生物制造的市本率（PC值）：定义与应用

doi:10.12211/2096-8280.2024-072

合成生物学

• 观点 •

生物制造的市本率（PC值）：定义与应用

张以恒¹^,²^,³, 陈雪梅²^,³, 石婷¹^,²^,³

^1.中国科学院天津工业生物技术研究所低碳合成工程生物学（全国）重点实验室，天津 300308
^2.中国科学院天津工业生物技术研究所体外合成生物学中心，天津 300308
^3.国家合成生物技术创新中心，天津 300308

收稿日期:2024-09-18 修回日期:2024-11-26 出版日期:2024-12-13
通讯作者: 张以恒
作者简介:张以恒（1971—），男，博士，中国科学院天津工业生物技术研究所低碳合成工程生物学（全国）重点实验室主任，曾经任美国弗吉尼亚理工大学终身正教授。他是全世界公认的体外合成生物学的奠基人之一与产业化领跑者，创建体外生物转化（ivBT）技术平台，设计与构建多酶分子机器，是我国原创的新生物制造技术平台。在秸秆制粮、人工呼吸作用（糖水产氢）、健康糖与肌醇合成等生物制造领域取得了一系列原创性突破。 E-mail：zhang_xw@tib.cas.cn
基金资助:
国家重点研发计划重点专项(2022YFA0912303);国家自然科学基金面上项目(NSFC 32271544);合成生物学海河实验室颠覆性创新项目(22HHSWSS000155);天津市合成生物技术创新能力提升行动项目(TSBICIP-CXRC-067)

Price to Cost-of-raw-materials Ratio(PC) of biomanufacturing: definition and application

Yi-Heng P. Job ZHANG¹^,²^,³, Xuemei CHEN²^,³, Ting SHI¹^,²^,³

^1.Key Laboratory of Engineering Biology for Low-Carbon Manufacturing，Tianjin Institute of Industrial Biotechnology，Chinese Academy of Sciences，Tianjin 300308，China
^2.In vitro Synthetic Biology Center，Tianjin Institute of Industrial Biotechnology，Chinese Academy of Sciences，Tianjin 300308，China
^3.National Center of Technology Innovation for Synthetic Biology，Tianjin 300308，China

Received:2024-09-18 Revised:2024-11-26 Online:2024-12-13
Contact: Yi-Heng P. Job ZHANG

摘要/Abstract

摘要：

生物制造是中国“十四五”战略性新兴产业之一。作者曾经提出“道法术器”对工业生物制造的哲学指导意义。为了深入阐述生物制造中“法以立本”的原则，本文首次提出“市本率”这一创新性概念，即产品市场价格与原料成本的比值，英文全称是Price to Cost-of-raw-materials Ratio，简称PC值。市本率是一个衡量技术水平与经济价值的关键指标，具有简单、公开、透明的属性，提供了生物制造产品分类新方法，有助于指导新技术增效和降本的发展路径，预判生物产品未来制造成本及市场价格的趋势，评估新兴生物技术的产业化潜力。市本率的计算与分析，作为一种新方法学工具，将为生物制造战略新兴产业的未来发展提供顶层设计的新视角，深化对生物制造产品市场前景的理解，推动生物经济高质量发展。

关键词: 生物制造, 生物经济, 市本率, 道法术器, 第一性原理, 大宗产品

Abstract:

Biomanufacturing is one of the strategic emerging industries of China during the "14th Five-Year Plan" period. The author once proposed "Tao-Fa-Shu-Qi" for industrial biomanufacturing and provided its philosophical guideline. Focusing on the "Fa" of biological manufacturing and further analyzing the concept of "Fa is rules" in biomanufacturing, the author first proposed the concept of "Price to Cost-of-raw-materials Ratio" (abbreviated PC value), which is the ratio of product market price to raw materials cost. Biomanufactured products can be artificially categorized by PC value into high-value products, value-added products, biocommodity, and ideological products. The Price to Cost-of-raw-materials Ratio is a key indicator for evaluating the technological capability and economic viability of biomanufactured products. It is simple, transparent, and publicly accessible, offering a new approach to categorizing biomanufactured products. This indicator aids in guiding new technologies towards pathways of efficiency enhancement and cost reduction, forecasting future manufacturing costs and market price trends for bioproducts, and assessing the industrialization potential of emerging biotechnologies. This article focuses on the biomanufacturing of fructose syrup, fructose solution, crystalline fructose, allulose, myo-inositol, and tagatose as examples, analyzing the development pathways of new technologies and their economic feasibility. The calculation and analysis of the Price to Cost-of-raw-materials Ratio could provide a new methodological tool for the top-level strategic design of the future development of emerging biomanufacturing industries and could effectively facilitate the high-quality development of the bioeconomy.

Key words: biocommodity, biomanufacturing, bioeconomy, Price to Cost-of-raw-materials Ratio, Tao-Fa-Shu-Qi, first principles

中图分类号:

张以恒, 陈雪梅, 石婷. 生物制造的市本率（PC值）：定义与应用[J]. 合成生物学, DOI: 10.12211/2096-8280.2024-072.

Yi-Heng P. Job ZHANG, Xuemei CHEN, Ting SHI. Price to Cost-of-raw-materials Ratio(PC) of biomanufacturing: definition and application[J]. Synthetic Biology Journal, DOI: 10.12211/2096-8280.2024-072.

图/表 6

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产品	产品市场价格（元/吨）	原料	原料成本（元/吨）	实际得率（质量比）	PC值^a
情怀产品（PC≤1）
脂肪醇	12000 ~ 15000	蔗糖	3000 ~ 6500	25%	0.71
乙烯	7000 ~ 8000	乙醇	5000 ~ 7000	58%	0.72
微生物蛋白	10000 ~ 13000	淀粉	2800 ~ 3200	25%	0.96
大宗产品（1＜PC≤4）
乙醇	6000 ~ 7500	淀粉	2800 ~ 3200	48%	1.08
果葡糖浆F42 （70%）	2500 ~ 3000	淀粉	2800 ~ 3200	96%	1.26
葡萄糖酸钠	4000 ~ 4500	葡萄糖	3000 ~ 4000	105%	1.27
谷氨酸钠	7000 ~ 9000	葡萄糖	3000 ~ 4000	74%	1.69
麦芽糖（75%）	2400 ~ 2700	淀粉	2800 ~ 3200	96%	1.71
柠檬酸	5000 ~ 6000	淀粉	2800 ~ 3200	95%	1.74
苏氨酸	10000 ~ 12000	葡萄糖	3000 ~ 4000	58%	1.82
果糖溶液	6000 ~ 7000	淀粉	2800 ~ 3200	94%	2.04
赖氨酸	9000 ~ 11000	葡萄糖	3000 ~ 4000	85%	2.43
结晶果糖	10000 ~ 12000	淀粉	2800 ~ 3200	90%	3.30
增值产品（5≤PC≤20）
乳果糖（70%）	25000 ~ 40000	乳糖	5000 ~ 9000	80%	5.31
阿洛酮糖	15000 ~ 25000	淀粉	2800 ~ 3200	85%	5.67
法尼烯	90000 ~ 110000	葡萄糖	3000 ~ 4000	25%	7.14
纤维素酶	90000 ~ 110000	葡萄糖	3000 ~ 4000	33%	9.43
蛋白酶	90000 ~ 110000	葡萄糖	3000 ~ 4000	33%	9.43
塔格糖	40000 ~ 60000	淀粉	2800 ~ 3200	75%	12.50
肌醇	30000 ~ 50000	淀粉	2800 ~ 3200	85%	11.33
手性肌醇	800000 ~1000000	肌醇	30000 ~ 70000	80%	18.00
高值产品（PC≥50）
L-核糖	90000 ~ 110000	D-木糖	10000 ~ 14000	80%	66.67
鲨肌醇	350000 ~ 450000	肌醇	30000 ~ 70000	80%	80.00
手性肌醇	800000 ~ 1000000	淀粉	2800 ~ 3200	80%	240.00

产品	产品市场价格（元/吨）	原料	原料成本（元/吨）	实际得率（质量比）	PC值^a
情怀产品（PC≤1）
脂肪醇	12000 ~ 15000	蔗糖	3000 ~ 6500	25%	0.71
乙烯	7000 ~ 8000	乙醇	5000 ~ 7000	58%	0.72
微生物蛋白	10000 ~ 13000	淀粉	2800 ~ 3200	25%	0.96
大宗产品（1＜PC≤4）
乙醇	6000 ~ 7500	淀粉	2800 ~ 3200	48%	1.08
果葡糖浆F42 （70%）	2500 ~ 3000	淀粉	2800 ~ 3200	96%	1.26
葡萄糖酸钠	4000 ~ 4500	葡萄糖	3000 ~ 4000	105%	1.27
谷氨酸钠	7000 ~ 9000	葡萄糖	3000 ~ 4000	74%	1.69
麦芽糖（75%）	2400 ~ 2700	淀粉	2800 ~ 3200	96%	1.71
柠檬酸	5000 ~ 6000	淀粉	2800 ~ 3200	95%	1.74
苏氨酸	10000 ~ 12000	葡萄糖	3000 ~ 4000	58%	1.82
果糖溶液	6000 ~ 7000	淀粉	2800 ~ 3200	94%	2.04
赖氨酸	9000 ~ 11000	葡萄糖	3000 ~ 4000	85%	2.43
结晶果糖	10000 ~ 12000	淀粉	2800 ~ 3200	90%	3.30
增值产品（5≤PC≤20）
乳果糖（70%）	25000 ~ 40000	乳糖	5000 ~ 9000	80%	5.31
阿洛酮糖	15000 ~ 25000	淀粉	2800 ~ 3200	85%	5.67
法尼烯	90000 ~ 110000	葡萄糖	3000 ~ 4000	25%	7.14
纤维素酶	90000 ~ 110000	葡萄糖	3000 ~ 4000	33%	9.43
蛋白酶	90000 ~ 110000	葡萄糖	3000 ~ 4000	33%	9.43
塔格糖	40000 ~ 60000	淀粉	2800 ~ 3200	75%	12.50
肌醇	30000 ~ 50000	淀粉	2800 ~ 3200	85%	11.33
手性肌醇	800000 ~1000000	肌醇	30000 ~ 70000	80%	18.00
高值产品（PC≥50）
L-核糖	90000 ~ 110000	D-木糖	10000 ~ 14000	80%	66.67
鲨肌醇	350000 ~ 450000	肌醇	30000 ~ 70000	80%	80.00
手性肌醇	800000 ~ 1000000	淀粉	2800 ~ 3200	80%	240.00

目标产品		果葡糖浆F42 （70%）	果糖溶液	结晶果糖	阿洛酮糖	肌醇	塔格糖
当前阶段	原料	淀粉	淀粉	淀粉	淀粉	淀粉	乳糖	果糖	淀粉
	原料价格（元/吨）	3000	3000	3000	3000	3000	7000	6500	3000
	实际得率（质量比）	96%	94%	90%	85%	85%	40%	N/A	75%
	理论得率（摩尔比）	100%	100%	100%	100%	100%	50%	100%	100%
	PC-1^a	1.26	2.04	3.30	5.67	11.33	2.86	N/A	12.50
	产品市场价格（元/吨）	2750	6500	11000	20000	40000	50000	50000	50000
发展阶段	PC-2^b	1.26	2.04	3.30	3.30	3.30	2.86	3.30	3.30
发展阶段	产品市场价格（元/吨）^c	2640	6110	9900	9900	9900	40000	21450	9900
终极阶段	PC-3^d	1.26	2.04	2.04	2.04	2.04	2.04	2.04	2.04
终极阶段	产品市场价格（元/吨）^e	2640	6110	6120	6120	6120	28560	13260	6120

目标产品		果葡糖浆F42 （70%）	果糖溶液	结晶果糖	阿洛酮糖	肌醇	塔格糖
当前阶段	原料	淀粉	淀粉	淀粉	淀粉	淀粉	乳糖	果糖	淀粉
	原料价格（元/吨）	3000	3000	3000	3000	3000	7000	6500	3000
	实际得率（质量比）	96%	94%	90%	85%	85%	40%	N/A	75%
	理论得率（摩尔比）	100%	100%	100%	100%	100%	50%	100%	100%
	PC-1^a	1.26	2.04	3.30	5.67	11.33	2.86	N/A	12.50
	产品市场价格（元/吨）	2750	6500	11000	20000	40000	50000	50000	50000
发展阶段	PC-2^b	1.26	2.04	3.30	3.30	3.30	2.86	3.30	3.30
发展阶段	产品市场价格（元/吨）^c	2640	6110	9900	9900	9900	40000	21450	9900
终极阶段	PC-3^d	1.26	2.04	2.04	2.04	2.04	2.04	2.04	2.04
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生物制造的市本率（PC值）：定义与应用

Price to Cost-of-raw-materials Ratio(PC) of biomanufacturing: definition and application

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