酶制劑可應用于紡織、農業種植、家畜飼養等領域,并能夠緩解糧食緊張、降低污染,將“農業廢棄物”變廢為寶,改善我們的生活環境。
在日常生活里,有一類產品就存在于我們身邊,直接或間接地影響著我們,讓生活更加便利,而我們卻很難意識到它們的存在,甚至無法將它們與我們的生活聯系到一起。無論是酒類釀造、動物飼料,還是牛仔褲的起花效果、棉布拋光和洗滌用品的生產等,都離不開它們,那就是酶制劑。
傳統釀造行業要用到淀粉酶和糖化酶,啤酒生產的過程中要用到葡聚糖酶和木聚糖酶;在紡織行業,牛仔染色后的起花效果可以通過纖維素酶去除靛藍染料來實現,與以前采用石磨方法的效果同樣好,并能夠防反染(即防止脫掉的染料回沾);在動物飼料中添加酶植酸,可以將植物秸稈中的植酸磷催化變為動物可吸收的磷元素,進而降低磷礦石的開采量。也就是說,酶制劑能夠降低污染,并將以往只能被燒掉或加工成工藝品的秸稈、玉米芯這類“農業廢棄物”變廢為寶,同時改善我們的生活環境。以秸稈和農業廢棄物為原料的木質纖維素可以生產幾乎所有的化工基礎原料和生物燃料,進而生產出目前所需的70%以上的化工產品,可廣泛應用于農業、能源、材料、化工等行業,以替代石油基化工和能源產品,并能起到節約資源、減少環境污染的作用。
以酶制劑為基礎的酶催化技術是現代生物制造的核心,該技術可以通過酶制劑的生物催化作用將微生物難以利用的物質轉化為微生物可以利用的糖和氨基酸等簡單物質。在微生物的制造過程中,酶的生物催化和轉化效率同樣也對產品合成和生產效率起著關鍵作用。
作為一家產品涵蓋飼料酶制劑、紡織酶制劑、食品酶制劑及微生物制劑等多個領域的企業,青島蔚藍生物集團有限公司(以下簡稱蔚藍生物)一直致力于提供安全、綠色、高技術含量的生物制品和生物催化技術。蔚藍生物以酶制劑與微生態制劑為研發核心,通過持續創新為企業發展注入活力,形成了一個系統性的產品線,所開發的生物催化技術已應用于紡織、造紙和洗滌,以及畜牧養殖、工業種植、生物制造等行業,帶來了顯著的節能、減排效果,實現了穩定增長的可持續發展態勢。
紡織、造紙和洗滌是中國經濟發展過程中的重要行業,但是受制于傳統工藝能耗大、污染物排放和環保治理成本較高等因素,這些行業的發展速度受到了嚴重制約,部分企業更是因為污染嚴重而被列入淘汰落后產能的名單中。為了改變這一現狀,蔚藍生物致力于開發新型化學工藝,所研發的工業生物酶制劑應用于紡織、造紙及洗滌行業,能夠替代傳統的高污染、高能耗的化學工藝,從而大幅降低化學污染物的排放。
工業生物催化技術能夠促進紡織、造紙和洗滌等傳統行業改造升級,從源頭降低污染治理成本。有數據顯示,應用酶制劑及生物催化技術可以在未來的20年中使傳統化學工業的原材料消耗、水資源消耗、能量消耗降低30%,污染物的排放和污染擴散減少30%,從而使整個化學工業生產的局面得到徹底改觀。推行綠色可持續的生物催化工藝,有助于實現節能減排的目標,保持行業的可持續發展。
如今,中國畜牧業也面臨著諸多挑戰。首先是飼料原料成本上升,原料供應緊張,對飼料需求的增長幅度超過了糧食產量的平均增長幅度。以大豆為例,近年來,由于中國對進口大豆政策改變以及國內養殖業的快速擴張,進口大豆數量快速增加,從2004年的2580萬噸到2014年的7820萬噸,增幅達到203%,進口依存度超過了80%。其次是人工、水電費用上漲。第三是環境污染問題日益突出。第一次全國污染源普查數據表明,畜禽養殖業的化學需氧量(COD)、總氮和總磷的排放量分別為1268萬噸、106萬噸和16萬噸,分別占全國總量的41.9%、21.7%、37.7%,分別占農業源總量的96%、38%、65%。隨著中國城鎮化速度加快,對優質畜牧產品的需求會進一步增加。酶制劑與微生物制劑能夠提高飼料利用率,擴大飼料資源,降低飼料成本;可替代抗生素或合成藥物的使用,提高畜產品的安全性;能夠顯著提高養殖動物對飼料中粗蛋白、植酸磷等養分的消化利用率,進而大大減少畜禽排泄物中氮和磷的排泄量。此外,在無抗動物養殖領域,生物催化也是一項關鍵技術。
蔚藍生物通過飼料用酶制劑與微生態關鍵技術的開發及推廣,在降低飼料成本、控制環境污染以及資源化利用廢棄物方面進行了深入研發,推出了一系列產品,有效地促進了生態循環、推動畜牧業實現現代化,為建設發展資源節約、環境友好、優質安全的畜牧業提供了科技支撐。蔚藍生物依托所擁有的3家大型生產基地,實現了生物發酵產品產能達4萬噸,年產值逾5億元。以蔚藍生物研制的植酸酶為例,將其添加到飼料中,總磷量可以降低0.1%~0.2%,相當于每噸飼料中減少6~12千克的磷酸氫鈣添加量;可降低畜禽排泄物中的磷含量達30%~60%,減少了對環境的污染。
在農業種植領域,生物催化技術能夠推進減肥減藥,促進種植業可持續發展。在目前的農業種植領域,化肥農藥過量施用現象嚴重,加之利用率低下(不足30%),大量化肥農藥殘留在農田中,通過徑流、淋溶、吸附等方式污染土壤和水體,給農業生態環境帶來大面積污染,導致農業面臨著嚴峻的污染形勢,成為農業可持續發展的瓶頸。
蔚藍生物開發的新型抗病-增肥加酶能夠有效減少化肥農藥施用量、提高作物產量。實際應用顯示,新型抗病-增肥加酶可使化學農藥使用量減少25%~35%,化學磷肥施用量減少30%~50%,作物產量提高10%以上。在蔚藍生物,生物農藥/肥料一直是一項重點工作,公司認為,該領域的開發將促進肥料業結構的調整和轉型,改變傳統肥料的種類和用量,增加其可持續性并減少對土壤和河流的污染;同時也從源頭上保證了食品的安全,促進了農業的綠色種植和可持續發展。
生物發酵制劑屬生物技術行業,其總體發展水平及行業高技術具有特殊性,蔚藍生物自成立以來始終重視支持和開展自主創新與企業知識產權體系建設工作。蔚藍生物通過生物質轉糖關鍵技術開發的噸糖用酶成本約1000元,纖維素糖折合純糖(糖濃度為30%)綜合成本約3500元/噸,與國際差距正在迅速縮小,技術水平已接近產業化要求。同時,生物質轉糖關鍵技術正面臨根本突破,有望使纖維素糖成本全面接近或低于糧食糖成本,將對中國生物制造、生物化工產生革命性意義。
目前,蔚藍生物的堿性蛋白酶、堿性果膠酶、新型飼用木聚糖酶、中性纖維素酶、角質酶等8項相關技術成果均被專家鑒定為國際或國內先進水平;申請專利196項,其中發明專利193項,授權發明專利90項;參與制定國家及行業標準7項。
在大力開展自主研發的同時,蔚藍生物也十分注重橫向聯合研發,開展廣泛的國際合作,快速突破成果轉化的障礙。至今已與中國科學院青島生物能源與過程研究所、江南大學、山東大學,以及美國威斯康辛大學、芬蘭國家技術研究中心、荷蘭應用科學研究院、俄羅斯微生物所等高校和科研院所建立了深層次的聯合研究伙伴關系,進一步推動生物催化技術的發展。
作者:杜瑩