1、5000 公斤/年生物法透明质酸-东营市源聚生物制品有限公司 5000 公斤/年生物发酵法生产透明质酸项目 可行性研究报告可行性研究报告 2008 年 9 月 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 1 一、总 论 1项目概述 该项目属于生物化工领域，旨在将保湿性能好、生物相容性强的生物功能材料透明质酸实现产业化。该技术利用蔗糖和蛋白胨为原料，采用代谢调控的发酵新工艺和膜分离等高新技术生产透明质酸，发酵水平达到 4.56.0g/L，产率提高 20%以上，技术达到国际先进水平。2项目的社会经济意义及必要性 近年来，天然生物制品的添加使用是化妆品生产的重大进展之一。透明质酸（
2、HA）优异的保湿性受到国际化妆品界的广泛关注，成为日本、欧美等国家高档化妆品的必备保湿剂，被誉为理想的天然保湿因子，又称为“仿生化妆品”。由于保湿性强、生物相容性好，透明质酸还是一种重要的医药用原料，用于眼球晶移植手术、眼角膜修复、关节炎治疗等，同时透明质酸还是一种抗癌药物，可有效刺激免疫系统，防止癌细胞扩散的作用。该项目的实施，对改善人类生态环境、提高人类健康水平、调整产业产品结构、促进行业发展和科技进步具有重要意义。该项目符合国家产业、技术政策，有较高的创新水平和较强的市场竞争力，有较好的经济效益和社会效益，应尽快实现产业化，来满足国内急需和国际市场。同时优良的高科技项目转化为生产力，也是
3、顺应国家推动高新技术产业化的政策，能创造良好的社会经济效益，具有PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 2 深刻的社会意义。因此应加快生物发酵法生产透明质酸的产业化进程，使产品系列化和规模化，有利于下游产品的研制和开发。本项目利用蔗糖和无机盐为原料，采用先进的代谢调控技术生产技术含量高、附加值高的产品，有较高的技术创新水平和较强的市场竞争力，而且符合国家产业、技术政策。该项目的实施，为企业的多元化发展提供了新的思路，将为我国生物产业开创新的应用领域。二技术可行性和成熟性分析 1项目的技术创新论述（1）本项目的基本原理及关键技术内容：以蔗糖和无机盐为原料，采用生物发酵法，利
4、用代谢调控、膜过滤等高新分离技术将透明质酸和蛋白质成份进行分离纯化，得到高纯度的产品。以射线，快中子和磁场法复合诱变，得到透明质酸高产菌株。优化发酵工艺参数，发酵过程实现在线调节。建立高效絮凝、双膜分离和先进制粉相结合的提取工艺。斜面菌种 培养 摇瓶菌种 移种 种子罐培养 移种 发酵罐发酵液 沉淀 透明质酸粗品 溶解 溶解液 膜过滤 滤液 精过滤 沉淀 无水乙醇脱水 溶解制粉 干燥无菌包装 贮存。（2）项目创新点 1）提出采用选育和透明质酸缺陷型菌种新方法，目标明确方法PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 3 简单可行，成功率高，避免了盲目性，大力的提高了透明质酸的方法
5、。2）采用磁场复合快中子及射线诱变，提高了诱变成功率，降低了回复突变的可能性。3）采用高效絮凝剂，使细菌易于沉降。为后续膜分离奠定基础。4）在原中试技术的基础上，进行技术创新，拟在透明质酸的发酵后期，先后加入一种新的添加剂和寡糖诱导剂，刺激微生物多糖的分泌，使菌体荚膜增厚，同时改变了细胞通透性，使细胞内产生的透明质酸易于分散进入发酵液，加快了胞内透明质酸的生物合成，提高发酵生产水平 5.58.0g/L，使产率提高 20%以上。5）拟采用微滤工艺，分离纯化透明质酸，在超滤前除去蛋白质，分离蛋白质，提高了超滤的分离效率，更有效地除去重金属离子，提高了产品收率纯度。采用超滤等高新分离技术，得到不同分
6、子量段的透明质酸，以满足不同的用途。6）拟采用代谢调控的办法，阻断了被透明质酸酶降解的途径，使透明质酸分子量增大，产量大大提高。（3）项目国内外发展现状、存在的主要问题及国内外同类产品比较 项目国内外发展现状：透明质酸（简称 HA），是由-D-N-乙酰氨葡萄糖和-D-葡萄糖醛酸为结构单元的以-1，4-糖苷链连成的一种链状高分子酸性粘多糖，由美国 Meyer 等人首先从牛眼玻璃体中分离出该物质。它是一种性能优良的生化物质，对人体皮肤刺激性小，安全无毒,广泛应用于医药、日化、食品等领域，具有独特的保湿性PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 4 能，是目前国内外生物化工界热点
7、产品之一。目前常用的生产制备技术有两种：一是利用天然原料即从动物组织中提取，主要原料是人的脐带、鸡冠和牛眼玻璃体等。用丙酮或乙醇将原料脱脂、脱水、风干后，用蒸馏水浸泡、过滤，然后以氯化钠水溶液和氯仿溶液处理，之后加入胰蛋白酶保温得到混合液，最后用离子交换剂进行处理、纯化得到精制的透明质酸。该法提取率极低，仅为 1%左右。二是生物发酵法。以葡萄糖作为碳源，以酵母萃取物和蛋白胨作为氮源。在培养基中发 28 小时，发酵结束后，过滤除去菌丝体和杂质，然后用醇沉淀发法等操作即得到高纯度的产物。存在的主要问题：采用发酵法制造的透明质酸，关键在于菌种的选择，目前多选用链球菌属类菌种等。我国利用动物组织提取生
8、产透明质酸，由于原料资源有限，因而制备成本较高，无法形成产业化。生物发酵法具有产品不受原料资源限制，生产成本低等特点，但发酵水平有待于提高，与国外先进水平仍有较大差距，后提取技术也有待于改进，成为近年来主要的研究开发方向。透明质酸的技术性能与国内外先进水平的比较 该项目与国内外同类研究、同类技术的综合比较 国内提取法 国内发酵法 国际发酵法 本项目 透明质酸发酵水平（g/I）3.0-4.2 4.0-6.5 4.5-6.5 透明质酸分子量 1.1106 蛋白质含量（%）8-12 5 1.0 1 葡萄糖醛酸（%）17-25 30-34 35-40 44 重金属离子（pb.ppm）40 40 40
9、10 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 5 砷（ppm）10 10 10 10 国际先进水平以日本 Chisso 公司产品为标准由表可知，本项目在发酵水平已达到国际领先水平，重金属离子的含量也较低，蛋白质含量接近国际水平，总体水平达到国际先进水平。三项目产品市场调查与竞争能力预测 1项目产品的主要用途、需求量、未来市场状况 透明质酸在人体皮肤中的生理机构有水化、润滑、溶质的输送、细胞的移动、异化作用的进行。有优良的保湿性能、生物相溶性好，被广泛应用于高中档化妆中和医药方面。同时还是一种抗癌药物，可有效刺激免疫系统，阻止癌细胞扩散等作用。目前国内化妆品行业的市场潜在需
10、求量约 20 吨左右。发酵法是近几年发展起来的方法，还未完全形成产业化。随着其在化妆品和医药等方面用途的不断拓展，透明质酸作为一种新的生物功能新材料，已成为当前国内外极具发展潜力的化学品，将具有广阔的市场前景。技术质量指标透明质酸质量指标 项 目 指 标 透明质酸分子量(Da)1.1106 蛋白质含量(%)0.1 葡萄糖醛酸(%)44 重金属离子（pb ppm）1 PH(1%的水溶液)6075 干燥失重 10 细菌个数 10 砷（ppm）2 2本项目产品国内生产状况 本项目产品国内的生产方法有提取法和发酵法。国内几家利用鸡冠为原料提取透明质酸的厂家，由于原料有限、技术工艺的局限性，PDF 文件
11、使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 6 产品质量很低，产量很小，纯度很低，基本处于停产状态。发酵法生产厂家共有山东福瑞达公司、东营东辰集团，前两者均采用原山东省商业研究所的技术，该所目前已解体，后者采用北京化工大学技术。山东福瑞达的生产能力为 1000 公斤，开工率为 100%，主要为内部使用；东营东辰集团生产能力 3000 公斤，开工率 100%。发酵水平和产率低，生产成本较高。3.本项目产品国内外市场情况 透明质酸优异的保湿功能就受到了国际化妆品界的广泛关注，富含透明质酸的化妆品可以从真皮中汲取大量水分。同时，由于表皮脂层质屏障作用，可以防止水分蒸发与散失，达到维持皮肤水环境
12、的恒定作用。无论在低温度还是在高温度条件下，它都具有相同的高吸湿性。因此，它被当作一种理想的天然保湿因子，广泛应用于化妆品中，制成适合不同肤质、气候、环境下使用的产品。透明质酸还能改善皮肤生理条件，为真皮胶原蛋白和弹性纤维的合成提供优越的外部环境，加强营养物质是供给，起到护肤养颜的效果。研究表明，透明质酸可以阻止细胞中一些酶的生产，减少自由基的形成，在防止自由基破坏细胞结构、产生脂质过氧化和引起机体衰老等方面起着重要作用；低分子量透明质酸具有抗炎、抑制病菌产生、保持皮肤光洁的作用；为细胞增殖与分化提供合适的场所，直接促进细胞生长、分化、重建与修复等。因此，它被作为高档膏霜、乳液、化妆水、美容液
13、、口红、粉底等化妆品必备的添加剂，以达到增湿保湿、嫩肤抗衰老和抗皱消炎等功效。目前，含有这种成分的化妆品被公认为“仿生化妆PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 7 品”备受推崇。添加透明质酸的化妆品成为国际日化界的主流产品。目前，国内取得生产许可证的化妆品生产企业已有 3500 多家，其中三资企业达 380 余家。化妆品企业的规模也勿容忽视，市场竞争很是激烈，名牌俱出，各相争强，高品位、高档次化妆品层出不穷。在化妆品的品种、档次上，也积极向国际水准靠拢，一些化妆品企业也不断在产品结构上档次、创品牌。透明质酸成为高级化妆品中的重要原料，以下为近二十二年来化妆品工业的产值发
14、展情况及二十一世纪的发展计划见下表 时 间 总产值（亿元）出口创汇（美元）1985 年 10 1995 年 190 6000 万元 2000 年 300 1.5 亿 2010 年 800（预计）5 亿 以上数字摘自最新中国化妆品企业大全 可见透明质酸的市场发展前景是乐观的，目前国内化妆品行业的市场潜量约 20 吨左右。再者由于透明质酸的神奇功能，被应用于医药方面，是一种抗癌药物，刺激免疫系统，阻止癌细胞扩散和眼角膜修复、眼药等方面，具有广阔的发展开拓空间，还可以以此为原料生产化妆品。该技术生产工艺稳定，产品质量可靠，在国内外有较强的质量竞争优势。透明质酸在国际市场倍受青睐，呈上升增长趋势。该工
15、业生产 5000 公斤/年，透明质酸远远满足不了国内市场的需要，从质量指标而看，完全可代替进口，可以打进国际市场，为国家创汇。本生物发酵法生产的透明质酸产率高、成本低，提取工艺简单，PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 8 可以生产不同分子量的产品满足市场需求，有较好的竞争优势和较好的市场前景。四、项目实施方案 技术方案：该项目所用原料为蔗糖和无机盐等，利用微生物发酵生产透明质酸这一反应机理，采用代谢调控和膜分离等高新技术提取纯化得到透明质酸产品。其生产技术基本步骤：1）种子培养，基因诱变 2）优化发酵工艺，在发酵后期加入生物发酵专用发酵剂和寡糖诱导剂，提高发酵水平为
16、4.5-6.5g/L。3）先进的制粉和双膜分离结合后提取工艺，提高收率占 20%以上。2、生产方案论述 21 生产设备清单：主要设备表 设备 名 称 规 格 数量 单位 材质 备注 公 用 工 程 101 蒸汽锅炉 4t/h 1 台 组合 102 空压机 8.4m3/min 2 台 组合 103 冷却塔 100 m3/h 2 台 104 去离子水 1t/h 1 台 组合 塔 器 201 酒精回收塔 600 1 台 不锈钢 外购 202 种子罐 500l 2 台 不锈钢 定做 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 9 203 发酵罐 5000l 2 台 不锈钢 定做 204 提取罐 1.0m3 1 台 不锈钢 定做 205 絮凝罐 3.0m3 1 台 不锈钢 定做 206 膜过滤 3m3 2 台 合金 207 离心机 2 台 不锈钢 定做 208 配碱器 i00L 2 台 不锈钢 209 制粉设备 3 m3 1 台 不锈钢 210 分离设备 1 套 211 干燥器 1 台 不锈钢 外购 212 超滤器 2 台 不锈刚 外购 213 各类贮罐 6 台 不锈钢 A3
