我国科学家突破角鲨烯绿色合成技术瓶颈 生物制造产业迎来革命性变革

长期以来,角鲨烯作为医药、化妆品及大健康产业的重要原料,传统来源依赖鲨鱼肝油提取,既受资源与伦理争议影响,也面临供应不稳定、成本波动和生态保护压力。

与此同时,化学合成路线往往伴随高能耗与高污染,难以满足绿色低碳发展要求。

如何在保障产量、质量与成本可控的前提下,实现角鲨烯的规模化绿色制造,成为行业“卡点”。

从技术层面看,角鲨烯属于萜烯类天然产物,结构复杂、合成环节多,反应链条长且对催化体系匹配要求高。

传统单一酶催化常出现效率不高、路径不通畅、酶之间相互掣肘等问题;工业化生产还面临培养基成本、介质复杂、分离纯化难等共性痛点。

再叠加关键酶来源受限、开发周期长、产业落地需要稳定工艺放大,进一步抬高了从实验室走向工厂的门槛。

针对上述难题,华东理工大学生物工程学院鲁华生物技术研究所魏东芝团队提出以“平台化”思路打通生物基产品“研产用”链条,通过多酶协同催化及人工细胞合成等技术,构建在常温常压下即可高效运行的生物制造体系。

其核心在于让多种功能酶各司其职、顺畅衔接,在同一体系内完成原料拆解、转化到目标分子生成的关键步骤,减少对复杂工况和外部调控的依赖,从源头降低能耗与排放。

据介绍,该团队建立了包含万余种自主知识产权酶的酶库,并形成快速精准定制能力,将工业酶定制周期由一年以上压缩至两周左右,显著提升酶活性并降低多酶体系不兼容风险。

在发酵端,团队推进国产化低成本培养基及无缓冲液生物催化体系,针对性破解介质复杂、成本偏高与后处理难题,为规模化稳定生产奠定基础。

以角鲨烯为例,相关技术已实现无需猎鲨即可高效合成,单次20吨发酵罐产能可替代传统工艺屠宰约3000头鲨鱼的提取量,体现出生物制造在资源替代与生态保护上的现实价值。

从影响来看,这一突破不仅是单一产品的工艺改进,更反映出生物制造由“点状创新”走向“平台能力”的趋势:一方面,绿色生产方式有望缓解对稀缺或争议性资源的依赖,提升关键原料供应链的安全性与可控性;另一方面,多酶协同与人工细胞等方法为萜烯类等精细化学品提供可迁移的制造路径,有助于拓展高附加值产品谱系,带动医药、功能食品、日化材料等产业升级。

产业落地成效也在多个领域显现。

在食品领域,团队相关工艺升级推动企业建设百万吨级柠檬酸生产线,产酸水平达到国际领先,并带来显著节粮效应与出口竞争力;在农药领域,生物合成路线实现原料高利用率与近乎零废水排放,工厂占地、投资与建设周期较传统路线大幅压缩;在大健康领域,医药级角鲨烯实现从头合成并获得国内外相关认证,为高标准市场准入提供支撑。

这些案例表明,绿色生物制造既是减排路径,也是提升制造业效率和质量的重要抓手。

面向未来,要将技术优势进一步转化为产业优势,还需多方协同发力:其一,围绕关键酶与底盘菌种、过程强化与分离纯化等关键环节持续攻关,提升工艺稳定性与放大一致性;其二,加快形成与绿色工艺相匹配的标准体系和评价体系,推动产品质量、碳足迹与环境绩效可量化、可对接国际市场;其三,完善产学研用协同机制和重大工程化验证平台,缩短成果转化周期,推动更多产品跨越“最后一公里”。

在国家科技重大专项等政策支持下,平台化、规模化、低成本将成为生物制造技术演进的重要方向。

生物制造代表了未来产业发展的方向。

华东理工大学魏东芝团队的突破,不仅解决了角鲨烯合成这一具体难题,更重要的是建立起一套可复制、可推广的绿色生物制造体系。

这套体系将生物学、化学、工程学等多学科知识融为一体,以温和、高效、清洁的方式替代传统工业流程,体现了科技创新服务于可持续发展的初心。

当前,全球正加快向绿色低碳转型,我国更是将生物制造列为战略性新兴产业。

这样的科技创新成果,既回应了时代需求,也为中国生物制造产业从技术跟跑迈向引领贡献了重要力量。

未来,期待有更多这样的科研团队,将深厚的学科积累转化为推动产业升级、造福社会的实际行动。