工业生物催化（酶和全细胞）——如腈水合酶生产丙烯酰胺、工程转氨酶生产西格列汀、酶法抗生素侧链工艺——替代重金属催化剂、高压加氢和使用有毒试剂的多步化学反应
铜催化的丙烯腈硫酸水合；铑催化的高压不对称加氢；在−40 °C 下用 PCl5/二甲基苯胺/氯化溶剂对青霉素 G 化学脱酰；大量多步保护/脱保护
大宗和精细化学品、药品、食品配料、聚合物
供应商 6
进入俄罗斯/欧亚经济联盟 CHEM
- 监管机构
- 俄罗斯工贸部（登记）/ 俄罗斯联邦消费者权益保护和公益监督局（新物质通报）
- 通常时长
- 专家评审后约10–15个工作日完成国家登记；新物质须通报
- 法律依据
- TR EAEU 041/2017《化学品安全》（2021年6月2日起生效）；政府2020年9月11日第1407号令；润滑剂适用 TR CU 030/2012
仅供参考，非法律意见——请针对您的产品确认流程。
证据 5 论据
涉及重金属催化剂、极端温度/压力、氯化溶剂、有毒试剂和多步保护/去保护序列的经典化学工艺。
使用工程酶（如转氨酶、酮还原酶、单胺氧化酶和羟化酶）的工业生物催化，以替代制药制造中的传统化学合成步骤。
- 是否已大规模替代？
- 部分
- 注意事项
- 尽管生物催化在制药制造中日益常用，但许多工艺仍以间歇模式运行，采用常针对个别药物合成路线，而非全面替代所有化学工艺。某些酶类（如单胺氧化酶）因作用机制在大规模使用上面临挑战。
- 人工复核
- D2 Global: >300 industrial biocatalytic processes documented (peer-reviewed). A market-research site puts enzymatic hydration at 58% of bio-based acrylamide revenue — weak source, not counted.
- 核实于
- 2026-10-06
| 辛伐他汀的生物催化生产工艺已放大至400公斤批次规模，采用该方法生产的辛伐他汀已超过10吨。 “The technology was scaled-up in early 2010 to 400 kg batch size by our first commercial manufacturing partner (who prefers to remain undisclosed). A second API manufacturer (Arch Pharmalabs) was brought on-line in late 2010. Enzyme manufacture has been established at 30,000L scale and over 10 mT simvastatin has now …” global · 2010-2012 · large measured reduction of the old process | weak (company, news, market research, other) ✓ www.cs.gordon.edu |
| 在波西普韦的合成中，进化单胺氧化酶取代了一个合成拆分步骤，使产品收率提高150%，总工艺废料（E因子）降低63.1%。 “By replacing this synthetic step, Merck increased the product yield by 150% and reduced overall process waste (E-factor) by 63.1%, demonstrating the environmental advantages of employing biocatalytic steps in industrial processes (Scheme 40).” global · 2025 · large measured reduction of the old process | weak (company, news, market research, other) ✓ comptes-rendus.academie-sciences.fr |
| 贝组替凡合成中的一步生物催化羟化取代了五步化学合成，使工艺质量强度（PMI）降低43%。 “This biocatalytic step replaced five chemical synthesis steps reducing the process mass intensity (PMI) by 43%, again illustrating the environmental advantages to employing biocatalysts in industry.” global · 2025 · large measured reduction of the old process | weak (company, news, market research, other) ✓ comptes-rendus.academie-sciences.fr |
| 2025年，丙烯酰胺生产的酶法水合路线占全球生物基丙烯酰胺市场总收入的58.4%。 “The Enzymatic Hydration route dominated in 2025, accounting for $166.5 million, or 58.4% of total market revenues.” global · 2025 · majority share of a major market | weak (company, news, market research, other) ✓ marketintelo.com |
| 西他列汀的酶法合成路线比此前使用Rh-t-Bu-Josiphos催化剂的化学工艺生产率提高53%。 “Compared to the previously used chemical process with a Rh- t-Bu-Josiphos catalyst for asymmetric hydrogenation at high pressure, the enzymatic route resulted in higher overall yield, 53 % higher productivity, reduced total waste and elimination of the transition metal catalyst.” global · 2010-2020 period (contextual) · | peer-reviewed ✓ onlinelibrary.wiley.com |
参考文献 4
- Savile CK, Janey JM, Mundorff EC, et al. (2010). Biocatalytic asymmetric synthesis of chiral amines from ketones applied to sitagliptin manufacture. *Science* 3 VERIFIED DOI
- Yamada H, Kobayashi M (1996). Nitrile hydratase and its application to industrial production of acrylamide. *Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry* 60: 13 VERIFIED DOI · 被引 414
- Bornscheuer UT, Huisman GW, Kazlauskas RJ, Lutz S, Moore JC, Robins K (2012). Engineering the third wave of biocatalysis. *Nature* 485: 185–194. VERIFIED (by hand) DOI
- Sheldon RA, Woodley JM (2018). Role of biocatalysis in sustainable chemistry. *Chemical Reviews* 118: 801–838. VERIFIED (by hand) DOI
详情
替代:重金属催化和苛刻的多步化学 · 范围:化工和制药行业 · 证据:高
化学问题#
经典化学工艺常需要重金属催化剂、极端温度和压力、含氯溶剂和有毒试剂,且每公斤产品产生大量废物。制药尤其如此——每公斤产品产生25–100公斤废物是常态。
产品概览#
酶在水中、温和温压下高选择性工作。已验证的工业案例:
- 腈水合酶产丙烯酰胺(Rhodococcus rhodochrous J1):日东化学(日本)自1980年代中期;如今全球每年数十万吨,取代铜催化硫酸水合工艺。纯度更高,且无铜废物。
- 工程化转氨酶产西他列汀(Januvia)(默克与Codexis,Science 2010):取代铑催化高压氢化。产率上升,废物减少约19%,不再需要重金属去除和高压设备(2010年美国EPA总统绿色化学奖)。
- 半合成青霉素/头孢菌素(6-APA、7-ADCA)经青霉素G酰化酶:取代了在−40°C使用含氯溶剂的化学脱酰(DSM等)。
- 脂肪的酶法酯交换(脂肪酶),取代化学催化剂并避免部分氢化产生的反式脂肪。
- 高果糖浆和淀粉加工以酶取代酸水解。
活性成分 / 组成#
发酵生产的酶(常经定向进化工程化)、固定化酶、全细胞生物催化剂。
关键事实#
| 参数 | 数值 |
|---|---|
| 类别 | 工业生物技术(生物催化) |
| 条件 | 水相,20–60°C,通常常压 |
| 选择性 | 高对映、区域和化学选择性 |
| 工程化 | 定向进化(2018年诺贝尔化学奖,Frances Arnold) |
优势#
- 消除重金属和许多危险试剂与溶剂。
- 能耗和废物更低。
- 产品纯度更高(对制药和聚合物很重要)。
作用方式#
酶通过精确的活性位点化学降低特定反应的活化能,使选择性转化在温和条件下无需保护基即可发生。
应用#
| 产品 | 生物催化工艺 |
|---|---|
| 丙烯酰胺 | 腈水合酶 |
| 手性胺(制药) | 转氨酶 |
| β-内酰胺抗生素 | 青霉素酰化酶 |
| 结构化油脂 | 脂肪酶 |
| 糖、糖浆 | 淀粉酶、葡萄糖异构酶 |
局限#
- 开发酶工艺需要时间(酶工程、稳定性)。
- 并非每种反应类型都有合适的酶。
- 水相工艺可能需要不同的下游加工。
替代证据——D2:可度量的替代(少数份额)#
**评估(人工复核):**全球:已记录300多个工业生物催化工艺(同行评审)。一市场研究网站称酶法水合占生物基丙烯酰胺收入58%——弱来源,未计入。
经验证数字（数字出自被引原句，且该句见于来源页面）：
- 替代——辛伐他汀的生物催化工艺放大至400公斤批量,已用该方法生产逾10公吨辛伐他汀。(全球,2010–2012;弱:cs.gordon.edu)
- 替代——2025年,酶法水合路线占全球生物基丙烯酰胺市场收入的58.4%。(全球,2025;弱:marketintelo.com)
- 性能——西他列汀合成的酶法路线相比此前使用Rh-t-Bu-Josiphos催化剂的化学工艺,生产率提高53%。(全球,2010–2020年期间(背景);同行评审:onlinelibrary.wiley.com)
- 性能——在博赛泼维的合成中,进化的单胺氧化酶取代了一个合成拆分步骤,产品收率提高150%,全程工艺废物(E因子)减少63.1%。(全球,2025;弱:comptes-rendus.academie-sciences.fr)
行业先行者——将此项替代商业化的公司#
| 公司 | 来源原话 | 来源 | | Novonesis | 使用Lipura® Split的酶法油脂水解工艺取代了传统的热法油脂水解塔。 | 企业自述:novonesis.com | | Novonesis | 酶法酯化工艺在酯类生产中取代了无机酸或金属基催化剂等传统化学催化剂。 | 企业自述:thyssenkrupp-uhde.com | | Amano Enzyme Inc. | 生产依度沙班中间体的酶法取代传统化学合成,有机溶剂减少90%,原料成本降低50%,过滤次数从7次降至3次。 | 企业自述:amano-enzyme.com | | Amano Enzyme Inc. | Dextranase L Amano取代糖加工中控制葡聚糖的抗微生物剂,并降低能耗和废物。 | 弱:slideum.com | | Advanced Enzyme Technologies Ltd | 酶常可取代存在安全或环境问题的化学品或工艺。 | 企业自述:advancedenzymes.com |
供应商——真实的产品与服务（来自供应商索引）#
以下为供应商索引中的在营企业——其自身卡片（简介 / 官网）列明了该产品或服务；2026年9月28日 按关键词匹配，并经人工核对卡片文本。列入本表不构成推荐；证据、联系方式与状态请查看各企业卡片。
| 公司 | 地区 · 国家 | 索引信息 | 卡片 | | SyncoZymes(上海) | 亚洲 · 中国 | 面向化学中间体的酶生物催化 | 卡片 | | 酶赛生物 Enzymaster | 亚洲 · 中国 | 定向进化生物催化剂 | 卡片 | | HLB Genex(原GenoFocus) | 亚洲 · 韩国 | 工业酶 | 卡片 | | 溢多利 VTR Biotech(SZ 300381) | 亚洲 · 中国 | 工业酶 | 卡片 | | 蔚蓝生物 Vland Biotech(SSE 603739) | 亚洲 · 中国 | 工业酶 | 卡片 |
政府资助信号#
针对特定技术的政府资助是先行指标：政府资助的，正是监管方想要替代、且已接近实际应用的技术。2026年9月27日 检索的数据库：EU CORDIS（FP7、Horizon 2020、Horizon Europe）、美国联邦资助（USAspending：USDA NIFA/ARS/APHIS/Forest Service、EPA、DOE、NOAA、USAID；另含 NSF 与 NIH）、英国 UKRI Gateway to Research、澳大利亚研究理事会。下列每项资助均经人工核对相关性。中国、巴西和印度见下方小节（论文中声明的资助）。未覆盖：俄罗斯（RSF、FASIE——研究环境无法访问）及上述数据库之外的国家机构。金额为数据库记录的资助方出资额（美国 NIH/UKRI：按项目或财政年度）。
**信号:强。**3项相关资助 · 总额约1410万欧元 · 辖区:欧盟、英国、美国。
| 资助方 / 计划 | 项目 | 牵头机构 | 起始年份 | 金额 | 链接 | | 欧盟委员会 — H2020 IA | ROBOX:拓展稳健氧化生物催化剂的工业应用,用于醇类的转化与生产(ROBOX) | 格罗宁根大学(荷兰) | 2015 | 8,181,676欧元 | 链接 | | UKRI — EPSRC | 生物催化与生物转化:国家催化中心的第五主题 | Chemistry(英国) | 2015 | 3,103,987英镑 | 链接 | | 美国联邦 — 能源部 | 生物催化实现木质素转化为己二酸:建立生物尼龙的商业化路线 | 威斯康星大学系统(美国) | 2024 | 2,500,000美元 | 链接 |
中国、巴西、印度——论文中声明的国家级研究资助#
中国、巴西和印度的资助机构没有可从本环境访问的公开资助数据库，因此这里统计2015 年以来声明获得国家政府资助的论文数，取自出版商提交给 Crossref 的资助编号。仅计入标题含本文关键术语的论文（保守的下限估计；“100+” 表示检索窗口已满）。它反映研究资助强度，而非预算规模。资助机构：中国——NSFC、国家重点研发计划、国家现代农业产业技术体系；巴西——CNPq、CAPES、FAPESP、Embrapa、FAPEMIG；印度——DBT、DST、ICAR、SERB、CSIR、BIRAC。分国评级：强 ≥50 篇 · 中 10–49 篇 · 弱 1–9 篇。
| 国家 | 获资助论文（2015–2026） | 信号 | 主要资助机构（资助声明） | 示例：资助 → 获资助论文 | | 中国 | 295+ | 强 | NSFC(345)、国家重点研发计划(57) | NSFC 32171405 → A thermostable and eco-friendly chitosan-based biocatalytic platform for immobilization of alkaline protease(2026)doi | | 巴西 | 21 | 中 | CNPq(19)、CAPES(10)、FAPESP(10) | CNPq 301212/2010-4 → Deracemization of 1-phenylethanol via tandem biocatalytic oxidation and reduction(2016)doi | | 印度 | 73 | 强 | SERB(39)、DST(30)、CSIR(22) | CSIR OLP0855 → Biocatalytic reduction of prochiral ketones to enantiopure alcohols by novel yeast isolates from unique…(2021)doi |
科学证据#
- Savile CK, Janey JM, Mundorff EC, et al. (2010). Biocatalytic asymmetric synthesis of chiral amines from ketones applied to sitagliptin manufacture. Science 329: 305–309.
- Yamada H, Kobayashi M (1996). Nitrile hydratase and its application to industrial production of acrylamide. Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry 60: 1391–1400.
- Sheldon RA, Woodley JM (2018). Role of biocatalysis in sustainable chemistry. Chemical Reviews 118: 801–838.
生物经济价值#
发酵制造的酶把化工变成生物技术——工业生物经济的核心。