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2026
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生物发酵迈入智能与绿色新纪元：AI赋能、极端微生物与“非粮”原料引领变革
走进任何一家超市的乳品区，各种功能的益生菌饮料琳琅满目。与此同时，科学家们正在实验室里利用AI“训练”微生物，让它们像“微型工厂”一样，用有机废物高效合成航空燃料的关键成分。
2025年中国生物制造产业总规模已突破1.1万亿元，生物发酵产品产量占全球70%以上。
01 政策与市场的双重驱动
生物发酵产业正迎来前所未有的发展机遇。中国政府已将生物制造明确纳入未来战略体系，作为新增长引擎进行重点培育。在 “健康中国”战略的引领下，消费者对功能性食品的需求日益增长，这种从“吃饱”到“吃好”再到“吃出健康”的需求转变，正在倒逼产业进行技术攻坚。
广州市发布的《加快建设先进制造业强市规划（2024—2035年）》明确提出了打造全国一流的生物制造产业高地的目标。
在区域层面，长春正依托其黄金玉米带核心区的优势，推动玉米加工向化妆品、医药原料等高端领域延伸。
这些政策导向与市场需求共同推动着生物发酵产业从“规模领先”向“质量引领”加速转型。
02 技术突破：AI与自动化重塑研发流程
传统微生物代谢工程的瓶颈在于其“试错”特性——科学家需要手动改造少量基因，然后测试效果，这一过程可能持续数月甚至数年。
劳伦斯伯克利国家实验室的研究团队开发了一套融合AI与自动化的系统。他们构建的自动化平台利用机器人技术同时创建和测试数百种基因设计，每次实验后，机器学习算法会分析结果并系统性地推荐下一组最优菌株设计方案。
这一系统将菌株开发速度提高了10至100倍。在短短几周内，他们就将异戊烯醇的产量提高了五倍。
AI不仅在优化已知基因组合方面表现出色，还能通过生物传感器发现新的生产路径。研究团队巧妙地将微生物感知产物的天然能力转化为生物传感器，成功筛选出产量提高36倍的优势菌株。
03 下一代生物制造：极端微生物与混合培养
除了智能化和自动化，生物发酵领域另一个重要突破方向是极端微生物的开发利用。清华大学陈国强教授团队指出，以嗜盐菌、嗜热菌和嗜酸碱菌为代表的极端微生物，能够在高盐度、极端pH或高温等恶劣环境中生存，展现出显著的抗污染能力和低成本生产潜力。
盐单胞菌是一种从新疆艾丁湖分离出的嗜盐菌，其最大的工业价值在于能够实现无需严格灭菌的开放式连续发酵。研究人员已成功改造这种菌株，使其能够高效合成生物可降解材料PHA以及多种高附加值化学品。
混合培养发酵是另一个前沿方向。波兰波兹南理工大学的研究表明，通过精准控制温度、pH和停留时间等操作参数，能够引导同一微生物群落生产不同的化学品。
例如，在37°C的中温条件下，调整pH和停留时间可以分别促进琥珀酸和己酸的生产。
04 原料革命：从“与粮争地”到“变废为宝”
中国生物发酵产业约90%的初级原料依赖玉米等粮食作物，这种“以粮造料”的模式不仅加剧了资源矛盾，也削弱了产业原料供应的安全性。
科研人员正在开辟两条非粮原料路径：一是利用木质纤维素等非粮生物质；二是开发一碳化合物（如二氧化碳、一氧化碳、甲酸、甲醇）的高效利用技术。
这些新型原料不仅缓解了对粮食资源的依赖，还有望实现“负碳生产”的绿色制造模式。
混合培养发酵技术为有机固体废物的高值化利用提供了可能。研究团队开发的系统能够将食物垃圾转化为琥珀酸和己酸等高价值化学品。
中国科学院大连化学物理研究所的研究人员开发了一种模块化、可编程的脂肪酸合成平台，在酵母中实现了中链脂肪酸的定向生物合成。
05 产业应用：从健康食品到可持续航空燃料
在健康领域，生物发酵技术正创造直接面向消费者的产品。广东的一家公司已开发出能够降低血尿酸的二代益生菌，实验数据显示，这类产品可使人体内的血尿酸含量在14天内稳定下降30%以上。
公司正利用AI工具筛选和改造酶蛋白，开发用于治疗甲基丙二酸血症的“基因工程菌”，为罕见病患者提供新的治疗选择。
在食品领域，“向微生物要蛋白”已成为解决全球蛋白短缺问题的可行路径。广州的一家公司利用镰刀菌生产“菌肉”，其年产2000吨的菌丝蛋白工厂已准备就绪，预计在2026年第一季度正式投产。该公司菌丝蛋白已获得美国FDA的GRAS认证，并收到来自美国及东南亚国家的订单。
在能源领域，研究人员正在开发可用于替代传统石油基航空燃料的合成燃料。他们通过改造微生物，使其能够将植物材料发酵为高性能航空燃料，相关技术正在从实验室规模向工业化应用过渡。
06 未来挑战与自主创新之路
尽管中国在生物制造领域整体实力已接近国际先进水平，但在核心菌种资源、生物催化剂设计和高端装备等方面仍面临挑战。
中国工程院院士谭天伟团队指出，关键工业菌种和酶制剂的高度依赖已成为制约生物制造产业高质量发展的重要瓶颈。
在底层技术和工具层面，中国在酶设计、分子对接等核心技术环节仍大量依赖国外开发的算法与平台。例如，AlphaFold、RoseTTAFold、AutoDock等关键工具均为国外开发。
构建具有自主知识产权的高端装备体系，发展智能化、标准化和可控的制造平台，将是推动中国生物制造跨越式发展的关键。
在广州南沙，一个占地不超过5000平方米的工厂正在悄然改变食物生产的逻辑。这里没有牧场，却有源源不断的蛋白质产出，其资源利用效率比传统畜牧业高出90%以上。
从降低痛风的益生菌到治疗罕见病的工程菌，从可持续航空燃料到生物可降解塑料，小小的微生物正在展现巨大的产业价值。
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