生物制造被视为制造业绿色转型的重要路径之一，但长期以来也面临一系列现实难题：一方面，传统化学合成对高温高压、强酸强碱等条件依赖较强，能耗高、排放多；另一方面，生物催化虽更温和，却常因单一酶体系“链条短”、多酶体系“难兼容”、成本与放大控制复杂等问题，难以稳定跨越从实验室到工业化的关键门槛。
如何让生物催化既“好用”，又“用得起”“用得稳”，成为行业普遍关注的核心问题。
造成上述瓶颈的原因，既有基础环节的“元件不足”，也有工程环节的“系统不畅”。
从源头看，高性能工业酶的筛选、优化与定制周期长，难以快速匹配产业需求；从过程看，生物催化介质复杂、后处理成本高，放大到大体积反应器后对传质、温控、污染控制及稳定运行提出更高要求；从产业看，若关键菌种、酶制剂、培养基和过程装备缺少自主可控的成套方案，规模化应用就容易受制于成本与供应链波动，影响产业安全与国际竞争力。
针对这些痛点，鲁华生物技术研究所魏东芝团队以“系统工程”思路推进技术攻关，在分子、细胞与反应器三类尺度上形成可耦合、可集成、可放大的解决方案。
其核心突破之一，是构建“多酶协同催化体系”：通过将多种功能不同的酶按反应路径进行协同设计与工艺耦合，使原料拆解、转化与产物生成能够在常温常压等温和条件下连续完成，减少中间环节与能耗投入，降低副产物与排放压力。
团队还建立拥有1万多种自主知识产权酶的酶库，并形成工业酶快速精准定制技术，将定制周期由一年以上压缩至两周左右，同时显著提升酶活性水平，缓解“多酶不兼容、效率不高”的行业难题。
在降低成本与提升工程可用性方面，团队开发了100%国产化、低成本培养基的发酵技术，并探索建立无缓冲液的生物催化反应体系，力求在原料、介质、后处理等环节实现整体优化。
更为关键的是，团队将“过程集成”作为产业化的最后一道关口，围绕从摇瓶到百吨级发酵罐的放大传递、过程控制与系统优化开展攻关，打通从实验室成果到工厂产能的“最后一公里”，提升技术落地的确定性和可复制性。
这些成套技术的产业化效应正在多领域显现，并带来可量化的绿色收益与竞争优势。
在食品添加剂领域，团队推动柠檬酸生产工艺升级，助力合作企业建成百万吨级生产线，原料利用率接近100%，产酸水平达到每升190克的国际高水平；相关产品进入国际供应链并出口至120余个国家和地区，企业获评“国家绿色工厂”。
在农药领域，团队突破国外技术壁垒，建成全球首条年产万吨L-草铵膦除草剂生物合成生产线，原料利用率接近100%，废水排放大幅减少；与传统化工路线相比，新路线在占地、总投资和建设周期上实现显著压缩，推动合作企业形成全球规模优势。
从更广视角看，此类平台化技术的意义不仅在于单项产品的突破，更在于为食品、医药健康、农化等产业提供了可持续的“通用底座”。
在“双碳”目标推进、绿色贸易规则趋严、国际产业链重构加速的背景下，能够以更低能耗、更少排放、更高原料效率生产关键化学品与功能材料，将成为我国制造业提升韧性与竞争力的重要抓手。
下一步，业内专家认为，生物制造要实现更大范围的替代与扩张，还需在三方面持续发力：其一，围绕关键酶、关键菌株与关键过程参数建立更完善的标准体系与评价体系，提高跨场景复制能力；其二，加强从原料端到产品端的全生命周期评估与碳足迹核算，以数据支撑绿色价值兑现；其三，推动产学研用协同，完善中试验证平台与工程化人才体系，降低新工艺导入门槛，促进更多“从0到1”的原创突破加速转化为“从1到N”的产业规模。
从实验室的酶分子设计到百吨级发酵罐的工业化应用，中国生物制造技术正以创新驱动书写绿色发展新篇章。
这场跨越微观与宏观的技术革命，不仅为全球减碳目标提供中国方案，更揭示了以科技创新重塑产业生态的无限可能。
未来，随着合成生物学与智能制造的深度融合，绿色工业或将迎来更深刻的变革浪潮。