的功能、延缓脑的衰老、预防老年痴呆症和神 经性疾病、预防心血管疾病等具有积极的保健功能。DHA与ARA形成一种生理机能的平衡调节机制，共同对脂代谢、糖代谢、凝血机制、肌肉生长、 睡眠及免疫反应等生理活动具有调节作用。
营养素产品品种繁多，不同品种的生产工艺各不相同，主要采用微生物发酵法、天然动植物提取法和化学合成法。早期DHA类物质通过分子蒸馏工 艺对多富含DHA和EPA的深海鱼油（如金枪鱼油）提取，深海鱼油一般以二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA）混合形式存在。目前较为 先进的生产工艺是用富含DHA且不含EPA的海洋微藻通过发酵工艺制得DHA，需从自然界微生物资源中筛选高产DHA的优质菌种，加强对DHA的发酵条 件，代谢调控和工艺的研究。
DHA藻油、DHA鱼油是两种重要的DHA来源。DHA藻油是由大型海藻中提取而来的，DHA鱼 油则是从深海鱼类中提取而来的。DHA藻油中含有多种有益的植物成分，如叶黄素、胡 萝卜素等；而DHA鱼油中则含有更多的EPA脂肪酸。
鱼油DHA：除了DHA外还含有EPA， EPA在人体内将代谢成前列腺环素PG3也有促进儿 童性早熟的问题，世界上多家卫生健康权威机构均建议EPA含量高的鱼油不宜作为 婴幼儿的摄入成分，且孕、哺期的妇女补充DHA时应该选择EPA含量少的产品。
藻油DHA：采用微生物发酵方式，不受资源限制；具有食品安全和质量可控、可追 溯等优点。微藻DHA中 DHA:EPA＞10:1， 符合FDA/WHO推荐的婴幼儿食品中脂肪酸 的比例。藻油DHA除应用于婴幼儿配方奶粉以外，还广泛应用于健康食品中，市场 空间广阔在水产饲料中添加DHA能提高鱼、虾及蟹类等的孵化率成活率和生长率。
据智研咨询数据，2018年全球DHA市场规模为30.6亿美元，鱼油、藻油类分别约为28亿、2.6亿美元，鱼油占比超90%。在海洋国家，鱼 油DHA作为渔业副产品，生产成本更低。但随着海洋资源枯竭以及环境污染问题加剧，藻油DHA成为更加环保、健康的解决方案。预计 2020年全球DHA市场规模为40.34亿美元，其中藻油DHA销售规模达到3.39亿美元，鱼油DHA市场规模预计为37.0亿美元。
Allied Market Research 预计2022年，北美是全球最大DHA市场，占据34.83%的份额，亚太地区由于婴幼儿配方食品的快速普及为第二 大市场，市场占比30.13%，欧洲为第三大市场，占比22.34%。
Allied Market Research出具的研究报告显示，2018年全球DHA市场销量为13.40万吨，预计到2022年将增长至22.96万吨，年复合增长率 达到14.41%，呈快速增长态势。
2018年全球DHA的市场规模约为30.55亿美元，预计2022年市场规模可达52.66亿美元，年复合增长率达到14.58%。其中，藻油DHA市场规模 将从2018年的2.57亿美元将增长到2026年的9.45亿美元，年复合增长率为 17.67%。
近年来藻油DHA行业龙头企业不断强化研发和工艺改进，成促成藻油DHA产品价格下行价格总体呈下降趋势。2021年我国藻油DHA产品销售 均价为59.5万元/吨。
藻油DHA发展相对较晚，提取难度相对较大，原料成本较高，生产企业较少，优质藻油DHA原料价格达120-180美元/公斤。美国的Omega生物技术公 司是较早实现藻油DHA商业化生产的企业，于2002年被美国的马泰克生物科技公司收购。2010年，马泰克被帝斯曼收购。作为全球最大的藻油DHA 原料供应商之一，马泰克life’s DHA产品被用于美国99%以上的婴幼儿食品市场、全球超600种产品，在藻油DHA领域的市场占有率高达50%以上， 2012年以来，以嘉必优、润科生物、福星生物为代表的国内厂商突破了藻油DHA商业化生产技术，并积极扩张产能。国内企业和国外企业的差距正 不断缩小。
随着国内行业的飞速发展，国内也涌现出润科生物、嘉必优等代表性企业，这些本土企业生产的藻油DHA占据了国内主要的市场份额，2015年我国 藻油DHA产量185.99吨，2021年产量增长为626.75吨，年复合增长达到了33.44%。嘉必优2022年产量为134吨， 2023年DHA产能有望从105吨增加值 555吨，相应产量也有快速增长。据润科生物招股说明书披露，润科生物2020年DHA产能为150吨，产量113吨。
4.2 ARA行业格局梳理
ARA是花生四烯酸（Arachidonic Acid, ARA）的简称，又称二十碳四烯酸，是一种是一种n-6型长链多烯不饱和脂肪酸，人 体生长和发育所必需的脂肪酸之一，也是人体中含量最高、分布最广的一种多不饱和脂肪酸。尤其在脑和神经组织中，ARA 的含量一般占单PUFAs的40%-50％，在神经末梢甚至高达70％，在正常人的血浆中的含量也高达400mg/L。ARA对于婴幼儿大 脑和神经系统的发育至关重要。ARA是机体一系列生理调节激素的前体物质，对脂代谢、糖代谢、凝血机制、肌肉生长、睡 眠及免疫反应等生理活动具有调节作用。由于婴幼儿自身合成ARA的能力较低，从外界摄入足量的ARA对婴幼儿的健康发育具 有重要意义。
传统的ARA来源主要有蛋黄、动物脏器。早期的ARA一般从动物肝脏或蛋黄中获得，但其含量非常低，无法满足市场需求。二 十世纪九十年代，美国马泰克公司及日本三得利公司开始研究高山被孢霉发酵生产ARA，这种经诱变选育后的真菌能代谢并 在菌丝体中积聚超过40%的ARA。1995 年，美国马泰克公司通过发酵法生产得到ARA的产品，实现工业化生产ARA产品。1998 年全球第一个添加ARA和藻油DHA的婴幼儿配方奶粉面世。随着人们对于健康、保健意识的增强，ARA作为一种重要的功能性 油脂，在食品、生物医药等领域的需求逐步增长。
目前国内外研究主要集中在藻状菌纲的根霉属、耳霉属、被孢霉属、毛霉属，ARA尤其在长被孢霉、高山被孢霉、拉曼被孢 霉、深黄被孢霉、终极腐霉最为常见。微生物发酵中,高山被孢霉是最高效的花生四烯酸生产菌之一，高山被孢霉属于接合 菌纲毛霉目被孢霉科被孢霉属。
ARA被作为食品营养强化剂广泛应用于婴幼儿配方食品、健康食品和药品中，直接带动全球ARA产业的持续发展。根据Grand View Research的数据，2018年全球ARA市场销量达到3091吨，预计到2025年将达到4265吨，未来几年呈温和增长态势。从市 场规模来说，2018年，全球ARA市场规模达到1.90亿美元，预计到2025年将达到2.81亿美元。
ARA产品的国际市场方面，美国马泰克公司（Martek）曾经是全球ARA产业的主要供应商，2011年其被帝斯曼收购，并入帝斯曼营养部门。目前， 帝斯曼占据全球ARA市场的主要份额，是全球最大的ARA供应商，在全球ARA市场占有率约为90。帝斯曼在全球范围内多个国家申请了ARA的专利保 护，而2023年中期，帝斯曼ARA相关专利在各个国家保护期均会陆续到期。
国内市场方面，近年来随着发酵、提取、微胶囊技术与工艺的突破，我国陆续出现一批以ARA为主要产品的生产企业，包括嘉必优、润科生物、 福星生物、罗盖特等。其中，嘉必优是国内ARA产业的早期培育者和领军企业，拥有最大的国内市场份额，已成为国内ARA产品市场最重要的供应 商。根据公司公告，嘉必优2015年与帝斯曼签署了和解协议与加工供货协议，帝斯曼在2015-2026年向嘉必优采购一定数量的ARA产品或现金补偿， 并对嘉必优海外销售范围和数量做出一定要求，这为公司的发展争取了宝贵的机会。嘉必优2023年ARA产能有望从420吨增加值570吨，2022年ARA 产量为508吨。此外，国内另一ARA主要生产商为润科生物，据润科生物招股说明书披露，润科生物2020年ARA产能为150吨，产量157吨。
ARA和藻油DHA广泛应用于婴幼儿配方食品、健康食品、膳食营养补充剂等领域，市场容量呈逐年增长趋势。根据咨询机构Coherent Market Insights的数据，2018年，全球ARA和藻油DHA市场容量为4.47亿美元，预计到2026年，全球ARA和藻油DHA的市场容量将达到12.26亿美元，2018年 至 2026年，行业内市场容量将保持13.45%的复合增长率，保持快速增长。
从下游应用领域来看，婴幼儿配方奶粉仍然是ARA和藻油DHA最为主要的应用领域，占市场容量的比例超过45%。据Coherent Market Insights 的 预计，婴幼儿配方奶粉对于ARA和藻油DHA的总需求量将从2018年的2.14亿美元提升至2026年的5.81亿美元，年复合增长率为13.30%。预计到2026 年，婴幼儿配方奶粉对ARA和藻油DHA的需求将占到全行业的47.43%，市场容量为5.81亿美元。此外，健康食品对ARA和藻油DHA的需求将达到3.45 亿美元，占全行业的28.18%。婴幼儿配方奶粉和健康食品是ARA和藻油DHA最主要的应用领域。
2018年，婴幼儿配方奶粉及健康食品合计占市场容量比例为76.00%，为ARA和藻油DHA最重要的应用领域。未来，婴幼儿配方奶粉及健康食品的行 业应用仍将继续保持稳定的增长，到2026年，婴幼儿配方奶粉及健康食品仍将是行业内最主要的应用，预计将占据总市场容量的75.61%.
在区域分布方面，北美地区是全球最大的DHA市场，亚太地区受益于婴幼儿配方食品的快速增长位居第二，欧洲紧随其后，为全球第三大DHA市场 2022年，北美、亚太、欧洲DHA市场的全球占比分别为34.83%、30.13%和22.34%，其中亚太地区DHA市场的全球占比将有所提升。
由于我国人口基数较大，母乳喂养率较低，我国婴幼儿配方奶粉市场一直保持增长趋势。2016年市场规模为1306亿元，据估计2022年市场规模为 1909亿元，复合增长率为6.5%。
2021年初，国家卫健委发布了一系列新食品安全国家标准，其中包括了《婴儿配方食品》、《较大婴儿配方食品》和《幼儿配方食品》三个保障 婴幼儿健康的标准，并已于2023年2月22日正式实施。新标准中对DHA、ARA等相关营养素作出了新的限量要求，2021版新国标发布后，关于DHA与 ARA的含量描述从总脂肪酸含量的百分数更换为mg/kJ，描述更加清晰，且部分奶粉的DHA含量设置了最小添加量，通过换算得到，ARA及DHA的最高 添加量几乎翻倍，这将极大的刺激婴幼儿奶粉市场对DHA及ARA的需求。
受技术门槛、品牌门槛等因素，国际市场藻油DHA市场集中度高。杜邦、嘉吉（Cargill）、美国 TerraVia、巴斯夫、法国 Fermentalg、荷兰帝 斯曼及其子公司马泰克、荷兰纽迪希亚、瑞士雀巢等大型国际公司在藻油DHA领域皆有较多技术储备和生产布局，其藻油DHA产品应用形式覆盖食 品营养强化剂、保健品、特定药理活性的药物制剂等方方面面。
2012年以来，以嘉必优、润科生物、福星生物为代表的国内厂商突破了藻油DHA商业化生产技术，并积极扩张产能。国内企业和国外企业的差距正 不断缩小。目前国内本土企业生产的藻油DHA占据了国内主要的市场份额。2015年我国藻油DHA产量185.99吨，到2021年产量增长到了626.75吨， 年复合增长率达到了22.44%。
近年来藻油DHA行业龙头企业不断强化研发和工艺改进，业界主流企业单位成本的降低也成促成藻油DHA产品价格下行以及需求增长的重要推力。 近年来我国藻油DHA产品价格总体呈下降趋势。2021年我国藻油DHA产品销售均价为59.5万元/吨。
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