基因重组葡萄糖异构酶工程产业化项目资金申请报告(已成功申请国家补助资金).DOC_第1页
基因重组葡萄糖异构酶工程产业化项目资金申请报告(已成功申请国家补助资金).DOC_第2页
基因重组葡萄糖异构酶工程产业化项目资金申请报告(已成功申请国家补助资金).DOC_第3页
基因重组葡萄糖异构酶工程产业化项目资金申请报告(已成功申请国家补助资金).DOC_第4页
基因重组葡萄糖异构酶工程产业化项目资金申请报告(已成功申请国家补助资金).DOC_第5页
已阅读5页,还剩69页未读 继续免费阅读

下载本文档

版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领

文档简介

基因重组葡萄糖异构酶工程产业化项目资金申请报告 基因重组葡萄糖异构酶工程产业化项目资金申请 报告 已成功申请国家补助资金 第一章 项目的意义和必要性 第一节 国内外现状和技术发展趋势 一 国内外现状 葡萄糖异构酶 Glucose Isomerase 简称 GI 能将 D 木糖 D 葡萄糖 D 核糖等醛糖转化为相应的酮糖 工业上主 要用作果葡糖浆生产的催化剂 1967 年 美国首次成功的进行 了葡萄糖异构酶的工业化应用 至今国外的果葡糖浆生产业均 已转向葡萄糖异构酶技术 由于葡萄糖异构酶结构稳定 是目 前世界上公认的研究酶的催化机制 建立完整的蛋白质工程技 术的最好模型之一 具有巨大的经济价值和理论研究意义 国 外投入了大量的人力 物力对葡萄糖异构酶的酶学性质 固定 化工艺 基因工程 晶体学及其蛋白质工程进行了系统的研究 如比利时的植物遗传所 荷兰细菌遗传公司 Gist brocades 英国帝国理工学院生物工程中心 美国加州 Cetus 以及 Amgen 基因重组葡萄糖异构酶工程产业化项目资金申请报告 公司 加拿大及日本的一些研究机构等 国内自六十年代起已开展了葡萄糖异构酶应用于果葡糖浆 生产的研究 山东省食品发酵工业研究设计院通过诱变筛选获 得的 7 号淀粉酶链霉菌 M1033 菌株 是国内在这方面最具应用 价值的工业菌株之一 目前国内外主要是通过诱变筛选等手段 来获得生产用菌株 中国科学技术大学生命科学学院是国内唯 一开展葡萄糖异构酶的蛋白质工程的研究单位 自国家 八六 三 项目 葡萄糖异构酶的蛋白质工程 立项以来 项目组的 研究人员对葡萄糖异构酶的催化机理及其蛋白质工程进行了多 年的研究和探索 经十五年科技攻关 目前已完成葡萄糖异构 酶的蛋白质工程改造 获得性质改良的基因重组葡萄糖异构酶 并利用基因工程方法构建高表达量的基因重组链霉菌工业生产 菌株 获得了具有完整自主知识产权的同源重组基因工程菌株 M1033WZ 其技术水平及工业应用价值在国内外处于领先水平 目前项目共获得 3 项国家发明专利 SM33GI 的突变酶 GIG138P 及一种提高 GI 热稳定性的突变方案 专利号 ZL95112782 9 一种葡萄糖异构酶的 247 位单突变体酶和 138 247 位双突变体酶及其构建方法 专利号 ZL97119714 8 表达 M1033GI 的突变酶 GIG138P 的基因工程菌株 M1033WZ 及 其构建方法 专利号 ZL02143031 4 其中 表达 M1033GI 的突变酶 GIG138P 的基因工程菌株 M1033WZ 及其构建方法 已 获得 PCT 国际专利受理 见附件 4 6 4 7 4 8 4 9 4 基因重组葡萄糖异构酶工程产业化项目资金申请报告 10 4 11 葡萄糖异构酶市场方面 目前我国还没有自己的葡萄糖异 构酶生产企业 国内市场完全由丹麦诺维信公司所垄断 其产 品均为进口分装 目前国内市场销售价约为 38 万元 吨 二 我国酶制剂产业现状 1965 年 中国第一家酶制剂专业生产企业在无锡市成立 标志着中国酶制剂工业的起步 40 年来 我国酶制剂产业从无 到有 至今已具有一定规模 目前我国酶制剂生产企业约 100 家 但均为中小型企业 现有年生产能力约 40 多万吨 已实现 工业化生产的酶种有 20 多种 主要集中在糖化酶 淀粉酶 蛋 白酶等三大类 大部分企业生产水平仅达到 90 年代末国际水平 我国酶制剂生产厂家主要产品大多停留在技术含量低 利 润率低的产品上 如目前市场上 5 万单位糖化酶工厂成本约 4400 元 吨 售价仅为 4600 元 吨 2000 单位中温淀粉酶工厂 成本约 7000 元 吨 售价仅为 8000 元 吨 10 万单位蛋白酶工 厂成本约 7200 元 吨 售价仅为 8100 元 吨 同时许多工业生 产急需的酶种如葡萄糖异构酶 普鲁蓝酶 真菌淀粉酶 乳酸 酶 溶菌酶等又需大量从国外进口 这种情况既严重影响了我 国酶制剂行业的健康发展 又增加了下游生产行业的生产成本 基因重组葡萄糖异构酶工程产业化项目资金申请报告 在当前的市场情况下 安徽 生物技术有限公司紧抓机 遇 依托中国科学技术大学的技术优势 生产科技含量高 技 术壁垒高的基因重组葡萄糖异构酶 并将进一步发展多种高技 术含量的酶种如普鲁兰酶 碱性蛋白酶 啤酒复合酶 真菌淀 粉酶 乳酸酶 溶菌酶等 并争取以此带动国内的酶制剂生产 企业赶上国外同行业水平 1991 1998 年中国各类酶制剂的产量 总产量和销售情况 单位 千吨 百万元 表 1 1 1991 年1992 年1993 年1994 年1995 年1996 年1997 年1998 年 淀粉酶 11 6513 9820 0024 8830 8935 0032 0038 00 糖化酶 67 8274 2674 8093 44125 11160 00150 00138 00 蛋白酶 12 8314 9915 0227 4340 0245 0038 0040 00 其它酶 0 130 050 26 0 29 5 00 总产量 92 33100 33110 10145 92196 31240 00220 00221 00 总销售额 190 18225 95250 13328 93416 73521 60478 01480 00 2001 年全国酶制剂行业重点生产企业 表 1 2 北京市房山酶制剂总厂无锡杰能科生物工程有限公司 黑龙江省肇东市酶制剂厂天津市利华酶制剂技术有限公司 江苏江阴星达生物工程有限公司山东省沂水隆大生物工程有限责任公司 河北邢台市翔宇生物工程有限公司江西豪德集团生物工程实业有限公司 湖南津市市新型发酵有限责任公司广东江门生物技术开发中心酶制剂厂 宜兴杰成生物工程有限公司河南省三门峡发酵厂 基因重组葡萄糖异构酶工程产业化项目资金申请报告 苏州宏达制酶有限公司张家港市金源生物化工有限公司 烟台盛元鸿生物工程有限公司山东省安丘市酶制剂厂 湖南省津市鸿鹰祥生物工程有限公司郑州市兴达发酵厂 河北胜利酶制剂厂无锡市协达生物制品有限公司 连云港元升实业股份有限公司赤峰红山生物工程有限公司 基因重组葡萄糖异构酶工程产业化项目资金申请报告 2000 年酶制剂行业收入最大的十家主要企业 表 1 3 公司名称 成立年份 主要产品 无锡杰能科生物工程有限公司 1993 酶制剂 宜兴杰成生物工程公司 1992 淀粉酶 河南省三门峡发酵厂 1980 糖化酶 安丘市酶制剂厂 1990 糖化酶 广州酶制品厂 1985 木瓜酶 江阴市星达生物工程有限公司 1995 糖化酶 河北省邢台市酶制剂厂 1953 淀粉酶 吉林省吉发集团农业开发股份有限公司糊精厂 1987 麦芽糊精 贵阳白云银星化工厂 1999 触酶 烟台盛元鸿生物工程有限公司 1999 酶制剂 三 技术发展趋势 从天然菌株中分离纯化得到的野生型葡萄糖异构酶早已商 业化 并取得了良好的经济和社会效益 但同时存在着一定的 局限性 主要表现在葡萄糖异构酶在较高的反应温度下稳定性 不够理想 在异构化反应中 温度越高 直至 105 110 热力学平衡越趋向于果糖方向 因此 通过蛋白质工程改造葡 萄糖异构酶的热稳定性 可以提高酶促反应速度 延长酶寿命 降低生产用酶量 增加反应平衡过程中果糖的产量 目前各国科学家都在运用蛋白质工程技术改造葡萄糖异构 酶 以寻求具有优越特性并适于工业化生产的葡萄糖异构酶及 高表达菌株 使葡萄糖异构酶制剂工业从传统的依靠野生型菌 基因重组葡萄糖异构酶工程产业化项目资金申请报告 株生产发展到运用基因工程菌株生产的阶段 而在这个领域 中国科学技术大学生命科学学院走在了前沿 国内外在葡萄糖异构酶的突变体构建方面存在多种突变方 案 但真正通过蛋白质工程方法获得的有效突变 仅有比利时 的 Mrabet 与法国 荷兰科学家合作构建的 K253R 以及中国科 学技术大学生命科学学院所构建的 GIG138P 和 GIG138P G247D 等 中国科学技术大学生命科学学院所建立的葡萄糖异构酶蛋 白质工程研究系统在完整性和有效性上都达到国际先进水平 在 7 号淀粉酶链霉菌 M1033 菌株葡萄糖异构酶晶体结构模型的 基础上 确立了突变体的分子设计 并发现 PDB 所提供的橄榄 色链霉菌葡萄糖异构酶晶体结构是错误的模型 第二节 对产业发展的作用与影响 葡萄糖异构酶是生产果葡糖浆的催化剂 人们利用淀粉为 原料 经液化 糖化 异构化等作用 生产出的含葡萄糖和果 糖的混合糖浆 国内称果葡糖浆 国外称高果糖浆 并分为 42 型 55 型和 90 型 其中 42 型果葡糖浆含糖 71 其中果糖占 42 葡萄糖 52 低聚糖 6 甜度与蔗糖相当 果葡糖浆以其风味醇厚 食用后不会引起血糖升高 抑制 体内蛋白质消耗等蔗糖不可比拟的优势 正在受到世人的青睐 尤其是果葡糖浆在人体内的代谢不需经过胰岛素途径 故糖尿 基因重组葡萄糖异构酶工程产业化项目资金申请报告 病人可以摄入果葡糖浆 这一突出优势更使近年来果葡糖浆的 消费量年年攀升 2002 年 美国果葡糖浆的消费量为 1084 万吨 而我国仅 为 120 万吨 远远低于发达国家的水平 目前发展果葡糖浆已 引起了国务院 轻工部的重视 计划到 2010 年发展到 330 万吨 规模 届时对葡萄糖异构酶的需求量将达到 800 吨 年 果葡糖浆生产技术 尤其是酶制剂生产技术的落后是影响 其发展的主要障碍 基因重组葡萄糖异构酶工程产业化项目的 实施 对提高我国酶制剂产业化水平 推进国内食品行业的产 品创新 提升食品生产技术水平 拉动农业产业化发展 节约 稀有的土地资源 减少果葡糖浆生产的资源消耗 节省外汇资 源等具有广泛而深远的意义 具体体现如下 一 是进行农产品深加工 增加农产品高附加值 拉动农业产 业化发展的需要 长期以来由于产品深加工技术落后 我国的许多农产品加 工一直处于产品加工链的初端 获得的收益与高端加工相比有 巨大的悬殊 利用本项目产品可以进行玉米等农产品的深加工 生产附加值相对较高 经济效益显著 人民生活需要的果葡糖 浆 实现农业的产业化发展 我国是淀粉生产的原材料大国 原料如玉米 薯干 马铃 薯等资源丰富 以玉米为例 年产量已达 1 2 亿吨 居世界第 二位 玉米的增产为发展果葡糖浆提供了物质基础 从市场看 基因重组葡萄糖异构酶工程产业化项目资金申请报告 进入 2000 年以来 果葡糖浆发展形势看好 产量攀升很快 果 葡糖浆行业的快速发展 可以解决农民增产不增收的制约瓶颈 一方面 由于玉米产区连年增产 市场供大于求 粮价下跌 为保证农民收入国家给予大量经济补贴 另一方面 蔗糖生产 企业处于严重亏损的境地 生产成本比市场售价平均每吨高 2000 元左右 国家为稳定农民收入 维持甘蔗的收购价 也给 予蔗糖生产企业大量补贴 这样我国资源丰富的淀粉类农产品 深加工很不够 农民的收入无法提高 而国家在玉米 蔗糖等 农产品上都要给予许多补贴 为了从根本上改变这种局面 我 国已开始大力发展葡萄糖异构酶进行果葡糖浆的生产 以满足 食品 饮料加工企业的需要 加大农产品深加工力度的同时 有效的减轻国家财政负担 从美国的情况来看 2002 年深加工消耗玉米 4978 4 万吨 果葡糖浆消耗玉米 1955 8 万 t 占 39 28 发酵酒精占深加工 玉米总量的 38 这两个产品就占深加工玉米总量的 77 28 是美国玉米深加工的主导产品 而果葡糖浆消耗的玉米量占第 一位 我国 2002 玉米深加工仅消耗 1000 万吨 还不到玉米总 产量的 10 其中果葡糖浆消耗玉米 108 万吨 占玉米深加工 消耗的 10 本项目产品基因重组葡萄糖异构酶是生产果葡糖浆所必需 的酶制剂 项目的建设是进行农业产业化 实现我国全面建设 小康社会的需要 基因重组葡萄糖异构酶工程产业化项目资金申请报告 二 节约稀有的土地资源 用淀粉生产果葡糖浆可以节省经济作物甘蔗用地 改种经 济效益更好的农作物 利于土地资源的有效利用 生产 1 吨果 葡糖浆用玉米 1 7 吨或山芋干 1 9 吨 分别需耕地 4 亩或 2 亩 而以甘蔗生产 1 吨蔗糖需耕地 10 亩 若年产 200 万吨果葡糖浆 以玉米计可节约耕地 1200 万亩 以山芋干计可节约 1600 万亩 这对耕地面积日趋减少的我国来说 其意义更不可忽视 三 提高果葡糖浆生产厂家的能源和资源利用率 促进其环保 效益 本项目产品投入使用后 由于提高了酶促反应温度 使反 应速度加快 增加反应平衡过程中果糖的产量 同时减少了副 产物的生成 可以简化果葡糖浆生产的后处理工艺 减少工业 生产过程中废物的产生和排放 提高能源和资源利用率 另外 葡萄糖异构酶可以重复使用 由于酶寿命的延长 降低了葡萄 糖异构酶的使用量 从而可以节约国家资源 提高果葡糖浆生 产的环保效益 四 为国家节省外汇资源 目前我国已建成投产的果葡糖浆生产规模超过 100 万吨 年消耗葡萄糖异构酶约 300 吨 目前国内市场上销售的同类产 品全部由丹麦诺维信公司所垄断 其销售价约为 38 万元 吨 即每年需占用国家 1 亿元外汇资源 本项目建成投产后 完全 可以满足国内市场需求量 每年可为国家节省 1 亿元外汇资源 基因重组葡萄糖异构酶工程产业化项目资金申请报告 五 是促进我国食品工业发展的需要 糖是我国食品工业的重要原料 在糖类中 果葡糖浆具有 蔗糖不可比拟的优势 味甜 成本低 风味醇厚 食用后不会 引起血糖升高 抑制体内蛋白质消耗等优点 目前 果葡糖浆热 已在全世界掀起 近几年 世界上风 行的运动饮料多以果葡糖浆为主要配方 许多国家正以果葡糖 浆取代蔗糖 在我国 2002 年果葡糖浆的实际产销量仅为 120 万吨 远远低于发达国家 美国 2002 年果葡糖浆产量为 1084 万吨 的水平 除了消费意识落后 消费习惯 价格高 固定 资产投资大 产业的生产惯性等原因外 果葡糖浆生产技术 尤其是酶制剂生产技术的落后是影响我国果葡糖浆产业发展的 主要障碍 优势明显 风味独特的果葡糖浆将大力推进我国食品行业 的产品创新 引领人民的生活质量向更高的水平发展 赶超世 界果葡糖浆生产和应用水平是食品工业生产的重要任务之一 也是提升我国食品生产技术水平和发展工业经济的重要举措之 一 六 是提高群众收入和保持社会繁荣稳定的需要 本项目建成后可直接为社会提供 150 个就业机会 工人进 厂月工资及附加达到 1000 元以上 可大幅度提高当地群众收入 水平 带动当地群众致富 推进区域经济的协调发展 有利于 基因重组葡萄糖异构酶工程产业化项目资金申请报告 维护地区稳定 社会进步和经济繁荣 第三节 产业关联度分析 安徽 生物技术有限公司 基因重组葡萄糖异构酶工 程产业化项目 实施的影响面大 与相关产业关系紧密 不可 分割 项目建成后不但自身的经济效益显著 并且会带动相关 行业迅速发展 获得较好的社会效益 促进经济发展 按产业 关联度的基准定义内容 即前向关联 后向关联和旁侧关联分 别分析如下 一 牵动上游相关行业发展 前向关联 基因重组葡萄糖异构酶工程产业化项目 形成规模后 涉及到所需的原辅材料及包装材料 如各类农副产品 包装材 料及其他相关辅料等 全部在国内采购 所需数量相当可观 牵动相关原辅材料及包装材料产业的发展壮大 并给这些行业 增加经济效益 为国民经济增加了新的增长点 二 带动下游产业发展 后向关联 生产本项目产品的发酵过程中产生的谷物糟渣可作为上佳 的畜禽养殖饲料 对推动当地畜禽养殖业的发展和提高农民经 济收入具有很大的促进作用 基因重组葡萄糖异构酶工程产业化项目资金申请报告 三 旁侧关联 生产基因重组葡萄糖异构酶的原料主要是各类农副产品 其下游相关联产品果葡糖浆的生产更需要消耗大量的农副产品 农副产品的特点是量大 笨重 需要较多的运力 因此该项目 的建设能够带动运输业及其他服务业的发展 图 1 1 产业关联分析图 基因重组葡萄糖异构酶工程产业化项目资金申请报告 第四节 市场分析 葡萄糖异构酶主要用于果葡糖浆的生产 依照目前的技术 水平 1 公斤葡萄糖异构酶可生产约 4 吨果葡糖浆 由于目前 国内对葡萄糖异构酶市场没有完备准确的调研报告可以参考 因此我们以果葡糖浆的市场情况来分析葡萄糖异构酶的市场情 况 一 我国果葡糖浆发展情况 虽然我国果葡糖浆研究工作起步较早 早在上世纪 60 中 期几乎与日本和美国等发达国家同步开始 但由于条件不成熟 只有 1976 年安徽蚌埠果糖厂年产 1600 吨果葡糖浆的生产线效 果较好 该厂生产的饮料 黄山可乐 也由于用果葡糖浆替代 蔗糖做甜味剂 在市场上占有一席之地 1981 年该厂又引进美 国道尔公司年产万吨果葡糖浆的生产线 到 1984 年建成投产 国内还有一些小规模生产厂 如北京通县燕京果糖厂 北京房 山果糖厂 河北南和县果糖厂等 主要是供应周围地区食品生 产厂家使用 由于发展缓慢 远远不能满足当前国内市场日益 增加的需求 近年来 随着科技的进步 人们对果葡糖浆的优越性的认 识正在提高 特别是糖尿病作为一种常见疾病正严重危害广大 基因重组葡萄糖异构酶工程产业化项目资金申请报告 群众的身体健康 食用果葡糖浆不会增加胰岛素负担这一优点 正逐渐被大众接受 果葡糖浆的应用范围也更加广阔 市场容 量连年增大 为适应这种需要 仅 2000 年以来 国内就建成山 东保龄宝生物技术公司 河北邢台平安糖业公司等多家十万吨 级果葡糖浆生产线 这些生产厂的新建和投产 为推动我国食 品和饮料生产甜味剂的发展 与国际食品生产同步奠定了基础 为我国果葡糖浆生产赶超国际水平迈出了坚实的一步 二 果葡糖浆生产和消费的发展特点 1 发展迅猛 自从 1975 年以来 世界果葡糖浆的产量猛 增了十八倍 从 1975 年的 70 万吨 到 2000 年已增加到 1334 万吨 25 年间的年递增率达 12 5 2 美国果葡糖浆产量占世界总产量的 70 左右 1980 年 美国的年产量约 250 万吨 2002 年达 1084 万吨 净增 834 万 吨 3 美国果葡糖浆的消费量最多 占世界消费总量的 64 亚洲除日本和韩国以外 其他国家和地区的消费较少 在果葡糖浆的消费中又以果糖浓度 55 的第二代果葡糖浆最高 与第一代的 42 型之间的消费比约为 3 2 4 我国果葡糖浆科研生产和消费的情况可以概括为几句 话 起步早 发展缓慢 产量相对小 2002 年实际产量近 120 万吨 与世界先进国家比 差距甚大 需加快发展的步伐 基因重组葡萄糖异构酶工程产业化项目资金申请报告 世界范围内果葡糖浆迅猛发展的事实与我国发展缓慢 产 量小之间的差距 揭示了我国果葡糖浆巨大的发展空间 三 制约我国果葡糖浆发展的原因 1 传统生产企业生产成本高造成果葡糖浆销售价格高 价格因素是我国果葡糖浆生产和应用不能迅速发展的重要原因 之一 由于受原料价格较高 技术与管理水平落后 项目投入 资金量大等多种因素的制约 果葡糖浆价格一直居高不下 长 期徘徊在每吨 4000 多元 产品缺乏市场竞争力 严重制约了果 葡糖浆工业的发展 果葡糖浆与蔗糖成本比较 单位 元 吨 表 1 4 果葡糖浆价格蔗糖价格蔗糖成本 美国 3700 国内垄断 高于果葡糖浆价格 5550 日本 2727 2200 左右 1680 中国 4200 2200 左右 4000 2 对于食品厂而言 用果葡糖浆代替蔗糖还存在一些技 术改造上的困难 如现有工艺配方需适当改变 原材料库存设 备和运输工具也要投资改造 还有技术人员和操作工人尚需熟 悉和摸索新材料的特性及利用方法等 我国加入 WTO 以来 随着国际市场的竞争加剧 国内玉米 基因重组葡萄糖异构酶工程产业化项目资金申请报告 价格持续走低 其原因一是美国低价优质玉米大量涌入我国 2002 年为 585 万吨 关税只有 1 二是玉米出口由于取消每吨 44 美元的国家标贴 出口受阻 三是库存暴满 供大于求 这 些对果葡糖浆行业的发展是非常有利的 近年来果葡糖浆技术水平提高 企业生产规模扩大 基建 投资大幅下降 加上原料玉米价格的下降 使果葡糖浆与蔗糖 的比价有了优势 玉米价 1000 元 吨左右 淀粉成本约 1500 元 吨 果葡糖浆生产成本仅为 3000 元 吨 当前正是果葡糖浆 葡萄糖异构酶等行业发展的有利时机 四 葡萄糖异构酶的国内外情况 目前国内近二十家酶制剂企业产品中均无固相化葡萄糖异 构酶 国内所使用的葡萄糖异构酶全部为丹麦诺维信公司进口 产品 根据中国轻工协会酶制剂分会提供资料 我国 2000 2003 年上半年果葡糖浆产量平均以 10 增长 预计到 2005 年果 葡糖浆产量为 160 万吨 葡萄糖异构酶需求量将达到 400 吨 近年果葡糖浆 葡萄糖异构酶销售量 需求量及未来年度预测 单位 万吨 表 1 5 2000 年2001 年2002 年2003 年 2005 年 预计 2010 年 计划 果葡糖浆 90100120130160330 基因重组葡萄糖异构酶工程产业化项目资金申请报告 葡萄糖异构酶 220250300320400800 丹麦诺维信公司在中国投资成立的诺维信 中国 投资有 限公司是中国生物技术领域较大的外商投资公司 诺维信 中 国 投资有限公司目前在中国拥有诺维信 中国 生物技术有限 公司和诺维信 沈阳 生物加工有限公司两家全资生产子公司及 一家合资公司 该公司的酶制剂产品广泛应用于淀粉 果蔬汁 啤酒 酒精 功能食品等行业 其产品在中国工业酶制剂市场 占有较大的份额 丹麦诺维信公司酶制剂产品售价昂贵 一定 程度上侵害了中国发酵生产企业的利益 其葡萄糖异构酶目前 垄断国内及亚洲周边市场 其销售价约为 38 万元 吨 安徽 生物技术有限公司 基因重组葡萄糖异构酶 产品的市场优势主要体现在以下几个方面 1 基因重组葡萄糖异构酶的热稳定性高于目前市场上的 同类产品 降低了果葡糖浆生产厂家的生产成本 2 拥有中国科学技术大学及国家 八六三 项目的双重 品牌优势 3 产品具备高科技含量 拥有完整的自主知识产权 4 利用阜阳廉价的原材料及劳动力 产品具备价格优势 基因重组葡萄糖异构酶工程产业化项目资金申请报告 五 市场预测 果葡糖浆的诸多优点使其应用前景十分广阔 尤其是饮料 糕点等食品工业的理想用糖 国际市场方面 果葡糖浆在西方国家已被广泛使用 可口 可乐 百事可乐等跨国饮料公司在国外大都使用果葡糖浆替代 蔗糖作为甜味剂 目前 美国果葡糖浆的消费量已超过蔗糖的 消费量 2002 年果葡糖浆消耗量为 1084 万吨 而同年蔗糖消 耗量仅为 690 万吨 在西欧发达国家 果葡糖浆使用量已超过 蔗糖使用量的 50 在亚洲 日本 台湾和韩国果葡糖浆的生 产和消费也在以较快的速度增加 据美国 Miles 公司统计 全世界果葡糖浆产量和葡萄糖异 构酶的销售额逐年上升 2002 年葡萄糖异构酶的销售量约为 3000 吨 销售额达到 1 亿 5 千万美元 我国食糖不足 每年要花数亿美元进口 尽管这样 人均 食糖仅 8 公斤 不及发达国家的 1 8 仅为世界人均食糖 1 4 左右 见表 1 3 在糖类中 果葡糖浆具有蔗糖不可比拟的优 势 味甜 成本低 风味醇厚 食用后不会引起血糖升高 抑 制体内蛋白质消耗 低热量 易吸收 好消化等优点 目前我 国制糖业的落后严重影响着食品工业的发展 赶超世界果葡糖 浆生产和应用水平是食品工业生产的重要任务之一 也是提升 基因重组葡萄糖异构酶工程产业化项目资金申请报告 我国食品生产技术水平和发展工业经济的重要举措之一 因此 发展果葡糖浆生产已引起了国务院及轻工部的重视 计划到 2010 年我国将要达到年产果葡糖浆 330 万吨规模 这将为葡萄 糖异构酶的市场提供广阔的发展前景 基因重组葡萄糖异构酶工程产业化项目资金申请报告 2002 韩 日 美 中淀粉糖消费情况 表 1 6 淀粉糖果葡糖浆蔗糖 国家 产量 万吨 人均消耗 KG 人 产量 万吨 人均消耗 KG 人 人均消耗 KG 人 韩国 9019481018 日本 22618110924 美国 14185110843920 中国 1601 41201 16 5 果葡糖浆广泛应用于饮料 糕点 罐头 乳品等食品行业 其中饮料行业占有相当大的比例 如美国达到 70 我国饮料 工业起步较晚 但近年来发展十分迅速 销售额达 400 多亿 全国饮料总产量保持持续增长 1980 年不足 30 万吨 1990 年 猛增到 330 万吨 到 2000 年为 1491 万吨 20 年增长 50 多倍 平均年增长速度为 21 8 进入 2001 年达到 1669 万吨 比 2000 增长 11 94 继续保持两位数的增长速度 是食品工业发 展最快的行业之一 依照国际惯例 称之为果汁型饮料的饮品 其果糖含量必 须在 11 7 以上 目前国内以 农夫果园 健力宝 为代表 的大型饮料生产企业 均开始在饮料中添加果葡糖浆 近几年国内饮料实际产量及预测 表 1 7 80 年90 年2000 年2001 年2002 年2003 年 2005 年 预计 软饮料产量 3033014911669242527883688 其中 含糖饮料 1000121513971847 基因重组葡萄糖异构酶工程产业化项目资金申请报告 由以上数据及分析可以看出 由于国内果葡糖浆市场的迅 猛成长 带动葡萄糖异构酶的销量年年攀升 目前国内葡萄糖 异构酶的年消耗量约在 300 吨左右 并以每年 10 的速度递增 预计到本项目建成投产时 市场年需求量将超过 400 吨 六 市场开发情况 目前安徽 生物技术有限公司已与蚌埠明星果糖有限责 任公司 原蚌埠果糖厂 安徽丰原集团有限公司等企业进行了 良好的沟通及合作 并初步达成基因重组葡萄糖异构酶的购买 及使用意向 附件 4 5 同时 世界上最大的果葡糖浆生产厂家美国嘉吉 Gargill 公司也对 公司的基因重组葡萄糖异构酶产品产生 浓厚的兴趣 近期正与 公司接洽 希望成为其合作伙伴及该 产品在美国的销售总代理 七 结论 由以上分析可见 基因重组葡萄糖异构酶项目具有十分广 阔的市场前景 本项目建成投产后 可年产葡萄糖异构酶 300 吨 基本可满足国内市场的需求量 待产品市场逐步打开后 完全有能力覆盖亚洲周边市场并出口欧美市场 基因重组葡萄糖异构酶工程产业化项目资金申请报告 第二章 项目的技术基础 固定化葡萄糖异构酶是生产果葡糖浆的生物催化剂 葡萄 糖异构酶 GI 又称木糖异构酶 XyI EC 5 3 1 5 能将 D 木糖 D 葡萄糖 D 核糖等醛糖转化为相应的酮糖 因葡萄 糖异构酶结构稳定 是国际上公认的研究酶的催化机制及建立 蛋白质工程技术的最好模型之一 工业上 葡萄糖异构酶是大 规模从淀粉制备果葡糖浆的关键酶 随着我国食品工业的迅速 发展 果葡糖浆在国内的市场增长迅猛 对葡萄糖异构酶的需 求也在不断增加 由于其重要的经济价值和理论研究意义 美 国 日本 英国 法国 比利时 荷兰等发达国家对该酶的性 质 固定化工艺 基因工程 晶体学以及蛋白质工程等进行了 广泛深入的研究 本项目主要技术原理为 利用基因工程技术改造已获得的 7 号淀粉酶链霉菌 M1033 的葡萄糖异构酶结构基因 通过基因 突变的方法改变葡萄糖异构酶的热稳定性 采取基因敲除和基 因置换的方法对 7 号淀粉酶链霉菌 M1033 的染色体进行改造引 入优势突变位点 获得性能改良 稳定遗传的适于工业化生产 的基因工程菌株 从而应用于葡萄糖异构酶的大规模生产 国内自六十年代起已开展了葡萄糖异构酶应用于果葡糖浆 生产的研究 山东省食品发酵工业研究设计院通过诱变筛选获 基因重组葡萄糖异构酶工程产业化项目资金申请报告 得的 7 号淀粉酶链霉菌 M1033 菌株 是国内在这方面最具应用 价值的工业菌之一 目前国内外主要是通过诱变筛选等手段来 获得生产用菌株 中国科学技术大学生命科学学院是国内唯一 开展葡萄糖异构酶的蛋白质工程的研究单位 并对葡萄糖异构 酶的催化机理及其蛋白质工程进行了多年的研究和探索 经十 余年科技攻关目前已完成葡萄糖异构酶的蛋白质工程改造 获 得性质改良的基因重组葡萄糖异构酶 并利用基因工程方法构 建表达量极高的基因重组链霉菌工业生产菌株 获得了具有完 整自主知识产权的同源重组基因工程菌 M1033WZ 所建立的葡 萄糖异构酶蛋白质工程研究系统在完整性和有效性上都达到国 际先进水平 在国内处于领先水平 在该课题的研究过程中 项目组在国内外知名刊物发表学 术论文十余篇 附件 4 15 4 16 并获得安徽省高等学校科学 技术进步奖及安徽省优秀论文奖 附件 4 17 第一节 成果来源及知识产权情况 中国科学技术大学生命科学学院独立承担国家 八六三 项目 葡萄糖异构酶的蛋白质工程 附件 4 14 历经十余年 联合科技攻关目 前已完成葡萄糖异构酶的蛋白质工程改造 获得性质改良的基因重组葡萄糖异构酶 并利用基因工程方法 基因重组葡萄糖异构酶工程产业化项目资金申请报告 构建高表达量的基因重组链霉菌工业生产菌株 获得了具有自 主知识产权的同源重组基因工程菌 M1033WZ 中国科学技术大 学根据学校知识产权管理规定 经慎重研究 决定将基因重组 葡萄糖异构酶技术所有权作价 175 万元人民币作为学校投资投 入中国科学技术大学科技实业总公司 见附件 4 11 2003 年 2 月 28 日 中国科学技术大学科技实业总公司以 合资成立安徽 生物技术有限公司补充协议的形式 将基因 重组葡萄糖异构酶技术以 177 万元人民币的价格向合资公司转 让 其中 50 万元按国家及学校有关政策奖励给相关技术团队成 员 转让后 基因重组葡萄糖异构酶技术的所有权归安徽 生物技术有限公司所有 见附件 4 12 附件 4 13 第二节 已完成研究开发工作及鉴定 中试情况 一 背景资料 葡萄糖异构酶 Glucose Isomerase 简称 GI 结构稳定 是国际上公认的研究酶的催化机制及建立蛋白质工程技术的最 好模型之一 利用基因工程和蛋白质工程的方法改造野生型葡 萄糖异构酶不仅具有理论研究意义而且具有重要的经济价值 在异构化反应中 温度提高 热力学平衡趋向于果糖方面 因 此提高野生型葡萄糖异构酶的热稳定性可以增加反应平衡过程 基因重组葡萄糖异构酶工程产业化项目资金申请报告 中果糖的产量 从而降低投入酶量 简化工艺流程 提高经济 效益 基因的同源重组技术 homologous recombination 又称 基因打靶 gene targeting 指外源 DNA 与受体细胞染色体 DNA 上的同源序列之间发生重组并整合在预定位点上 从而改 变细胞遗传特性的方法 根据重组后靶基因的特征可以分为两 种类型 1 由于外源序列的引入或部分取代 靶基因原有结构 被破坏 此即为基因破坏或剔除 gene disruption or knockout 2 靶基因的全部序列为新的基因所取代 即基因 置换 gene replacement 这一新兴技术已被证明为目前能精 确的修饰基因组的最有效方法 从理论上讲它将使人类能按设 计对极其复杂的细胞基因组结构进行定点 定量的改变 从而 定向的改变细胞的遗传结构和特征 本项目在国内首次将基因重组技术应用于葡萄糖异构酶的 研究和生产 其技术特性及所建立的葡萄糖异构酶蛋白质工程 研究系统均达到国际先进水平 所获得的基因重组葡萄糖异构 酶适用于果葡糖浆的大规模生产 将从根本上改变我国葡萄糖 异构酶生产的落后状态 二 成果的专利情况 目前项目共获得 3 项国家发明专利 SM33GI 的突变酶 GIG138P 及一种提高 GI 热稳定性的突变方案 专利号 基因重组葡萄糖异构酶工程产业化项目资金申请报告 ZL95112782 9 一种葡萄糖异构酶的 247 位单突变体酶和 138 247 位双突变体酶及其构建方法 专利号 ZL97119714 8 表达 M1033GI 的突变酶 GIG138P 的基因工程菌株 M1033WZ 及 其构建方法 专利号 ZL02143031 4 其中 表达 M1033GI 的突变酶 GIG138P 的基因工程菌株 M1033WZ 及其构建方法 已 获得 PCT 国际专利受理 见附件 4 6 4 7 4 8 4 9 4 10 4 11 三 成果鉴定及中试情况 该项技术在 2003 年 3 月安徽省科技厅组织召开专项科学技 术成果鉴定会上通过专家评审 认为 该课题采用的技术方法 先进 技术路线正确 研究成果达到国内领先水平 建议尽快 实现产业化 同时获得安徽省科技厅颁发的科学技术成果鉴 定证书 2003 年第 030 号 以及高新技术成果认定证书 2003 001 号 见附件 4 2 4 3 2002 年 10 月 28 日至 12 月 28 日 中国科学技术大学生命 科学学院委托蚌埠明星果糖有限责任公司 原蚌埠果糖厂 进 行固定化葡萄糖异构酶大柱转化实验 经实验 在 68 转化温 度及 pH 值 7 5 条件下 单柱一次投入成品固定化葡萄糖异构酶 93 公斤 含水 15 7 经过 60 天转化共计生产出成品果葡糖 浆 408 3 吨 平均转化能力为 4 39 吨成品果葡糖浆 公斤酶 转化率为 52 产品的各项性能指标在国内属先进水平 可以 基因重组葡萄糖异构酶工程产业化项目资金申请报告 用于果葡糖浆的大规模生产 见附件 4 4 基因重组葡萄糖异构酶工程产业化项目资金申请报告 四 产品技术指标及与国内外同类产品比较 1 产品技术 质量指标 本项目产品将在满足中华人民共和国国家标准 食品添加 剂 固定化葡萄糖异构酶制剂 GB 8274 87 的基础上 全面 提高葡萄糖异构酶各项性能指标 并逐步形成企业标准 产品的主要性能指标 序号项 目理化指标 1 酶活力 60 目 6000 单位 2 形状不规则杆状 直径 1 2mm 3 色泽棕色 4 含水 12 18 5 比重 0 45kg l 6 膨胀率2 5 倍 7 转化能力4 2 4 5 吨成品糖浆 公斤成品酶 8 保存性0 5 下保藏 3 个月 酶活损失 10 左右 9 最适 pH 7 5 10 热稳定性最适反应温度 68 11 金属离子影响 Cu2 Fe2 Ca2 对酶活力发挥不力 Mg2 Co2 可促进转化 基因重组葡萄糖异构酶工程产业化项目资金申请报告 2 与国内 外同类产品技术指标比较 本项目产品系国内首创 填补国内空白 国内目前无同类 产品 现将该成果技术参数与丹麦诺维信公司的同类产品 Sweetzyme IT 进行比较如下 序号指标名称单位 Sweetzyme IT 基因重组葡萄糖异构酶 1 活力 UGI35006000 2 热稳定性 55 60 最适反应温度 68 3PH7 6 7 87 5 4 转化能力 吨成品糖浆 公斤酶 54 2 4 5 第三节 成果的创新之处 本项目是国家 863 计划项目 葡萄糖异构酶的蛋白质 工程 的重要成果之一 解决了提高葡萄糖异构酶的热稳定性 和酶活力的难题 并为基因重组葡萄糖异构酶的产业化生产打 下坚实基础 拥有多项我国自主的知识产权 创新性强 技术 水平高 难度大 许多成果在国际上居于领先地位 根据查新 报告 见附件 4 1 本项目的主要创新点和技术难点如下 1 双突变体酶 GI G138P G247D 的构建技术 双突变体酶的构建 使困扰葡萄糖异构酶研究和生产领域 多年的野生型菌株所产的葡萄糖异构酶热稳定性和酶活力难以 基因重组葡萄糖异构酶工程产业化项目资金申请报告 充分满足需要的难题得以解决 为利用基因工程技术改造葡萄 糖异构酶创造了条件 这一成就在国际上处于领先地位 并已 申报国家发明专利 2 利用基因敲除和置换精确修饰链霉菌染色体技术 本项目利用同源重组技术 把带有筛选基因的质粒片断的 碱变性形式作为同源重组单元引入野生型 M1033 染色体 DNA 的 特定片段上 敲除了原有的 GI 基因 再通过双抗性负筛选的方 法 引入目的基因 并随染色体 DNA 的复制而稳定复制 3 双抗性负筛选 tsr neo 方法的运用 首先构建带有neo抗性的置换型同源重组质粒 通过neo抗 性的负筛选来解决链霉菌基因置换时筛选工作量大的问题 由 于同源片断较小 同时又为了保证较高的转化率 直接将同源 重组质粒的碱变性形式作为同源重组单元转化缺陷型M1033原生 质体 获得插入型同源重组的GI酶活恢复菌株 再以该菌株为 出发菌株 利用插入型同源重组质粒在染色体上的不稳定性 通过结合tsr抗性的负筛选最终获得基因置换菌株 此新方法在链霉菌染色体研究领域中尚未见报导 4 构建具有自主知识产权的基因工程菌株 M1033WZ 经过十余年的努力构建出的具有完整自主知识产权的基因 工程菌株 M1033WZ 现已被中国微生物菌种保藏管理委员会保藏 是我国利用蛋白质工程改造葡萄糖异构酶重要成果之一 标志 着我国在这个领域的研究已经跨入世界先进行列 表达 基因重组葡萄糖异构酶工程产业化项目资金申请报告 M1033GI 的突变酶 GIG138P 的基因工程菌株 M1033WZ 及其构建方 法 已经申请国家发明专利 并已获得 PCT 国际专利受理 5 双突变体的链霉菌基因工程菌株 M1033XT 的构建 运用同源重组单交换和双抗性负筛选技术 构建出具有双 突变点的 GI G138P G247D 基因的 7 号链霉菌基因工程菌株 M1033XT 使 M1033XT 所产的葡萄糖异构酶的各项主要性能均优 于野生型 M1033 所产的葡萄糖异构酶 为发展我国自己的基因 重组葡萄糖异构酶产业 推动我国果葡糖浆产业的发展奠定了 基础 该项成果正在申报国家发明专利 6 建立了一套完整的蛋白质工程技术 提高了我国蛋白质 工程的研究水平 链霉菌中染色体的分子改造 利用单交换和双交换模式获 得两组不同的 M1033GI 缺陷型菌株 再利用基因置换方法构建 突变体基因工程菌株 将突变位点精确引入 M1033 染色体中 是葡萄糖异构酶领域国际上首次利用基因敲除和置换精确修饰 链霉菌染色体构建基因工程菌株的范例 建立了一套完整的蛋 白质工程技术 提高了我国蛋白质工程的研究水平 基因重组葡萄糖异构酶工程产业化项目资金申请报告 第三章 建设方案 第一节 项目的产能规模及建设的主要内容 安徽 生物技术有限公司年产 300 吨基因重组葡萄糖 异构酶项目选址为阜阳市经济技术开发区 建设严格遵照工程 优质 布局合理 技术超前 生产环保的方针进行 具体建设内容如下 1 新征土地 11782 7 平方米 2 建设新型标准厂房 3000 平方米 包括发酵车间 固定 化车间 分装车间 3 新建与生产相适应的动力配套设施 空压站 变电所 4 研发及品控中心楼 1500 平方米 一方面实施新产品的 开发和新技术的应用研究 另一方面加强对原料 半成品及终 端产品进行全质量检验和控制 5 综合办公楼 1500 平方米 含经营管理 广告销售部门 企划部门等 基因重组葡萄糖异构酶工程产业化项目资金申请报告 第二节 采用的工艺技术路线与技术特点 一 工艺技术来源及先进性 基因重组葡萄糖异构酶的生产主要包括菌种的扩培 发酵 絮凝 脱水 混合 成型 交联 干燥 贮藏等过程 其工艺 技术及设备的先进性主要体现如下 1 因置换型链霉菌基因工程菌株 M1033WZ 的构建 实现 了基因重组葡萄糖异构酶热稳定性的提高 从而在工艺上可提 高反应温度 10 左右 进而提高果葡糖浆的产量 15 2 适合工业化培养基筛选及中试规模发酵 摸索出基因 工程菌株 M1033WZ 三级高密度发酵培养基配方 可以在较大程 度上降低生产技术 3 固定化葡萄糖异构酶的制备 采取自行研制的高分子 交联剂和戊二醛结合 可提高固相化酶的通透性和固相化程度 从而进一步提高转化能力 4 目前选用的主体发酵及自动化控制设备先进合理 与 三级高密度发酵工艺和固相化工艺紧密结合 可在最大程度上 提高产品质量和生产效益 基因重组葡萄糖异构酶工程产业化项目资金申请报告 二 生产工艺流程 1 工艺流程 生产过程将严格按照 ISO9000 质量管理体系并参照 GMP 生 产管理体系进行生产 其生产工艺流程示意图如下 1 菌种 基因工程菌株 M1033WZ 2 平皿分离 37 培养 3 天 菌落隆起 周边白色 中心铅灰 3 茄子瓶培养 37 培养 2 天 孢子长满后置于冰箱 保藏备用 4 3000 升种子罐培养 培养基加碱液调至 pH7 2 7 5 灭菌冷却后接入 25 个茄子瓶孢子悬浮液 通气比 1 0 25 0 35 转速 250 转 分钟 罐压 0 5Kg cm2 37 培养 20 22 小时 至种子萌发正常 镜检无污染 5 30000 升发酵罐培养 培养基加碱液调至 pH7 2 7 5 灭菌冷却后移进种子液 通气比 1 0 35 0 45 转速 180 基因重组葡萄糖异构酶工程产业化项目资金申请报告 转 分钟 罐压 0 5Kg cm2 37 培养 40 50 小时 至镜检菌丝 无明显断裂或自溶 6 热处理 先向发酵罐中加入 600g CoCl2 6H2O 然 后盘管进汽升温至 70 保温 10 分钟后 速冷却至水温 7 絮凝 用酸调发酵液的 pH 至 6 0 边搅拌边加入壳 聚糖溶液 至完全絮凝 在 pH6 0 时 壳聚糖中的氨基能与蛋 白质上的羧基进行缩和而牢固地结合在一起迅速凝聚下来 8 脱水 用板框压滤机压滤 3 小时后 含水约 85 再用离心机甩干得含水 70 左右的酶泥絮凝物 9 混合 按酶泥絮凝物 明胶溶化液 2 1 混合 拌匀 后过筛板 再加少量戊二醛溶液作前交联 10 成型交联浸泡 目前采用间歇筒式挤压成型设备 筛板孔径 1 2mm 成型后的固定化酶在成型液中浸泡 2 小时 并用稀碱保持 pH7 0 7 5 11 洗涤 用自来水浸泡洗涤 2 小时 每隔 20 分钟换 新水 并用稀碱保持 pH7 0 7 5 12 干燥 离心机将湿酶甩至含水约 60 左右 置纳 伦筛上于 45 下热风干燥 并不断翻动 至含水 15 左右 取 出并测酶活 13 分装贮藏 待产品固定化酶凉透后 装入 10 公斤 塑料袋中 封入纸箱 0 4 条件下贮藏 基因重组葡萄糖异构酶工程产业化项目资金申请报告 第三节 主要设备选型 本项目设备选型原则为选用国内先进生产设备 部分关键 生产设备和检测设备选用进口先进设备 选用的设备具有较高 的自动化水平 实现生产过程技术参数的程序化控制 减少人 为因素干扰 主要设备包括菌种培养及化验部分 发酵系统 后提取系 统 动力系统及其它配套设备 详见下表 主要设备表 一 菌种培养及化验部分 单位 万元 序号名称规格数量产地金额 1 1 超净工作台10000 级4 台 上海智城分析仪器 制造有限公司 4 0 1 2 恒温震荡器 200 300rp 4 台 上海精密仪器仪表 有限公司 2 4 1 3 灭菌锅 50L 2 台 上海智城分析仪器 制造有限公司 0 8 1 4 低温冰箱 86 1 台 日本三洋科研医疗 设备 北京 1 2 1 5 恒温培养箱 6002 710 2 台 上海精密仪器仪表 有限公司 1 2 1 6 分光光度计722 型1 台 上海精密仪器仪表 有限公司 0 6 1 7 旋光仪 Wzz 1 台 上海精密仪器仪表 有限公司 0 4 1 8

温馨提示

  • 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
  • 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
  • 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
  • 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
  • 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
  • 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
  • 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

评论

0/150

提交评论