张以恒, 陈雪梅, 石婷

合成生物学 2025, 6 (1): 8-17. DOI:10.12211/2096-8280.2024-072

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生物制造是中国“十四五”战略性新兴产业之一。本文作者曾经提出“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。

以有百年发酵历史的柠檬酸发酵为例。第一次世界大战阻止了意大利的柠檬出口，科学家开始研究霉菌发酵生产柠檬酸，其中黑曲霉的产酸能力最强。1923年，美国辉瑞公司建造了世界上第一家以黑曲霉浅盘发酵法生产柠檬酸的工厂，柠檬酸发酵法从此在产业上逐渐替代柑橘提取法。1952年，美国公司进一步开发深层好氧发酵法（类似青霉素发酵新方法）生产柠檬酸，发酵周期短、产率高、占地面积小，再次改变了柠檬酸的产业格局。目前，以淀粉为原料，深层好氧发酵法生产柠檬酸仍是最好的生物制造办法，理论得率是106.7%（即1 mol葡萄糖生产1 mol柠檬酸），考虑到合成其他杂酸与菌体生长消耗因素，实际得率约为95%，柠檬酸PC值是1.74［图3（a）］，好氧发酵及产品分离制备工艺几乎接近完美，增效空间有限。

作者创新性地提出了一种柠檬酸生物合成的新方法——厌氧固碳发酵技术。该方法利用3 mol葡萄糖和6 mol二氧化碳，经过一系列生化反应，最后合成4 mol柠檬酸，理论得率可以提升至142%，PC值为2.6，相较现有水平提升了49%。在当前市场的产品价格体系下，这一技术有望显著提升利润空间。即便面对行业竞争加剧，PC值可能再度下探至1.74，柠檬酸市场价格降低到约3700元/吨［图3（b）］，仍可维持合理利润。厌氧固碳发酵技术可能彻底颠覆现有柠檬酸生物制造产业，引领行业向更高效、更经济、更环保的生产方式迈进。