1、 敬请阅读末页的重要说明 证券研究报告 | 行业点评报告 2022 年 01 月 18 日 推荐推荐（维持）（维持） 合成生物学系列报告合成生物学系列报告：产品专题之（一）产品专题之（一） 消费品/医药生物 本篇报告本篇报告首先首先分析了分析了 1,3-丙二醇的丙二醇的最主要的最主要的下游下游应用应用 PTT 纤维的纤维的市场市场现状，现状，PTT纤维性能好于其他聚酯纤维， 但纤维性能好于其他聚酯纤维， 但较高的价格限制较高的价格限制了了 PTT 纤维的大规模应用， 并由此纤维的大规模应用， 并由此限制了限制了 1,3-丙二醇丙二醇本身本身的的市场市场。进一步拆解发现进一步拆解发现 1,3-丙

2、二醇的价格为丙二醇的价格为 PTT 纤维主要纤维主要弹性成本项目，若弹性成本项目，若 1,3-丙二醇价格的下降丙二醇价格的下降使使 PTT 纤维价格具备经济性纤维价格具备经济性，将打开，将打开下游下游PTT 纤维的市场并拉动纤维的市场并拉动 1,3-丙二醇本身的应用空间丙二醇本身的应用空间。最后提出。最后提出合成生物学合成生物学生产方式生产方式是是降低降低 1,3-丙二醇的生产成本丙二醇的生产成本的有效路径的有效路径。合成生物学方法中，葡萄糖法成本优势合成生物学方法中，葡萄糖法成本优势高于甘油法， 未来发展趋势将是在葡萄糖法基础上进一步优化成本高于甘油法， 未来发展趋势将是在葡萄糖法基础上进一

3、步优化成本， 形成形成 PTT 纤维纤维降价后降价后更强的毛利空间支撑更强的毛利空间支撑。 1,3-丙二醇丙二醇价格下降将拉动其价格下降将拉动其下游下游 PTT 纤维纤维打开市场，进而打开打开市场，进而打开 1,3-丙二醇本身丙二醇本身的市场应用空间的市场应用空间。 1,3-丙二醇市场需求的 70%由下游 PTT 纤维拉动。 PTT 纤维的性能优于 PET、PBT、PA6PA66 纤维，但受制于价格较高难以打开大规模应用市场。1,3-丙二醇价格为 PTT 纤维主要弹性成本项目，因此 1,3-丙二醇价格下降是推动下游 PTT 纤维放量的关键因素。根据我们测算，若 1,3-丙二醇价格下降至1200

4、0 元/吨，PTT 纤维价格有望下降至与锦纶相当，假设可以替代 8-10%聚酯纤维市场用量，则对应 156-196 万吨 1,3-丙二醇量需求，187-235 亿市场规模。 合成生物学生产方式是降低合成生物学生产方式是降低 1,3-丙二醇生产成本的有效路径丙二醇生产成本的有效路径。国际上石化法生产1,3-丙二醇由于不具备成本优势已被淘汰，工业化落地的合成生物学方式生产有两类路径：1）以葡萄糖为原料底物的杜邦工艺，2）以甘油为原料底物的苏州苏震/清华大学、 美景荣/华东理工大学工艺。 以合成生物学方法合成 1,3-丙二醇的经济效益判断主要涉及：1）产品浓度（g/L），2）单位体积生产速率（g/L

5、/h），3）摩尔转化率（mol/mol）三个指标，同时需要考虑原料底物的价格。从当前工业化生产看，以葡萄糖为底物的杜邦工艺路径在经济效益上要优于以甘油为底物的工艺路径，主要原因在于菌株内甘油代谢路径本身的理论转化率存在上限。根据测算，杜邦工艺生产 1,3-丙二醇可能足够支撑降价后价格，且仍有成本优化空间。若国内企业工艺进一步突破，将形成更强的毛利空间支撑。 国内外合成生物学方式生产国内外合成生物学方式生产 1,3-丙二醇的文献丙二醇的文献/专利对比。专利对比。 通过合成生物学方式生产 1,3-丙二醇的主要目标是提高生产过程的经济效益。国内：发展趋势从以甘油为底物研发为主向以葡萄糖为底物方向发展

6、；海外：研发过程已经经历了集中改造以甘油为底物的菌株的阶段，当前思路更集中于设计新的代谢路径，进而改进杜邦工艺路线中需要额外添加辅酶 B12 的问题。 A 股相关标的及投资建议。股相关标的及投资建议。以合成生物学方法进行 1,3-丙二醇生产的上市公司有东方盛虹下属子公司苏州苏震生物科技有限公司。 华恒生物公告设立合资公司 “礼合生物材料科技有限公司”，拟主营业务生物基产品（如 1,3-丙二醇产品等）技术的研究和开发。我们看好通过合成生物学手段降低 1,3-丙二醇生产成本（尤指在杜邦工艺上做进一步突破），进而降低下游 PTT 纤维价格，最终拉动下游市场需求，带来 1,3-丙二醇市场空间的大幅提升

7、，此领域建议重点关注。 风险提示：风险提示：研发不及预期风险；产业化进程不及预期风险；生物安全风险；研发不及预期风险；产业化进程不及预期风险；生物安全风险；菌种泄密风险；伦理风险等。菌种泄密风险；伦理风险等。 行业规模行业规模 占比% 股票家数（只） 394 8.6 总市值（亿元） 77821 8.7 流通市值 （亿元） 59406 8.1 行业指数行业指数 % 1m 6m 12m 绝对表现 6.7 -1.6 15.0 相对表现 10.5 4.8 27.6 资料来源：公司数据、招商证券 相关相关报告报告 1、 合成生物学行业深度_颠覆传统，造物致用2021-12-27 -20-10010203

8、0Jan/21May/21Aug/21Dec/21(%)医药生物沪深3001,31,3- -丙二醇丙二醇：通过合成生物学降本是打开下游通过合成生物学降本是打开下游巨大空间巨大空间的有效路径的有效路径 敬请阅读末页的重要说明 2 行业点评报告 正文正文目录目录 一、 1,3-丙二醇价格下降将拉动其下游 PTT 纤维打开市场，进而打开 1,3-丙二醇本身的市场应用空间。 . 4 1、 1,3-丙二醇市场需求主要由下游 PTT 纤维拉动，PTT 纤维性能优于其他聚酯纤维 . 4 2、 PTT 纤维价格高昂难以打开市场，受制于原料 1,3-丙二醇的价格居高不下 . 5 3、 若 1,3-丙二醇价格下降

9、使 PTT 纤维价格具备经济性，将打开 1,3-丙二醇市场空间 . 6 二、 合成生物学生产方式是降低 1,3-丙二醇生产成本的有效路径 . 7 1、 国际上石化法生产 1,3-丙二醇已被淘汰，合成生物学方式生产有两类路径 . 7 2、 以葡萄糖为为原料的合成生物学生产方式（杜邦法）更具成本优势 . 9 3、 根据测算杜邦工艺成本可能足够支撑降价后价格，且仍有成本优化空间 . 10 三、 国内外合成生物学方式生产 1,3-丙二醇的文献/专利技术总结对比 . 11 1、 提高生产过程经济效益为主要目标，国内趋势从以甘油为底物研发为主向以葡萄糖为底物发展 . 11 2、 海外研发思路更集中于设计新

10、的代谢路径，进而改进杜邦工艺路线中需要额外添加辅酶 B12 的问题 . 15 四、 A 股相关标的及投资建议 . 17 五、 风险提示 . 18 图表图表目录目录 图 1：1,3-丙二醇结构式 . 4 图 2：PTT 结构式 . 4 图 3：1,3-丙二醇下游各应用场景对应用量 . 4 图 4：各个纤维分子链构型 . 5 图 5：我国化学纤维市场总产量（万吨） . 7 图 6：丙烯醛水合法工艺 . 7 图 7：环氧乙烷羰基化法工艺 . 7 图 8：杜邦以葡萄糖为原料合成 1,3-丙二醇的胞内路径 . 8 图 9：苏震生物/清华大学以甘油为原料合成 1,3-丙二醇胞内路径 . 8 图 10：美景

11、荣/华东理工大学以甘油为原料合成 1,3-丙二醇胞内路径 . 9 图 11：克雷伯氏菌胞内甘油代谢途径 . 10 图 12：以葡萄糖为底物全新代谢途径生产 1,3-丙二醇 . 13 图 13：北京化工大学以葡萄糖与甲醇为底物合成 1,3-丙二醇路径 . 14 图 14：TBI 构建的无需添加辅酶 B12 的 1,3-丙二醇转化路径 . 16 jXzXuWmPqQnNnN8O9R6MnPmMnPsQfQpPpOfQsQmOaQmMwOMYmQpRMYmQqP 敬请阅读末页的重要说明 3 行业点评报告 表 1：各纤维主要性能指标对比 . 5 表 2：各纤维主要性能项目对比 . 5 表 3：我国在规

12、划/已落地 PTT 纤维产能. 5 表 4：PTT 切片成本拆分 . 6 表 5：PTT 纤维经济性测算（16000/吨） . 6 表 6：各合成生物学方法经济效益主要指标对比 . 9 表 7：杜邦工艺成本毛利率测算 . 10 表 8：清华大学合成生物学方法生产 1,3-丙二醇专利 . 11 表 9：以葡萄糖为底物合成 1,3-丙二醇的合成生物学相关专利 . 13 表 10：以粗甘油为底物合成 1,3-丙二醇的合成生物学相关专利 . 14 表 11：海外涉及到的合成生物学方式生产 1,3-丙二醇路径 . 15 敬请阅读末页的重要说明 4 行业点评报告 一、一、1,3-丙二醇价格下降将拉动丙二醇

13、价格下降将拉动其其下游下游 PTT 纤维打开市场，进而打开纤维打开市场，进而打开 1,3-丙丙二醇本身的市场应用空间。二醇本身的市场应用空间。 1、1,3-丙二醇市场需求主要由下游丙二醇市场需求主要由下游 PTT 纤维纤维拉动拉动，PTT 纤维性能优于其他聚酯纤维纤维性能优于其他聚酯纤维 1,3-丙二醇市场需求主要由下游丙二醇市场需求主要由下游 PTT 纤维拉动。纤维拉动。1,3-丙二醇(1,3-Propanediol, PDO)，分子式为 C3H8O2，结构式如下图所示。下游最主要的用途为作为单体合成聚对苯二甲酸丙二醇酯（Polytrimethylene-tereph-thalate, PT

14、T），1,3-丙二醇下游合成 PTT 用量占总体用量比重在 80%以上， 其余应用领域有化妆品添加剂、 涂料、 油墨等。 PTT 下游 90%用于合成 PTT 纤维，10%用于工程塑料。PTT 纤维目前用量以民用为主，约 27%用于家纺领域（地毯为主），63%用于服装行业。 图图 1：1,3-丙二醇结构式丙二醇结构式 图图 2：PTT 结构式结构式 资料来源：ChemDraw、招商证券 资料来源：ChemDraw、招商证券 图图 3：1,3-丙二醇下游各应用场景对应用量丙二醇下游各应用场景对应用量 资料来源：1,3-丙二醇下游产品的技术与应用、招商证券 PTT 纤维的性能优于纤维的性能优于 P

15、ET、PBT、PA6PA66 纤维纤维。与单体结构同样含有对苯二甲酸的 PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）纤维、PBT（聚对苯二甲酸丁二醇酯）纤维对比，PTT 纤维中醇单体含有 3 个碳原子，奇碳效应导致其具有高弹性。同时较低的杨氏模量（2.58N/m2）使其柔软性较好。同时 PTT 晶区模量低，使其在纺丝过程中，更容易添加各种功能性粉体，色母粒等，从而获得丰富功能性，且更利于着色。回复性好，在 2.5cN /detx 的应力作用下对 PTT 反复拉伸试验表明伸长率 20%时，撤除应力后，PTT 纤维可完全恢复原状。同时 PTT 的玻璃化温度在 50-55之间，热固性好，可采用无载体常压染色，且易

16、于加工生产。与当前用量较多的 PET 纤维（涤纶）、PA6/PA66 纤维（锦纶）相比，PTT 纤维的膨松性及弹性更好，抗褶皱性更强，拉伸回复性更加，尺寸稳定性与印花适应性均更好，因此适用于服装领域。同时由于其较好的膨松性，较高的抗静电性、耐污染性与印花适应性，同样适用于生产地毯。 敬请阅读末页的重要说明 5 行业点评报告 图图 4：各个纤维分子链构型：各个纤维分子链构型 资料来源：国外纺织技术、招商证券 表表 1：各纤维主要性能指标对比：各纤维主要性能指标对比 性能性能 PTT PET PBT 熔化温度 288 260 225 玻璃化转变温度 45-65 69-81 20-40 密度 g/c

17、m3 1.33 1.38 1.35 初始模量 cN/dtex 2.58 9.15 2.4 弹性伸长率% 28-33 20-27 24-29 弹性回复率% 22 4 10.6 资料来源： 新型聚酯纤维 PTT 的多种功能开发的研究进展 、招商证券 表表 2：各纤维主要性能项目对比：各纤维主要性能项目对比 性能项目性能项目 PTT 纤维纤维 PET 纤维纤维 PA6 纤维纤维 PA66 纤维纤维 蓬松性及弹性 优 中 中 良 抗折皱性 优 优 中 良 拉伸回复性 优 差 良 优 吸水性 差 差 中 中 耐气候性 优 良 差 差 尺寸稳定性 良 良 良 良 染色性 优 优 良 良 静电 低 很高 高

18、 高 印花适应性 优 中 良 良 耐污染性 优 良 优 优 资料来源： 生物基聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)纤维研究进展 、招商证券 2、PTT 纤维价格纤维价格高昂难以打开市场，受制于高昂难以打开市场，受制于原料原料 1,3-丙二醇的价格居高不下丙二醇的价格居高不下 PTT 纤维受制于价格高昂，下游应用难以打开市场。纤维受制于价格高昂，下游应用难以打开市场。目前，全球 PTT 实际产量约 40 万吨/年，我国规划总产能 30 万吨/年左右，实际产量在 13 万吨/年。海外产能基本由杜邦垄断，国内产能由江苏国望高科，东方盛虹，苏州龙杰，吴江佳力高纤，张家港美景荣等企业构成。虽然在性能上 PTT

19、 纤维优于涤纶及锦纶，但是受制于价格昂贵，在总体用量上相较于涤纶及锦纶相差甚远。2020 年，我国聚酯纤维产量涤纶 4923 万吨，锦纶 384 万吨（二者占比化纤市场85%）。就价格而言，PTT 纤维上游切片价格约为 20000 元/吨，涤纶切片均价约为 8000 元/吨，锦纶切片均价约为16000 元/吨。 表表 3：我国在规划：我国在规划/已落地已落地 PTT 纤维产能纤维产能 企业名称企业名称 产能：万吨产能：万吨/年年 江苏国望高科纤维有限公司 6 东方盛虹集团下属苏州苏震生物工程有限公司 5 吴江佳力高纤有限公司 4 东方盛虹集团下属中鲈科技发展股份有限公司 3 张家港美景荣化学工

20、业有限公司 3 苏州龙杰特种纤维股份有限公司 2 敬请阅读末页的重要说明 6 行业点评报告 企业名称企业名称 产能：万吨产能：万吨/年年 晓星化纤（嘉兴）有限公司 1 其他 7 合计 31 资料来源：产业信息网、招商证券 1,3-丙二醇价格为丙二醇价格为 PTT 纤维主要弹性成本项目。纤维主要弹性成本项目。通过苏州苏震生物工程有限公司念成 5 万吨生物基 PTT 差别化纤维项目竣工环境保护验收报告可以对 PTT 纤维进行一定程度的成本拆分，生产每吨 PTT 切片，主要原料需要精对苯二甲酸 0.808 吨， 1,3-丙二醇 0.379 吨。 按照市场售价， 精对苯二甲酸价格为 4500 元/吨，

21、 1,3-丙二醇价格约为 18000元/吨。生产每吨 PTT 切片，精对苯二甲酸原料成本为 3636 元/吨，1,3-丙二醇原料成本为 6822 元/吨，总记 10458元/吨。直接材料成本中精对苯二甲酸价格弹性有限，主要可降成本项目即为 1,3-丙二醇价格。 PTT 聚合设备与其他聚酯纤维聚合设备成本基本一致，纺丝设备与其他聚酯纤维通用。构成 PTT 切片成本的直接材料成本占比 90%，由此推算 PTT 切片毛利率 42%。 表表 4：PTT 切片成本拆分切片成本拆分 项目及关键假设项目及关键假设 元元/吨吨 直接材料成本 主要由精 PTA 与 1,3-丙二醇成本构成 10458 营业成本

22、直接材料成本占总成本 90% 11620 销售单价 倒算 PTT 切片毛利 42% 20000 资料来源：苏震生物环评报告、招商证券 备注：招商证券测算，与实际情况可能存在偏差 3、若若 1,3-丙二醇价格丙二醇价格下降下降使使 PTT 纤维价格具备经济纤维价格具备经济性性，将将打打开开 1,3-丙二醇丙二醇市场市场空间空间 根据根据我们测算，我们测算，若若 1,3-丙二醇价格若下降至丙二醇价格若下降至 12000 元元/吨吨左右左右，PTT 切片将与锦纶切片价格持平切片将与锦纶切片价格持平（16000 元元/吨）吨） ，性，性能更优具备经济能更优具备经济性。性。由于 PTT 切片中主要可降成

23、本项目为 1,3-丙二醇的价格，我们假设除去直接材料，其他营业成本绝对额不变，即 1162 元/吨 PTT 切片。同时保证 PTT 切片毛利率不变，即 42%。若为了使 PTT 切片价格降低至与锦纶切片价格达到一致水平（16000 元/吨） ，则要求 1,3-丙二醇价格降低至 12000 元/吨。 表表 5：PTT 纤维经济性测算纤维经济性测算（16000/吨）吨） 单价（元单价（元/吨）吨） 每吨每吨 PTT 纤维所需量（吨）纤维所需量（吨） 每吨每吨 PTT 纤维所需成本纤维所需成本（元）（元） 精 PTA 4500 0.808 3636 1,3-丙二醇 12000 0.379 4548

24、合计 8184 营业成本 其他营业成本绝对额不变（+1162 元） 9346 销售单价 保证 PTT 切片毛利水平不变（42%） 16114 资料来源：WIND、招商证券 备注：招商证券测算，与实际情况可能存在偏差 若若 PTT 纤维纤维降价至与锦纶价格相当降价至与锦纶价格相当（16000 元元/吨）吨） ，假设，假设可以占据可以占据 8-10%聚酯纤维市场，则对应聚酯纤维市场，则对应 1,3-丙二醇需求量丙二醇需求量约约 160-200 万吨， 市场空间万吨， 市场空间约约 190-240 亿元。亿元。 聚酯纤维市场总量基本不再增长， 2020 年， 我国聚酯纤维产量涤纶 4923万吨，锦纶

25、 384 万吨（二者占比化纤市场 85%） 。若 PTT 纤维价格下降至与锦纶相仿，假设 PTT 纤维将可以占据聚酯纤维 8-10%市场，对应 PTT 销量约 425-530 万吨，对应 1,3-丙二醇需求量为 156-196 万吨。以 12000 元/吨计，1,3-丙二醇将成长为约 190-240 亿市场空间的品种。 敬请阅读末页的重要说明 7 行业点评报告 图图 5：我国化学纤维市场总产量（万吨）：我国化学纤维市场总产量（万吨） 资料来源：国家统计局、招商证券 二、二、合成生物学生产方式合成生物学生产方式是降低是降低 1,3-丙二醇生产成本的有效路径丙二醇生产成本的有效路径 1、国际上国际

26、上石化法石化法生产生产 1,3-丙二醇已被淘汰，丙二醇已被淘汰，合成生物学方式生产合成生物学方式生产有有两类路径两类路径 全球范围看，全球范围看，工业生产工业生产 1,3-丙二醇的方法分为石化法与合成生物学方法，石化法已经逐渐被淘汰。丙二醇的方法分为石化法与合成生物学方法，石化法已经逐渐被淘汰。石化法可以分为丙烯醛水合法与环氧乙烷羰基化法。丙烯醛水合法生产代表公司为德国 Degussa，主要步骤为丙烯醛水合制 3-羟基丙醛（3-HPA），然后催化加氢制得 1,3-丙二醇。由于丙烯醛自身的不稳定性致使水合反应效率低，而且属剧毒易燃易爆物品，难于储运和运输，同时反应过程中设计贵金属催化，生产成本较

27、高，基本退出市场。环氧乙烷羰基化法代表公司为壳牌， 该方法以乙烯为原料， 在 280下用银催化剂将之氧化成环氧乙烷， 随后反应又可分为一步法或两步法，一步法是环氧乙烷在 90、10MPa、催化剂作用下生成 1,3-丙二醇；二步法是环氧乙烷在 85、10MPa、催化剂作用下进行羰基化反应，制备过程采用环氧乙烷、CO 和 H2为原料进行氢甲酰化反应生成 3-HPA，再经固定床催化加氢制得 1,3-丙二醇。环氧乙烷羰基化法技术难度大，设备投资高，催化剂体系复杂，在后续与杜邦的合成生物学方法竞争中无法体现优势，壳牌已经于 2009 年关闭位于加拿大的石化法生产 1,3-丙二醇及下游 PTT 纤维产线。

28、 图图 6：丙烯醛水合法工艺：丙烯醛水合法工艺 图图 7：环氧乙烷：环氧乙烷羰基化法工艺羰基化法工艺 资料来源：1,3-丙二醇技术及技术路线选择、招商证券 资料来源：1,3-丙二醇技术及技术路线选择、招商证券 合成生物学方法可分为以葡萄糖为原料及以甘油为原料的两种工艺路线。合成生物学方法可分为以葡萄糖为原料及以甘油为原料的两种工艺路线。以葡萄糖为原料的企业代表为杜邦，选择底盘细胞为大肠杆菌，由于大肠杆菌体内不存在将葡萄糖转化为 1,3-丙二醇的代谢路线，所以杜邦与其合作者 Genecor公司在其工艺路线中，将酿酒酵母的两个基因（dar1 和 gpp2）转入大肠杆菌 K12，使葡萄糖可以在大肠杆

29、菌菌体内首先转化为甘油，同时转入肺炎克雷伯氏菌的五个基因（dhaB1、dhaB2、dhaB3、dhaBX 和 orfX），使甘油可以转化为 1,3-丙二醇。通过敲除磷酸转移酶系统（PTS）并过表达半乳糖渗透酶（galP）和葡萄糖激酶（glk），解耦了磷酸烯醇式丙酮酸 （PEP） 消耗葡萄糖转化为丙酮酸的路径。 另外， 为了防止甘油进入主要的碳代谢通路， 甘油激酶 （glpK）和甘油脱氢酶（gldA）也被敲除。最后，甘油醛 3-磷酸脱氢酶（gapA）下调，表达磷酸三糖异构酶（tpi）使甘油 3-磷酸（GAP）到磷酸二羟基丙酮（DHAP）的双向反应变为单向反应。实现由葡萄糖到 1,3-丙酮酸的高效

30、转化路径。需要注意的是，在此生物反应体系中需要额外添加辅酶 B12. 敬请阅读末页的重要说明 8 行业点评报告 图图 8：杜邦以葡萄糖为原料合成：杜邦以葡萄糖为原料合成 1,3-丙二醇的胞内路径丙二醇的胞内路径 资料来源：Dupont Patent、招商证券 以甘油为原料，通过合成生物学方法合成 1,3-丙二醇的代表企业为东方盛虹下属的苏震生物与张家港美景荣。苏震生物技术来源为清华大学刘德华课题组，美景荣技术来源为华东理工大学宫衡课题组，二者底盘细胞均为肺炎克雷伯氏菌。自然界中天然存在一类可以以甘油为底物转化为 1,3-丙二醇的菌种，如肺炎克雷伯氏菌、丁酸梭菌、弗氏柠檬酸杆菌等。其中克雷伯氏菌

31、具有较高的产率与转化率，苏震生物/清华大学，美景荣/华东理工大学均采用此菌种。在苏震生物/清华大学的技术路线中，以生物柴油副产物甘油为原料，通过诱导苹果酸酶过量表达，可促进丙酮酸转化为苹果酸，增强三羧酸循环，为菌体代谢提供更多 NADH 和 ATP，能有效提高 PDO 合成关键酶活性，降低菌体内NAD/NADH 比例，提高 PDO 得率，从而降低生产成本。 图图 9：苏震生物：苏震生物/清华大学以甘油为原料合成清华大学以甘油为原料合成 1,3-丙二醇胞内路径丙二醇胞内路径 资料来源：构建基因工程菌以增强微生物发酵甘油产 1,3-丙二醇的方法、招商证券 敬请阅读末页的重要说明 9 行业点评报告

32、在美景荣/华东理工大学的技术路线中，在变栖克雷伯氏菌 F2R9T 基础上增强 tqsA 基因的表达，tqsA 基因为群体感应信号自诱导物 AI-2 的转运蛋白，对多个基因具有调控功能，通过增强 tqsA 基因表达后发现其生产 1,3-丙二醇的产率有所提升，可用于工业化生产 1,3-丙二醇。 图图 10：美景荣：美景荣/华东理工大学以甘油为原料合成华东理工大学以甘油为原料合成 1,3-丙二醇胞内路径丙二醇胞内路径 资料来源：生物安全变栖克雷伯氏菌及其再 1,3-丙二醇生产中的应用、招商证券 2、以葡萄糖为为原料的合成生物学生产方式以葡萄糖为为原料的合成生物学生产方式（杜邦法）（杜邦法）更具更具成

33、本成本优势优势 以合成生物学方法以合成生物学方法合成合成 1,3-丙二醇的经济效益判断主要涉及丙二醇的经济效益判断主要涉及：1）产品浓度）产品浓度（g/L），2）单位体积单位体积生产速率生产速率（g/L/h），3）摩尔摩尔转化率转化率（mol/mol）三个指标，三个指标，同时需要考虑原料底物的价格。同时需要考虑原料底物的价格。通过查询杜邦发表的文章以及华东理工大学宫衡课题组与清华大学刘德华课题组相关专利，杜邦工艺路线的 1,3-丙二醇浓度为 135g/L，单位体积生产速率为3.5g/L/h，转化率可达为 1.2mol/mol 葡萄糖。美景荣/华东理工大学工艺路线 1,3-丙二醇浓度为 85.4

34、g/L，单位体积生产速率为 2.51g/L/h，转化率为 0.6mol/mol 甘油。苏州苏震/清华大学工艺路线 1,3-丙二醇浓度为 106g/L，单位体积生产速率为 2.21g/L/h，转化率为 0.5mol/mol 甘油。美景荣/华东理工大学原料与苏州苏震/清华大学工艺路线原料均为粗甘油。粗甘油市场价为 2000 元/吨，精甘油市场价 8000 元/吨，葡萄糖市场价 3000 元/吨。以甘油为原料的生产工艺在产品浓度，单位体积生产速率，摩尔转化率方面均不及以葡萄糖为原料的工艺，同时精甘油市场价格远高于葡萄糖，难以产业化，粗甘油虽然市场价格较低，但成分复杂，因此转化率低。综合判断，以葡萄糖

35、为原料的杜邦工艺综合判断，以葡萄糖为原料的杜邦工艺在经济效益上优于以甘油为原料的工艺路径。在经济效益上优于以甘油为原料的工艺路径。 表表 6：各合成生物学方法经济效益主要指标对比各合成生物学方法经济效益主要指标对比 生产企业生产企业 底盘细胞底盘细胞 底物底物 产品浓度产品浓度（g/L） 单位体积生产单位体积生产速率（速率（g/L/h） 摩尔转化率摩尔转化率（mol/mol） 杜邦 大肠杆菌 葡萄糖 135 135 1.2 美景荣/华东理工大学 克雷伯氏菌 粗甘油 85 85 0.6 苏州苏震/清华大学 克雷伯氏菌 粗甘油 106 106 0.5 资料来源：国家知识产权局、Organic Pr

36、ocess Research & Development、招商证券 以甘油为原料生产以甘油为原料生产 1,3 丙二醇经济效益较低的丙二醇经济效益较低的限制限制在于在克雷伯氏菌中在于在克雷伯氏菌中代谢通路的天然特点。代谢通路的天然特点。 甘油通过还原途径生产1,3-丙二醇与氧化途径走三羧酸循环在克雷伯氏菌中为并列的过程，还原过程生产 1,3-丙二醇的通路中所需的 NADH与 ATP 均来源于氧化路径，因此无法抑制氧化通路，甘油理论利用率存在上限。同时以甘油为底物的合成生物学生产方法后处理难度大，原因是现有的甘油生物转化法发酵液中的 1，3-丙二醇浓度一般低于 100g/L，且发酵液中一般在 0.

37、53左右的盐。同时 1，3-丙二醇属于强极性物质，发酵液中易存留氧化途径的副产物有乙醇、2，3-丁二醇、丁酸、乙酸等以及菌体和残余的培养基。 敬请阅读末页的重要说明 10 行业点评报告 图图 11：克雷伯氏菌：克雷伯氏菌胞内甘油代谢途径胞内甘油代谢途径 资料来源：Klebsiella pneumoniae 甘油发酵代谢调控研究进展、招商证券 3、根据测算杜邦工艺根据测算杜邦工艺成本可能足够支撑降价后价格成本可能足够支撑降价后价格，且，且仍有成本优化空间仍有成本优化空间 根据根据杜邦工艺中杜邦工艺中的葡萄糖转化率测算的葡萄糖转化率测算 1,3-丙二醇的成本丙二醇的成本，可以支撑降价后价格，可以支

38、撑降价后价格。葡萄糖市场价格为 3000 元/吨，杜邦工艺中，摩尔转化率可以达到 1.2mol/mol 葡萄糖，转化为质量换算关系，每生产 1 吨 1,3-丙二醇，需要 1.97 吨葡萄糖，即生产每吨 1,3-丙二醇所需葡萄糖成本为 5918 元。假设杜邦法直接材料葡萄糖成本占总成本 60%，则对应总成本 9864 元/吨。与 1,3-丙二醇市场价 18000 元/吨相比，毛利率可达到 45%。对应降价后 1,3-丙二醇价格 12000 元/吨，仍有 18%毛利空间。在杜邦方法的基础上，若 1,3-丙二醇在国内厂家的努力下技术有所突破，成本可能进一步降低，则毛利空间支撑将更强。 表表 7：杜邦

39、工艺成本毛利率测算：杜邦工艺成本毛利率测算 单价（元单价（元/吨）吨） 每吨每吨 1,3-丙二醇所需量（吨）丙二醇所需量（吨） 每吨每吨 1,3-丙二醇所需成本丙二醇所需成本 葡萄糖 3000 1.97 5910 直接材料葡萄糖成本占 总成本 9864 1,3-丙二醇价格18000/吨 毛利率 45% 1,3-丙二醇价格13000/吨 毛利率 18% 资料来源：WIND、招商证券 备注：招商证券测算，与实际情况可能存在偏差 杜邦工艺仍有成本优化空间。杜邦工艺仍有成本优化空间。杜邦工艺中向大肠杆菌中转入克雷伯氏菌的五个基因（dhaB1、dhaB2、dhaB3、dhaBX和 orfX），实际反应途

40、径仍是“甘油3-羟基丙酮1,3-丙二醇”，辅酶 B12 在此反应中是甘油脱水酶发挥催化作用不可或缺的辅助成分， 在实际生产过程中， 需要额外添加价格较高的辅酶 B12。 因此杜邦工艺仍然存在成本优化空间，即继续优化代谢路径，避免辅酶 B12 的添加。 敬请阅读末页的重要说明 11 行业点评报告 三、三、国内国内外外合成生物学方式生产合成生物学方式生产 1,3-丙二醇的文献丙二醇的文献/专利技术总结对比专利技术总结对比 1、提高生产过程经济效益为主要目标，提高生产过程经济效益为主要目标，国内国内趋势从以甘油为底物研发为主向趋势从以甘油为底物研发为主向以以葡萄糖葡萄糖为底物发展为底物发展 目前通过

41、合成生物学方式生产 1,3-丙二醇的相关专利以提高经济效益，降低成本为目标。国内以清华大学清华大学专利储备最为丰富，主要以刘德华教授为首，自 2004 年至今发展了以甘油为底物的发酵途径，尤其是生物柴油副产物甘油等粗甘油的生物转化路径。除野生型克雷伯氏杆菌、柠檬酸菌属、肠杆菌属外，还研究了用酵母细胞、谷氨酸棒杆菌、重组克雷伯氏杆菌等菌株单产 1,3-丙二醇或联产 1,3-丙二醇与 2,3-丁二醇、1,3-丁二醇、PHB 等的方法。近年来在“利用重组谷氨酸棒杆菌联产 1，3-丙二醇和谷氨酸的方法”和“一种利用重组微生物发酵生产 1,3-丙二醇的方法”两项专利中开始探索使用葡萄糖为底物发酵生产 P

42、DO，前者底物为葡萄糖和甘油，后者单用葡萄糖，并且试图避开需要额外加入辅酶 B12 的路径进一步降本，但目前阶段三项指标总体仍达不到杜邦水平。 表表 8：清华大学合成生物学方法生产清华大学合成生物学方法生产 1,3-丙二醇专利丙二醇专利 专利公开号专利公开号 申请日期申请日期 专利名称专利名称 底物底物 菌株菌株 基因重组基因重组 作用作用 产品浓产品浓度度 g/L 转化率转化率 单位体积单位体积生产速率生产速率g/L/h CN112280723A 2019.07.23 联产 1,3-丙二醇和 1,3-丁二醇的重组菌及其应用 甘油 克雷伯氏菌杆菌 表达 phaA、phaB、bld和 yqhD

43、/ / 0.6g/g / CN108085288A 2017.12.22 一种利用重组微生物发酵生产 1,3-丙二醇的方法 葡萄糖 大肠杆菌/谷氨酸棒杆菌/枯草芽孢杆菌/酿酒酵母 过表达accBC、accDA，表达 mcr、pcs、 pduP、yqhD 无需添加B12 / 0.105g/g / CN105400831A 2015.12.07 利用重组谷氨酸棒杆菌联产 1，3-丙二醇和谷氨酸的方法 葡萄糖+甘油 谷氨酸棒杆菌 表达 1，3-丙二醇脱氢酶基因、1，2-丙二醇脱水酶及其激活因子基因/甘油脱水酶及其激活因子基因、敲除 ldhA 没有乳酸，丁二醇，丁二酸等副产物的产生 / 78% / C

44、N103740609A 2013.12.16 一株高产1,3-丙二醇的微生物 甘油 克雷伯氏菌杆菌 / / 100 / / CN102250968A 2011.07.15 一种发酵生产 1,3-丙二醇的方法 甘油 克雷伯氏菌杆菌 / / 24.53 0.491g/g 1.02 CN102199570A 2011.03.22 构建基因工程菌以增强微生物发酵甘油产 1,3-丙二醇的方法 粗甘油/纯甘油 PDO 野生型菌株 （克雷伯氏菌属、 柠檬酸菌属、 肠杆菌属） 过表达苹果酸酶基因 / 106.01 0.428g/g 2.21 敬请阅读末页的重要说明 12 行业点评报告 专利公开号专利公开号 申

45、请日期申请日期 专利名称专利名称 底物底物 菌株菌株 基因重组基因重组 作用作用 产品浓产品浓度度 g/L 转化率转化率 单位体积单位体积生产速率生产速率g/L/h CN101381696A 2008.06.05 构建基因工程菌增强 1，3丙二醇生产菌株抗逆性的方法 粗甘油/纯甘油 PDO 野生型菌株 （克雷伯氏菌属、 柠檬酸菌属、 肠杆菌属） 引入 -酮基乙酰辅酶 A硫解酶、NADPH 依赖型乙酰乙酰辅酶 A 还原酶、聚羟基脂肪酸合酶基因 提高对高甘油浓度和中间产物 3-羟基丙醇的抗逆性，联产 PDO和 PHB 67.05 / / CN101033171A 2007.04.16 一种发酵法生

46、产 1，3丙二醇的提取工艺 甘油 克雷伯氏菌杆菌 / / / / / CN100999742B 2007.01.09 一种发酵生产 1,3-丙二醇的高产工艺 / / / / / / / CN100999742A 2007.01.09 一种发酵生产 1，3丙二醇的高产工艺 甘油 克雷伯氏菌杆菌 / / / / / CN1763210A 2005.10.20 微生物好氧发酵生产1,3丙二醇的方法 甘油 克雷伯氏菌杆菌 / / 60-80 / / CN1710086A 2005.06.17 一种由粗淀粉原料生产1,3丙二醇和 2,3丁二醇的方法 粗淀粉 酵母细胞 / 同时产2,3-丁二醇 / / /

47、 CN1304582C 2005.06.10 一种外源添加反丁烯二酸促进微生物合成 1,3丙二醇的方法 甘油 克雷伯氏菌杆菌 / / 43.1 300.8mol/mol / CN1696297A 2005.06.03 利用生物柴油副产物甘油生产 1,3丙二醇的方法 粗甘油 PDO 野生型菌株 （克雷伯氏菌属、 柠檬酸菌属、 肠杆菌属） / / 64 0.51mol/mol 0.95 CN1696297A 2005.06.03 利用生物柴油副产物甘油生产 1,3丙二醇的方法 生物柴油副产物甘油 克雷伯氏杆菌/丁酸梭菌/巴斯德梭菌 / / 64 0.51mol/mol 0.95 CN1634823

48、A 2004.10.13 从发酵液中分离提取 1，3丙二醇及其副产物的方法 甘油 / / / / / / CN1570123A 2004.04.29 微生物两段发酵法由甘油生产 1，3丙二醇和2，3 丁二醇 甘油 克雷伯氏菌杆菌 / 同时产2,3-丁二醇 52.4 0.53mol/mol 0.77 资料来源：国家知识产权局、招商证券 敬请阅读末页的重要说明 13 行业点评报告 图图 12：以葡萄糖为底物全新代谢途径生产：以葡萄糖为底物全新代谢途径生产 1,3-丙二醇丙二醇 资料来源：一种利用重组微生物发酵生产 1,3-丙二醇的方法、招商证券 除去清华大学，通过专利检索我们查阅出北京化工大学，尔

49、康制药，江南大学均有以葡萄糖为原料合成生物学生产1,3-丙二醇的专利储备，其中北京化工大学以葡萄糖，甲醇/甲醛多底物进行反应，技术路径较有特色，同样避开了需要用辅酶 B12 的反应路径。 表表 9：以葡萄糖为底物合成以葡萄糖为底物合成 1,3-丙二醇的合成生物学相关专利丙二醇的合成生物学相关专利 申请申请机构机构 专利公开号专利公开号 申请日期申请日期 专利名称专利名称 底物底物 菌株菌株 基因重组基因重组 产品产品浓度浓度转化率转化率 单位单位体积体积北京化工大学 CN109609426A 2019.01.04 一种以甲醇/甲醛和葡萄糖为共底物生产 1,3-丙二醇的方法 葡萄糖、甲醇/甲醛、

50、 大肠杆菌 过表达甲醇脱氢酶、醛缩酶、2-氧代脱羧酶、1，3-丙二醇脱氢酶 / / / CN109370965A 2018.10.12 葡萄糖合成1,3-丙二醇的基因工程菌及其应用 葡萄糖 大肠杆菌/克雷伯菌 表达 scpA、scpB、 acuI-E 或acuI-K 和 Msed / / / 湖南尔康制药股份有限公司 CN108070622A 2016.11.11 一种生物发酵法制备1,3-丙二醇的方法 粗淀粉 酵母菌、克雷伯氏杆菌 / / / / 江南大学 CN101130782B 2007.07.23 以葡萄糖为底物产 1,3-丙二醇重组酿酒酵母的构建方法 葡萄糖 重组酿酒酵母 / / /