秸稈變成可降解吸管，玉米變成速干T恤面料，二氧化碳變成澱粉……這些看似互不關聯的場景，都指向中國制造的“微觀”面——生物制造。

　　生物制造是“十五五”規劃綱要提出的未來產業方向之一，關乎群眾生活和綠色發展。“十四五”時期，我國生物制造產業總規模達1.1萬億元。生物制造產業規模的提升，不但能緩解碳排放壓力，還將帶來龐大的新增市場。近日，記者採訪有關專家和企業，看看與生物制造密切相關的“細胞工廠”裡發生著怎樣的故事。

　　——編  者  

　　把更多制造從化工廠搬到“細胞工廠”

　　“這些發酵罐中，數萬億肉眼看不見的微生物正不知疲倦地干活——吃下玉米澱粉、葡萄糖等，生成各類產品。”微元合成創始人劉波向記者遞來一小杯透明黏稠的液體，“這就是用微生物生產出的阿洛酮糖，跟蜂蜜口感很像。”

　　阿洛酮糖熱量極低。過去，阿洛酮糖的生產長期面臨成本高、工藝流程復雜的難題。而合成生物制造，能讓設計好的生命體將澱粉糖在體內轉化成阿洛酮糖。目前，微元合成旗下工廠已可量產阿洛酮糖等多款產品。

　　“生物制造與‘雙碳’目標非常契合，人類需要用新的方式解決能源和材料問題。”北京化工大學生命科學與技術學院黨委書記、教授曹輝說。

　　“生物制造主要有兩大發展方向：一是替代化學合成，二是替代動植物組織提取。化學合成經濟性好，但環境不友好，動植物組織提取則常常成本高昂或不易得。”中國科學院微生物研究所項目研究員劉樹文告訴記者，“這就是我們希望把更多制造從化工廠等搬到‘細胞工廠’的重要原因。”

　　什麼是“細胞工廠”？

　　無論是大學和科研機構的實驗室，還是生物制造中試平台和生產基地，記者看到最多的就是大大小小的發酵罐，裡面就是不計其數的“細胞工廠”。“簡單來說，生物制造就是通過生物體來實現加工制造的過程。它主要利用細胞——如細菌、酵母、動植物細胞等，通過酶催化其自身的生理代謝，‘吃下’原料，代謝出人們需要的物質，並通過工程化技術進行規模化生產。”曹輝說，這就是發酵罐裡的“造物”過程。

　　如果說生物制造替代化學合成，比拼的是誰更便宜、誰更綠色，那在替代動植物組織提取方面，生物制造的表現更為亮眼。

　　以曾被稱為“軟黃金”的透明質酸為例。過去提取透明質酸，需要大量的公雞雞冠。如今國內企業通過“細胞工廠”生產透明質酸，生產成本大幅下降。僅華熙生物一家，在全球透明質酸原料市場份額中佔比就超過四成，產品銷往70余個國家和地區。

　　再比如氨糖，這是膝關節保健品的重要原料。以前用蝦蟹殼打碎之后的粉加濃鹽酸進行降解提取，成本高、廢酸污染嚴重。國內企業成功開發微生物發酵法，生產成本降至傳統提取工藝的1/4。依托技術優勢，我國氨糖原料出口量佔全球市場的60%—70%。

　　“生物制造能助力很多領域降本增效，甚至可能徹底改變一個產業。”曹輝說。

　　技術產業化面臨多種挑戰

　　和其他技術的產業化路徑相同，生物制造也需要經過原始創新、技術轉化和產業化，才能從實驗室走向大市場，其中每一步都不易。

　　劉樹文介紹，生物制造的技術鏈條可分為3個核心環節：一是菌種設計，即通過“設計—構建—測試—學習”的循環打造“細胞工廠”﹔二是發酵工藝，即放大培養與過程控制﹔三是分離純化，即產物提取與精制。“后兩個環節我們基本與國外先進水平相當，甚至工程化能力更強，產業鏈效率更是全球最高。最大的挑戰是在菌種設計環節，源頭創新不足。”劉樹文說。

　　“菌種（包括酶）是生物制造的基礎，也是最關鍵的部分。如何提高菌種代謝效率、原料適應性和工藝匹配性，已經是生物制造中的核心競爭點。”國家先進功能纖維創新中心主任、東華大學教授王華平告訴記者，“大自然中的菌種和酶非常多，首先要識別出哪些是高效可用的，然后對菌種進行編輯、改性和提升。這個過程需要使用基因測序設備和基因編輯工具。原來都是進口的，現在華大基因等中國企業也能夠提供國產化基因測序設備，但有些設備與國際最先進水平相比還存在一定差距。”

　　江南大學未來食品科學中心教授康振告訴記者，當前，生物制造已成為各國搶佔科技和工業領先地位的新賽道，競爭焦點就是底層核心技術主導權。“當前的主要挑戰是底層核心專利仍被海外壟斷﹔基礎數據庫、生物設計工業軟件自主化不足﹔菌種設計仍以迭代改良為主，能用但不領先、可應用但難引領﹔高端特種菌種與底層工具卡脖子風險突出。”康振說。

　　另一大挑戰是通過中試檢驗。中試是從實驗室到產業化的關鍵環節和必經關卡，華熙生物中試成果轉化中心總經理王恩旭告訴記者，實驗室裡表現優異的菌種和工藝，一旦放大到幾噸甚至幾十噸級的發酵罐，整體成功率大約隻有20%。

　　AI技術重塑生物制造全流程

　　利用玉米或秸稈裡的糖分，“喂飽”基因編輯過的微生物，並代謝出基礎單體化學品，再經聚合、復合，變成一種密度僅為鋼的1/4、比鋁輕1/3的高性能生物基材料，這是上海凱賽生物的創新技術。如今，公司生產的新材料已走出實驗室，應用在新能源車的電池外殼、無人物流車的車廂、航空冷鏈的溫控箱等。

　　研發端仍在提速。凱賽生物投資了生物大模型企業“分子之心”，用AI（人工智能）設計和預測蛋白質結構，直接改造酶和菌種。僅數月，便可把野生菌的產率提升5倍。

　　多位受訪專家認為，“十五五”時期，在國家戰略引領、技術突破賦能、市場需求拉動等多重因素驅動下，生物制造將迎來全面提速的黃金發展期。尤其是AI技術的快速進步正在重塑生物制造從研發到生產的全流程。

　　以菌種設計環節為例，過去研發是試錯模式，現在則是計算驅動。“將AI的數據模擬與真實實驗結合，成功率和完成效率大幅提升。過去構建一個菌種可能要10年的研發時間，現在已縮短到1—2年。”曹輝說。

　　AI加快了技術迭代的速度，但生物制造還有一個更根本的問題要回答：應該讓“細胞工廠”吃什麼？

　　專家介紹，生物制造的原料正在不斷演進。一代原料是玉米等糧食作物。這是當前的主流選擇，便宜且效率最高，但也存在“與人爭糧”的擔憂。二代原料是秸稈等農林廢棄物。轉化效率低於糧食，收集、儲運等成本更高，技術難題尚待突破。三代原料是甲醇、乙酸等化工副產物或一碳化合物。終極目標則是直接使用大氣中的二氧化碳。曹輝表示，鋼鐵廠煉鋼時產生的工業尾氣，經過乙醇梭菌的代謝轉化，可以變成粗蛋白含量超過80%的魚飼料蛋白，這樣的工藝已在部分鋼企規模化應用。

　　王華平認為，我國在生物制造領域可以利用整個制造鏈和產業鏈的完整優勢，實現規模化量產，最終形成全球競爭力。另外一個優勢是能源優勢，如果能將清潔能源與生物制造耦合，將太陽能、風能融入生物制造過程，以秸稈和二氧化碳為原料，將新能源系統與生物制造體系融合，就有可能建立一個可持續的、從資源到產品的完整體系。

　　《 人民日報 》（ 2026年08月18日 10 版）