1、 敬请阅读末页的重要说明 证券研究报告|行业深度报告 2022 年 08 月 16 日 推荐推荐（维持）（维持）合成生物学系列报告：产品专题之（二）合成生物学系列报告：产品专题之（二）消费品/医药生物 本篇报告梳理了合成生物学技术在可降解塑料领域的应用前景及技术关键。本篇报告梳理了合成生物学技术在可降解塑料领域的应用前景及技术关键。通过对比可降解塑料的关键参数，综合比较性能、成本及降解过程指标，通过对比可降解塑料的关键参数，综合比较性能、成本及降解过程指标，合合成生物学角度成生物学角度我们认为我们认为 PLA、PBS、PHA 是三种有前景的可降解塑料。文中是三种有前景的可降解塑料。文中将并分别

2、梳理在解决将并分别梳理在解决 PLA、PBS、PHA 可降解塑料大规模推广应用过程中面可降解塑料大规模推广应用过程中面临的痛点问题时，合成生物学技术可以发挥的作用及各企业的技术关键对比。临的痛点问题时，合成生物学技术可以发挥的作用及各企业的技术关键对比。性能、成本、降解过程决定了合成生物学在可降解塑料领域的应用前景性能、成本、降解过程决定了合成生物学在可降解塑料领域的应用前景。全球塑料产量维持 3.6 亿吨以上，环保诉求下的政策导向不断推动传统塑料材料向可降解塑料转化，可降解塑料应用空间广阔，生物基可降解塑料是新的发展方向。产品性能决定不同种类塑料的适用范围，在产品性能可以满足需求的基础上，成

3、本是最重要的选择塑料种类判断指标，而降解过程可能成为未来政策导向的重要考虑因素。综合以上指标，PLA、PBS、PHA 是我们认为三种有应用前景的可降解塑料，合成生物学将分别为此三种可降解塑料材料在推广过程中产生的痛点问题提供解决思路和方向。PLA：合成生物学技术可以为以非粮原料合成乳酸提供探索方向。：合成生物学技术可以为以非粮原料合成乳酸提供探索方向。PLA 是目前应用相对较为广泛的生物基可降解塑料，其的大规模应用关键在于打通产业链释放产能和降低成本。国内企业打通产业链在丙交酯合成步骤相对受限（非合成生物学过程）。PLA 合成中以淀粉糖为原料乳酸合成步骤发展已经相对成熟，合成生物学技术在发挥空

4、间较小。但通过合成生物学技术探索可以秸秆等低价原料发酵生产乳酸并有望进一步降低生产成本，推进 PLA 的大规模应用。目前主要探索方向为通过合成生物学技术构建可以利用不同类型的糖并高效转化为乳酸的菌株。PBS：通过合成生物学技术可解决单体原料丁二酸的供给紧缺问题：通过合成生物学技术可解决单体原料丁二酸的供给紧缺问题。PBS 目前价格与 PLA 基本持平，未推广大规模应用的限制为其聚合单体丁二酸产能受限，传统石化法合成丁二酸高能耗无法新增产能，通过合成生物学方法生产丁二酸是未来新增产能的来源，并进一步释放 PBS 产能，推动 PBS 在可降解塑料领域的进一步应用。通过合成生物学技术综合考虑物质代谢

5、与能量代谢过程构建的丁二酸生产菌株在实际生产过程中已经体现出相较于化工法的成本优势。PHA：基于极端微生物的合成生物学技术可以降低关键环节的成本基于极端微生物的合成生物学技术可以降低关键环节的成本。PHA 本身为来源于生物的聚合材料，在材料本身性能、降解速率、生物相容性等方面有优势。PHA 材料本身经过数十年的发展，并未大规模应用的限制主要为生产成本过高。合成生物学技术在提高 PHA 产率，降低环境灭菌维持成本、降低 PHA 的提取成本上可发挥作用。在行业发展的最新动态中，拓展使用更低成本的底物和基于极端微生物底盘的“新一代工业生物技术”是新的发展方向，有望大幅降低成本。投资建议：投资建议：站

6、在合成生物学角度，PLA 材料领域，建议关注凯赛生物，金丹科技（化工组），海正生材（化工组），安徽丰原等。PBS 领域关注非上市公司山东兰典等。PHA 领域关注蓝晶微生物，微构工厂等。风险提示：风险提示：研发不及预期风险研发不及预期风险、产业化进程不及预期风险产业化进程不及预期风险、菌种泄密风险菌种泄密风险、伦理风险伦理风险、政策方向变动风险、政策方向变动风险。行业规模行业规模 占比%股票家数（只）421 8.9 总市值（亿元）65013 7.8 流通市值（亿元）50364 7.2 行业指数行业指数%1m 6m 12m 绝对表现-3.3 1.0-9.9 相对表现-1.9 10.0 5.5 资料

7、来源：公司数据、招商证券 相关相关报告报告 1、创新药系列报告（二）：海外临床篇FDA 审批新药标准下的中国创新药企临床策略与标的筛选2022-07-18 2、生物医药行业 2022 年中期投资策略-回归基本面，寻找性价比2022-06-27 3、创新药系列报告（一）：出海路径篇创新药系列报告框架与中国创新药企出海理想路径假设2022-06-24 孙炜孙炜 S02 焦玉鹏焦玉鹏 研究助理 -30-20-10010Aug/21Dec/21Apr/22Jul/22(%)医药生物沪深300合成生物学在可降解塑料领域的应用前景及技术关键合成生物学在可降解塑料领域的应用前景及技术关

8、键 敬请阅读末页的重要说明 2 行业深度报告 正文正文目录目录 一、性能、成本、降解过程决定了合成生物学在可降解塑料领域的应用前景.4 1、可降解塑料应用空间广阔，生物基可降解塑料更符合碳中和要求.4 2、产品性能、成本、降解过程决定了合成生物学在可降解塑料领域的应用前景.5 二、PLA：合成生物学技术可以为以非粮原料合成乳酸提供探索方向.6 1、乳酸单体的发酵过程相对较为成熟，通过合成生物学进一步突破空间较小.7 2、通过合成生物学技术探索以秸秆作为原料发酵生产乳酸的新发展方向.8 三、PBS：通过合成生物学技术可解决单体原料丁二酸的供给紧缺问题.10 1、合成生物学方法合成丁二酸再聚合而成

9、的 PBS 属于生物基可降解塑料.11 2、菌株构建需要综合考虑物质代谢与能量代谢调控，合成生物学方法相较于化工法已显成本优势.11 四、PHA：基于极端微生物的合成生物学技术可以降低关键环节的成本.13 1、PHA 本身为生物基聚合物材料、生产成本是推进大规模应用的决定因素.13 2、合成生物学技术可以在多个生产环节上降低 PHA 生产成本.14 3、商业化生产 PHA 各企业菌株对比，应用极端微生物为趋势.17 五、投资建议.18 六、风险提示.19 图表图表目录目录 图 1：全球塑料产量（单位：百万吨）.4 图 2：塑料分类-标准：单体来源、是否可降解.5 图 3：PLA，PBAT，PB

10、S，PCL 在不同水体中 364 d 后的分子量变化.6 图 4：合成生物学相关的乳酸合成步骤.7 图 5：纯糖与混合糖的乳酸菌菌株 P.acidilactici ZY271 作用过程.9 图 6：从秸秆到 L 乳酸的转化过程.9 图 7：由 P.acidilactici TY112 到 P.acidilactici ZY271 合成生物学改造过程.10 图 8：BioAmber 丁二酸代谢路径.11 图 9：Reverdia 丁二酸代谢路径.12 图 10：山东兰典丁二酸代谢途径.13 图 11：PHAs 结构通式.13 图 12：商业化 PHAs 对比.14 3X4WVWBUEWPU4WD

11、V9P9RbRnPmMnPsQiNnNuMeRmNrP8OqRsNNZrNmPuOrQrP 敬请阅读末页的重要说明 3 行业深度报告 图 13：降低 PHA 合成成本过程.15 图 14：PHAs 代谢路径.15 图 15：蓝晶微生物 PHBHHx 合成过程.16 图 16：微构工厂新一代工业技术平台.16 表 1：可降解塑料性能、价格对比.5 表 2：聚乳酸发酵菌种举例.7 表 3：国内现有/在建 PHA 产能.14 表 4：商业化生产 PHA.17 敬请阅读末页的重要说明 4 行业深度报告 一、一、性能、成本性能、成本、降解过程决定降解过程决定了了合成生物学在可降解塑料领域的应用前景合成生

12、物学在可降解塑料领域的应用前景 1、可降解塑料可降解塑料应用空间广阔，应用空间广阔，生物基可降解生物基可降解塑料更符合碳中和要求塑料更符合碳中和要求 可降解塑料指的是一类其制品的各项性能可满足使用要求，在保存期内性能不变，而使用后在自然环境条件下能降解成对环境无害的物质的塑料。可降解塑料应用空间广阔可降解塑料应用空间广阔，根据欧盟塑料制造商协会数据，2020 年全球塑料产量约为3.67 亿吨，5 年 CAGR 约为 2.7%。可降解塑料预计将可以取代塑料的大部分用途，持续推进可降解塑料应用的主要驱动为环境保护方面的需求，并且全球多个国家与地区进行政策导向的强制推行。在我国，可降解塑料主要下游主

13、要应用领域在薄膜与包装，例如外卖餐盒、快递包装、购物塑料袋、农膜等，行业规模目前约在数十万吨级别，正处于快速增长阶段。图图 1：全球塑料产量（单位：百万吨）：全球塑料产量（单位：百万吨）资料来源：欧盟塑料制造商协会、招商证券 可降解塑料根据聚合原料来源可进一步分为生物基可降解塑料与非生物基可降解塑料，生物基可降解塑料生物基可降解塑料实际上更符实际上更符合合碳中和要求碳中和要求。所谓生物基可降解塑料，是由来源于生物代谢过程的聚合单体聚合而成的可降解塑料，具体种类有PLA（聚乳酸）、PHA（聚羟基脂肪酸酯）、PBS（聚丁二酸丁二醇酯）、淀粉共聚物等。由于可降解材料最终的降解产物通常是二氧化碳和水，

14、因此可降解塑料最终是碳排放的过程，如果可降解塑料的材料来源来自于石油，是不符合“碳中和”理念的解决污染等问题的方式，塑料降解将加速碳排放。因此碳源来自于可再生能源的生物基可降解塑料在大趋势上更符合碳中和要求，从根本上解决塑料降解过程中的碳排放问题。生物基可降解塑料由于单体来源为生物代谢过程，因此会涉及到合成生物学的领域范畴，合成生物学在可降解塑料领域将发挥重要作用。敬请阅读末页的重要说明 5 行业深度报告 图图 2：塑料分类塑料分类-标准：单体来源、是否可降解标准：单体来源、是否可降解 资料来源：microbial biotechology、招商证券 2、产品性能、产品性能、成本、降解过程决定

15、了合成生物学在可降解塑料领域的应用前景成本、降解过程决定了合成生物学在可降解塑料领域的应用前景 在可降解塑料内部的种类选择上，产品性能、成本、降解过程产品性能、成本、降解过程是重要的因素。产品性能决定塑料种类适用的范围，在产品性能可以满足需求的基础上，成本是最重要的选择种类判断指标，而降解过程可能成为未来政策导向的重要考虑因素。目前我国应用最为广泛的可降解塑料为 PLA、PBAT，迅速发展的可降解塑料种类有 PBS（生物基）、PHA，其产品性能，价格及应用领域如下：表表 1：可降解塑料性能、价格对比：可降解塑料性能、价格对比 PLA PBAT PBS PHA 耐热性 熔点/177-180 11

16、0-120 114 180 分解温度/300 280 400 195 玻璃化温度/60-30-32-60 力学性能 拉伸性能 好 好 好 好 拉伸强度/Mpa 45 20-30 33 30 延伸率/%3 820 400 10 杨氏模量/GPa 34 1.5 0.20.5 0.51.5 抗冲击性能 一般 一般 好 好 其他 水汽阻隔性 一般 差 较好 氧气阻隔性 一般 差 较好 降解速度 适中 适中 快 快 主要应用场景 包装、地膜、服装等 农膜、垃圾袋、包装袋、一次性餐具 农膜、垃圾袋、包装袋、一次性餐具 医疗、包装、化妆品 商品化程度 较高 较高 中 中 价格区间（万元/24 23 23 6

17、7 资料来源：化工新型材料、招商证券 敬请阅读末页的重要说明 6 行业深度报告 降解过程方面，PLA、PBAT、PBS、PHA 均为可生物降解塑料，但 PLA 与 PBAT 的降解环境要求更为严格，需要恒温恒湿工业堆肥条件才能完成较好的降解，在实际的应用场景中需要后续回收措施配合。PBS 与 PHA 可以由多种微生物产生的酶分解，降解条件更为温和，可以实现自然降解，同时 PHA 可以实现海洋降解，对缓解海洋污染情况意义更加重大（与之对比，PLA 在海水中难降解，与传统 PE 塑料无异，PBAT，PBS 在海洋中降解速度缓慢）。欧盟计划于 2022 年出台针对可堆肥降解塑料的使用政策框架，对 P

18、BAT 等塑料的使用进行进一步讨论。由此观之，可降解塑料的降解过程对使用场景及政策导向起到一定影响。图图 3：PLA，PBAT，PBS，PCL 在不同水体中在不同水体中 364 d 后的分子量后的分子量变化变化 资料来源：功能高分子学报、招商证券 目前我国应用最为广泛的可降解塑料为 PLA 与 PBAT，PLA 现有产能约为 10 万吨，规划在建产能 120 万吨；PBAT现有产能 26 万吨，规划在建产能超过 700 万吨。PBS 未大规模应用的限制在于其原料丁二酸产能供给不足，传统石化法生产方式高能耗受限。PHA 未大规模应用的限制在于技术尚不够成熟，生产成本较高。合成生物学正在集中解决的

19、问题有进一步提高 PLA 生产效率，扩充 PBS 合成生物学方法产能，降低 PHA 生产成本，整体看合成生物学在可降解塑料领域的应用正处于快速发展阶段。下面将分别展开论述合成生物学在 PLA、PBS、PHA 三种可降解塑料领域应用的技术关键。二、二、PLA：合成生物学合成生物学技术技术可以为以非粮原料合成乳酸提供探索方向可以为以非粮原料合成乳酸提供探索方向 合成生物学在聚乳酸领域主要应用涉及对 L-乳酸单体的生产，以及原料利用方面（例如秸秆等原料）的拓展，主要目的为降低成本。聚乳酸的合成单体为乳酸，乳酸的来源可以有玉米淀粉等淀粉质或秸秆纤维素两种，在发酵生产乳酸及秸秆处理过程中分别会涉及到合成

20、生物学过程（下图中标红部分）。在乳酸单体合成聚乳酸的过程中，往往会首先经过乳酸寡聚，水解生成丙交酯，丙交酯开环聚合生成聚乳酸的过程，丙交酯的合成同样具有较高的壁垒，因不涉及合成生物学过程，此处不展开讨论。敬请阅读末页的重要说明 7 行业深度报告 图图 4：合成生物学相关的乳酸合成步骤：合成生物学相关的乳酸合成步骤 资料来源：丰原集团、招商证券 1、乳酸单体的发酵过程相对较为成熟，乳酸单体的发酵过程相对较为成熟，通过合成生物学进一步突破空间较小通过合成生物学进一步突破空间较小 全球来看，现有乳酸的海外产能基本集中在 Corbion-Purac，NatureWorks 手里。Corbion-Pur

21、ac 现有乳酸产能 28 万吨/年，配套 Total Corbion 7.5 万吨/年 PLA 产能，NatureWorks 现有乳酸产能 22 万吨/年，配套 15 万吨/年的聚 PLA产能。海外乳酸-聚乳酸一体化公司是主要形式，国内乳酸主要生产企业为金丹科技，年产能 12.8 万吨，暂时未有 PLA生产，浙江海正现有 4.5 万吨/年 PLA 产能，暂时未有乳酸产能。丰原集团现有 0.5 万吨/年乳酸产能，丰原福泰来有3 万吨/年的 PLA 产能，安徽丰原是目前国内第一家打通产业链一体化的公司。未来的产能规划上，丰原生物规划 60万吨/年 PLA 产能，山东同邦新材料规划 30 万吨/年乳

22、酸产能，20 万吨/年 PLA 产能。万华化学丙交酯同样推进至中试实验阶段 在乳酸的发酵生产上，菌株选择可以有乳酸菌，米根霉，酵母，大肠杆菌等。在实际生产过程中，诱导突变与通过合成生物学方法进行菌株的改造均是常见的方案，产量、产率与纯度为可以体现差异化的指标，但通过合成生物学等方通过合成生物学等方法进一步突破的空间不大法进一步突破的空间不大。表表 2：聚乳酸发酵菌种举例聚乳酸发酵菌种举例 菌株菌株种类种类 改造后菌种改造后菌种 改造方式改造方式 产量（产量（g/L）产率产率（g/(L h)）发酵时间发酵时间（h）乳酸纯度乳酸纯度（%）乳酸菌 Lb.caseiCICC6028 突变菌株 氮离子注

23、入突变 136 Lb.delbrueckii 紫外诱变 90 2.25 Lb.lactis BME5-18M 紫外诱变 98.6 1.76 60 Lb.rhamnosus ATCC 11443 突变菌株 基因组重排 5.77 米根霉 Rhizopus sp.MK-96-1196 1-甲基 3-硝基-1-亚硝基胍(NTG)诱变 90 R.oryzae PW352 RE3303/RF9052 突变株 氮离子注入突变 米根霉 HZS6 适应性选择 敬请阅读末页的重要说明 8 行业深度报告 菌株菌株种类种类 改造后菌种改造后菌种 改造方式改造方式 产量（产量（g/L）产率产率（g/(L h)）发酵时间

24、发酵时间（h）乳酸纯度乳酸纯度（%）R.oryzae R1021 紫外线、硫酸二乙酯和Co60 诱变处理 79.4 1.32 60 99.05 酵母 双突变菌株 牛 L-LDH 替换酿酒酵母中的丙酮酸脱羧化酶(PDC1)和乙醇脱氢酶(ADH1)博伊丁假丝酵母 Candida 破坏丙酮酸脱 1(PDC1)85.9 1.79 48 假丝酵母 Candida sonorensis 突变菌株 加入来源于瑞士乳杆菌 L-乳酸脱氢酶的基因 92 木兰假丝酵母 Candida magnolia-2 通过质粒加入来源于米根霉As3.819 的乳酸脱氢酶编码基因(ldhA)大肠杆菌 E.coli SDU4 10

25、0 E.coli JH12 将来源于乳酸片球菌Pediococcus acidilactici 的 L-乳酸脱氢酶基因导入大肠杆菌 34.73 0.6 36 98 E.coli CICIM B0013-090B 基因重组转入凝结芽孢杆菌的乳酸脱氢酶基因 132.4 4.9 27 99.95 资料来源：基因工程菌发酵生产 L-乳酸研究进展、招商证券 2、通过合成生物学技术探索以秸秆作为原料发酵生产乳酸通过合成生物学技术探索以秸秆作为原料发酵生产乳酸的的新发展方向新发展方向 合成生物学技术在聚乳酸产业链中合成生物学技术在聚乳酸产业链中未来未来可以可以发力发力探索的点为探索的点为非粮原料的利用，如秸

26、秆等非粮原料的利用，如秸秆等以追求成本的降低以追求成本的降低。我国乡村每年有 20 亿吨秸秆及农林废弃物等生物质资源，秸秆制糖生产 PLA 是秸秆高效利用中推进较快的项目。站在 PLA产业链角度，秸秆制糖制取 PLA 的大力推进的前提是全成本端测算低于以淀粉为原料成本。目前难点则在于秸秆等成分相对较为复杂，含有木质素等抑制性物质，去除效率较低，同时其中糖分成分相对复杂。抑制物质的去除可以借助发酵过程，同时可以以合成生物学方式构造糖同化发酵产乳酸的菌种来完成乳酸的生产。目前有通过秸秆制备乳酸技术储备的公司有凯赛生物，安徽丰原，浙江友诚等。凯赛生物与华东理工大学、瑞典德隆大学合作；安徽丰原与比利时

27、格拉特合作，浙江友诚技术来源为在 2017 年完成的对德国 BluCon Biotech GmbH 公司的“第三代乳酸技术”专利技术和研发团队的整体收购。以凯赛生物技术为例，根据其发表在 iotechnology and Bioengineering 期刊上的文章，小麦秸秆首先经过酸处理水解半纤维素，进一步在 A.resinae ZN1 真菌作用下，选择性的将抑制物质转化为二氧化碳、水、呋喃醛（糠醛和 HMF），经过处理的秸秆成本中弱有机酸（乙酸）含量几乎为 0，酚醛同样被分解为微量。有颜色的酚类物质在脱色步骤被清除。去除抑制物质后的混合物主要成分为糖，使用工程化乳酸菌菌株 P.acidila

28、ctici ZY271 将行使将多种糖转化为 L乳酸的过程，通过合成生物学过程改造后的 P.acidilactici ZY271 具备高度糖同化功能，可以将木糖、阿拉伯糖、甘露糖与半乳糖等均有效同化为 L-乳酸，混合纯糖与秸秆处理过程的 L-乳酸转化情况相似。敬请阅读末页的重要说明 9 行业深度报告 图图 5：纯糖与混合糖的：纯糖与混合糖的乳酸菌菌株乳酸菌菌株 P.acidilactici ZY271 作用过程作用过程 资料来源：iotechnology and Bioengineering、招商证券 在秸秆转化为乳酸的全流程图中，100 公斤干小麦秸秆可以生产 61.4 公斤 L 乳酸钙，对

29、应 50.7 公斤 L 乳酸。小麦秸秆中多糖（纤维素、木聚糖、甘露聚糖、阿拉伯聚糖、半乳糖聚糖）的总 L 乳酸产量为理论值的 69.9%，即 1kg 小麦秸中的糖类可产生 0.70kg L 乳酸，实际 L-乳酸生成量和理论 L-乳酸生成量计算得出的 L-乳酸产率为 86.5%。并以此为原料合成的 L-丙交酯手性纯度可以达到 99.0%。项目整体在推进中试实验。图图 6：从秸秆到：从秸秆到 L 乳酸的转化过程乳酸的转化过程 资料来源：iotechnology and Bioengineering、招商证券 敬请阅读末页的重要说明 10 行业深度报告 根据相关专利一种共发酵葡萄糖和木糖生产 L-乳

30、酸的乳酸片球菌构建方法，P.acidilactici ZY271 菌株在 P.acidilactici TY112 的基础上构建：1）将携带木糖异构酶(xylA)和木酮糖激酶(xylB)的表达质粒重组带菌 P.acidilactici TY112 中得到 P.acidilactici TY112(pMG36e-PldhD_xylAB_2911)，其可利用木糖进行生长和 L-乳酸生产，但同时产生了大量副产物乙酸，2）：通过同源重组敲除 P.acidilactici TY112 基因组上的磷酸转酮酶基因 pkt，以阻断 PK 路径从而减少副产物乙酸生成，得到的工程菌株 P.acidilactici

31、 TY112-pkt，3）通过同源重组将异源的转酮醇酶基因(tkt)和转醛醇酶基因(tal)整合至步骤 2）中敲除的 pkt 基因位点处，使菌株通过 PP 路径代谢木糖，得到的工程菌株为 P.acidilactici TY112-pkt:(tkt_tal)，4）在步骤 3）得到的菌株基础上，将步骤 1）中的 xylAB 表达框整合至乙酸激酶 ackA2 位点处，同时将 ackA2 进行插入失活，得到工程菌株 P.acidilactici TY112-pkt:(tkt_tal)-ackA2:xylAB。5）适应性进化加快木糖代谢：将步骤 4）得到的工程菌株，在木糖为唯一碳源的培养基中进行适应性进

32、化以提高木糖代谢能力。经过 66 次的连续转接(共驯化66 天)，得到的木糖发酵性能稳定的驯化菌株命名为 P.acidilactici ZY271。整体的代谢路径改造过程如下：图图 7：由：由 P.acidilactici TY112 到到 P.acidilactici ZY271 合成生物学改造过程合成生物学改造过程 资料来源：一种共发酵葡萄糖和木糖生产 L-乳酸的乳酸片球菌构建方法，招商证券 由此可见，通过合成生物学技术改造的菌株提高以秸秆为原料发酵生产 L 乳酸的糖利用率至关重要。同样合成生物学技术在 PLA 可降解塑料应用端能够提供的更大推动动能也体现在非粮原料的利用方面。三、三、PB

33、S：通过：通过合成生物学技术合成生物学技术可可解决单体原料丁二酸的供给紧缺问题解决单体原料丁二酸的供给紧缺问题 PBS 由丁二酸与丁二醇缩聚而成，具有性能上耐热性更佳，价格上与 PLA 基本持平，降解速率快的特点，是一种理想的可降解塑料材料。目前应用受限的主要原因是 PBS 实际生产产量供给不足，供给不足的原因是原料丁二酸供给受限。目前我国有 PBS 产线的企业有安庆和兴化工年产 1 万吨/年，蓝山屯河年产 0.8 万吨/年，窦氏化学 0.1 万吨/年（PBS 与 PBAT 产线可以转化，此处未考虑 PBAT 产能）。丁二酸现有产能有化工法飞扬化工 1 万吨/年，安庆和兴化工 0.5 万吨/年

34、，三信化工 0.5 万吨/年，宝鸡金宝玉 0.5 万吨/年，实际产量不足 1 万吨/年。合成生物学方法山东兰典产能 2 万吨/年，正在逐步扩产中，规划 30 万吨/年的产能。敬请阅读末页的重要说明 11 行业深度报告 1、合成生物学方法合成丁二酸再聚合而成的合成生物学方法合成丁二酸再聚合而成的 PBS 属于生物基可降解塑料属于生物基可降解塑料 化工法丁二酸化工法丁二酸新增新增产能受限，产能受限，合成生物学方法是未来方向。合成生物学方法是未来方向。丁二酸的传统化工合成方法有电化学法与顺酐加氢法，电化学法技术发展成熟，原理上通过电极阴极反应顺丁烯二酸酐完成加氢还原生成丁二酸，阳极反应水分子氧化生成

35、氧气。总反应即为顺丁烯二酸酐与水反应，生成丁二酸与氧气。电化学方法装置规模受限，且能耗过大，因此新增产能受阻。顺酐加氢法是指以顺丁烯二酸或顺丁烯二酸酐为原料，通常需要载有活性炭的镍或贵金属为催化剂，催化加氢得到丁二酸，反应温度需要 60-100。具有催化剂价格昂贵，过程中产生碳排放的问题，因此合成生物学方法是新增丁二酸产能的未来发展方向。化工法生产丁二酸再聚合而成的化工法生产丁二酸再聚合而成的 PBS 为非生物基可降解塑料，合成生物学方法合成为非生物基可降解塑料，合成生物学方法合成 PBS 为生物基可降解塑料，符为生物基可降解塑料，符合可降解塑料的大方向。合可降解塑料的大方向。如果通过化工法合

36、成丁二酸，再与化工法合成的丁二醇聚合而成的 PBS 属于非生物基可降解塑料范畴，最初原料为石油，而通过合成生物学方法合成的丁二酸，再与丁二醇聚合而成 PBS 则属于生物基可降解塑料，原料为葡萄糖等可再生资源，更进一步，丁二醇也可以由生物基丁二酸加氢而来，以合成完全生物来源的PBS 可降解塑料，更加符合碳中和的大方向。2、菌株构建需要菌株构建需要综合考虑综合考虑物质代谢与能量代谢调控，物质代谢与能量代谢调控，合成生物学方法合成生物学方法相较于化工法相较于化工法已已显显成本优势成本优势 通过合成生物学合成丁二酸海外有 BioAmber 方法与 Roquette（帝斯曼/Roquette）方法，国内

37、山东兰典技术较为成熟。丁二酸的天然代谢途径经过糖酵解-三羧酸循环过程，在菌株改造过程中，主要目的是抑制代谢过程中丙酮酸向非丁二酸途径的转化，以及构建相应的能量代谢调控过程。在 BioAmber 的改造路径中，底盘细胞选取东方伊萨酵母，首先敲低了丙酮酸向乙醇的转化途径，同时通过酶结构的改造/外源酶的引入加强了 TCA 还原途径中从丙酮酸到草酰乙酸再到苹果酸再到延胡索酸最终到琥珀酸的路径。同时在能量代谢调控方面抑制了 L-谷氨酰胺到 UTP 的转化，保证 NADH 供应。在产率方面，BioAmber 为 0.45 wt%；浓度为 48.2 g/L；产量为 0.97 g/Lh。图图 8：BioAmb

38、er 丁二酸代谢路径丁二酸代谢路径 资料来源：Google Patent、招商证券 备注：绿色箭头为 TCA 还原途径（厌氧 敬请阅读末页的重要说明 12 行业深度报告 过程），红色箭头为 TCA 氧化途径（需氧过程）在 Reverdia 的改造路径中，底盘细胞选取酿酒酵母，首先敲低了丙酮酸向乳酸的转化途径，同样通过外源酶基因的引入加强了 TCA 还原途径中从丙酮酸到草酰乙酸再到苹果酸再到延胡索酸最终到琥珀酸的路径。在能量代谢调控方面，上调氧化型谷胱甘肽到谷胱甘肽的反应过程，保证 NADH 的供应。在产率方面，Reverdia 为 0.69 wt%；浓度为43 g/L；产量分别为 0.45 g

39、/Lh。图图 9：Reverdia 丁二酸代谢路径丁二酸代谢路径 资料来源：Google Patent、招商证券 备注：绿色箭头为 TCA 还原途径（厌氧过程），红色箭头为 TCA 氧化途径（需氧过程）在山东兰典的改造路径中，底盘细胞选择大肠杆菌，首先敲低了丙酮酸向乳酸、甲酸、乙酸的转化途径，同时通过通过外源酶基因或酶结构改构的方式增强丙酮酸到草酰乙酸、异柠檬酸向乙醛酸和苹果酸的代谢过程。在物质代谢设计构建的基础上，通过研究丁二酸厌氧合成的能量代谢调控机制，可以得出葡萄糖厌氧生产丁二酸的理论转化率为 1.71 mol/mol。但通过糖酵解途径，大肠杆菌每代谢 1 mol 葡萄糖产生 2 mol

40、 NADH，而合成 1.71 mol 丁二酸需要 3.42 mol NADH，这导致 NADH 供给量与需求量之间的不平衡。为解决这个问题，需要设计一种新的还原力供给模式，用 C5磷酸戊糖途径替代 C6 糖酵解途径，并结合转氢酶，将 1 mol 葡萄糖代谢产生的 NADH 从 2 mol 提高到 3.67 mol，满足了丁二酸最大转化率的还原力要求。2015 年，山东兰典独家买断中科院天津工业研究所菌种专利技术 20 年使用权，在产业化生产中将糖酸转化率提高至 1.02 g/g（高于 Reverdia 与 BioAmber），成本与传统石化路线相比降低了成本与传统石化路线相比降低了20%。山东

41、兰典丁二酸产线 2019 年底投产，目前产能达到 2 万吨/年，正在开启新一轮的扩产能周期，将现有生产装置扩产至 5 万吨/年。同时已计划新立项 20 万吨/年，项目分两期建设，每期 10 万吨/年，节奏上预计 2024 年完成建设。届时如满产将达到产能 30 万吨/年。敬请阅读末页的重要说明 13 行业深度报告 图图 10：山东兰典丁二酸代谢途径：山东兰典丁二酸代谢途径 资料来源：生产丁二酸的重组大肠杆菌及其应用、招商证券 备注：绿色箭头为 TCA 还原途径（厌氧过程），红色箭头为 TCA 氧化途径（需氧过程）四、四、PHA：基于极端微生物的基于极端微生物的合成生物学技术合成生物学技术可以可

42、以降低降低关键环节的关键环节的成本成本 1、PHA 本身为生物基聚合物材料、本身为生物基聚合物材料、生产成本生产成本是是推进大规模推进大规模应用应用的决定的决定因素因素 PHA（聚羟基脂肪酸酯）本身即是生物基材料，自然界中多种细菌如 Cupriavidus、Pseudomonas、Alcaligenes、Bacillus、Aeromonas 等均可以在碳源充足但生长受限（缺少氮或磷等生长必需元素）的条件下合成 PHAs。PHAs具有相同的结构通式，分子量在几万到几百万不等，根据聚合单体的区别，PHAs 可以有更细致的结构及名称区分，例如聚 3 羟基戊酸（poly-3-hydroxyvalera

43、te/P(3HV)）、聚 3 羟基己酸（poly-3-hydroxyhexanoate/P(3HHx)）、聚3 羟基癸酸（poly-3-hydroxydacnotae/P(3HD)）等，迄今为止，已有 150 多种 PHAs 单体被确认。图图 11：PHAs 结构通式结构通式 资料来源：应用与环境科学学报、招商证券 备注：其中 m=1、2、3、4、5，n 为聚合度，R 为可变基团，可以为饱和或不饱和、直链或侧链及取代基的脂肪族或芳香族基团 PHAs 材料可以按照单体碳链的长度分为两大类：1）PHB 等短链 PHAs（short-chain-length，sclPHA），其单体由3-5 个碳原子

44、组成，2）PHO（poly-hydroxyoctanoate）等中链 PHAs（medium-chain-length，mclPHA），其单体由6-14 个碳原子组成。通常一种微生物只合成上述一种类型的 PHAs，因为 PHAs 聚合酶只偏好 scl-羟酰基辅酶 A 和mcl-羟酰基辅酶中的一种作为底物。性能上 Scl-PHAs 通常是具有高结晶度和硬质热塑性的材料，而 mcl-PHA 是更加具有柔韧性的类似橡胶的聚合物。同时具有短链和长链单体的共聚 PHAs 会拥有更加“折中”的材料特性。敬请阅读末页的重要说明 14 行业深度报告 PHA 系列材料发展至今，商业化应用的具体分子有 PHB（聚

45、 3-羟基丁酸脂）、PHBV（3-羟基丁酸和 3-羟基戊酸的共聚物）、PHBHHx（3-羟基丁酸和 3-羟基己酸共聚物）、P3HB4HB（3-羟基丁酸和 4-羟基丁酸共聚物）四种。PHB与 PHBV 为早期应用的两种材料，性能上仍有不足，PHBHHx 与 P3HB4HB 为更新的材料，应用领域更加广泛。图图 12：商业化：商业化 PHAs 对比对比 资料来源：微构工厂、招商证券 目前国内 PHA 产能不到 2 万吨/年，PHA 生产类型以 P3HB4HB 和 PHBHHx 为主，主要企业有天津国韵生物，珠海麦得发，深圳意可曼，北京蓝晶微生物与北京微构工厂。其现有产能与生产 PHA 类型如下：表

46、表 3：国内现有国内现有/在建在建 PHA 产能产能 生产企业生产企业 成立时间成立时间 PHA 类型类型 现有现有/在建产能在建产能（吨（吨/年）年）天津国韵 2008 P3HB4HB 10000 深圳意可曼 2008 P3HB4HB 5000 北京蓝晶微生物 2016 PHBHHx 5000 珠海麦得发 2019 P3HB4HB 100 北京微构工厂 2021 多类型 1000 资料来源：公司官网，环评报告、招商证券 全球来看，美国企业 Danimer Scientific 现有产能 1 万吨/年，正在建设 10 万吨/年产能，PHA 全球现有的存量应用市场体量并不大。PHA 在材料本身性

47、能以及降解性上相对其他可降解塑料材料具备优势，但高昂生产成本决定了其较高的售价，目前 PHA 市场售价约为 5-7 万元/吨，远高于 PBS，PLA 等可降解塑料。因此降低 PHA 全流程的生产成本是决定其未来应用空间的关键。2、合成生物学合成生物学技术可以技术可以在多个生产环节上降低在多个生产环节上降低 PHA 生产生产成本成本 PHA 的全生产流程由原料投入，微生物发酵生产，PHA 分离提纯构成。对应的成本项目分别为原料成本，发酵过程中的灭菌环境维持，PHA 提取成本等，可以降低成本的点在于：1）通过合成生物学过程对菌株进行改造，改变其利用原料种类及效率，提高 PHA 产率，2）优化发酵过

48、程，进行混合菌发酵，3）底盘细胞采用极端菌种，降低灭菌环境维持成本，同时由于 PHA 为胞内物质（非分泌性），因此需要兼顾考虑提取成本。敬请阅读末页的重要说明 15 行业深度报告 图图 13：降低：降低 PHA 合成成本过程合成成本过程 资料来源：应用与环境生物学报、招商证券 与合成生物学技术更为相关的降低成本的操作有改变利用更低成本的底物种类、增强 PHAs 合成的核糖体结合位点优化和启动子工程、进行旁支通路抑制、改造细胞形态（较小的细胞只能提供有限的 PHAs 积累空间，增大细胞体积可以提高 PHAs 的积累）等。改变代谢路径以利用更低成本的底物利用更低成本的底物，以极端菌种作为底盘细胞降

49、低维持发酵灭菌环境的成本降低维持发酵灭菌环境的成本是两个重点方向。在天然的代谢通路中，微生物合成 PHAs 可分为两个步骤，首先通过固有碳源代谢路径将结构相关或无关的碳源转化为各种羟酰基辅酶 A，然后 PHAs 聚合酶催化羟酰基辅酶 A 的聚合反应合成 PHAs。合成不同类型的羟酰基辅酶 A 经过的代谢路径各不相同，总体来说起始原料可以有葡萄糖或脂肪酸。图图 14：PHAs 代谢路径代谢路径 敬请阅读末页的重要说明 16 行业深度报告 资料来源：应用与环境生物学报、招商证券 根据蓝晶微生物年产 25000 吨生物降解新材料聚羟基脂肪酸酯(PHA)产业化项目（一期产能 5000 吨/年）环评报告

50、，蓝晶微生物合成 PHBHHx 走脂肪酸途径，但为菌体提供原料为价格更为低廉的棕榈油，由此可以降低原料成本，同时油脂碳氢比与产物碳氢比更加相符，是其降成本步骤的一项。图图 15：蓝晶微生物：蓝晶微生物 PHBHHx 合成过程合成过程 资料来源：环评报告、招商证券 同时微构工厂与蓝晶微生物均有极端微生物底盘，微构工厂基于嗜盐菌开发多种类 PHA 的合成平台。传统发酵过程中“染菌”的问题会给发酵过程带来极大的经济损失，因此，在发酵流程中需要利用高温高压蒸气对整个发酵设备进行彻底灭菌，是发酵工程中的能耗大户。微构工厂基于盐单胞菌菌株底盘，耐高渗、耐高碱，同时还能够实现快速生长，而在此环境下杂菌则无法

51、生长，由此可以构建开放培养过程，节约灭菌过程带来的成本。基于此，微构工厂提出“下一代工业生物技术”平台，可以合成多种 PHA 材料。图图 16：微构工厂新一代工业技术平台：微构工厂新一代工业技术平台 敬请阅读末页的重要说明 17 行业深度报告 资料来源：Trends in Biotechnology、招商证券 3、商业化生产商业化生产 PHA 各各企业菌株对比企业菌株对比，应用极端微生物为趋势应用极端微生物为趋势 对全球范围内商业化生产PHA的企业进行对比，可以看到PHBHHx与P3HB4HB为主要生产材料。在菌株选择方面，极端微生物是降低成本的大前提下发展趋势。表表 4：商业化生产商业化生产

52、 PHA 公司公司 地区地区 PHA 类型类型 菌株菌株 规划产能（吨规划产能（吨/年）年）Go!PHA 荷兰 所有类型 未知 微构工场 中国 所有类型 Halomonas spp.(高盐浓度和碱性 pH 下快速生长的能力的嗜盐菌)10000 麦得发 中国 P3HB4HB Halomonas spp.(嗜盐菌)100 中粮集团 中国 PHB Halomonas spp.(嗜盐菌)1000 蓝晶微生物 中国 PHBHHx Ralstonia eutropha and 嗜盐菌 25000 天安生物材料 中国 PHBV R.eutropha 2000 格林百奥 中国 P3HB4HB Escheric

53、hia coli 10000 意可曼 中国 P3HB4HB E.coli 10000 RWDC 新加坡，美国 PHBHHx R.eutropha 未知 Danimer Scientific 美国 PHBHHx R.eutropha 10000 Newlight 美国 PHB 可利用温室气体的海洋微生物 未知 Full Cycle 美国 PHA 非基因修饰细菌 未知 Metabolix 美国 P3HB4HB E.coli 5000 BOSK Bioproducts 加拿大 PHA 未知 Genecis 加拿大 PHBV 未知 TerraVerdae Bioworks 加拿大 PHA 未知 Kan

54、eka 日本 PHBHHx R.eutropha 5000 Nafigate 法国 PHB 未知 CJ 韩国 P3HB4HB E.coli 未知 Helian Polymers 荷兰 PHB/PHBV 非基因修饰细菌 未知 Biocycle 巴西 PHB Bacillus spp.100 Biomer 德国 PHB Alcaligenes latus 未知 Bioextrax 瑞典 PHA 未知 SABIO srl 意大利 PHA 未知 资料来源：Trends in Biotechnology、招商证券 敬请阅读末页的重要说明 18 行业深度报告 五、五、投资建议投资建议 我们认为可降解塑料未

55、来替代传统塑料具有极大的发展空间，生物基可降解塑料更符合碳中和大方向，具体生物基可降解塑料材料建议关注 PLA，PBS，PHA。站在合成生物学角度，对于 PLA 材料，合成生物学技术可以为以非粮原料合成聚乳酸提供探索方向；对于 PBS 材料，通过合成生物学技术可解决单体原料丁二酸的供给紧缺问题；对于 PHA材料，基于极端微生物的合成生物学技术可以降低关键环节的成本。站在合成生物学角度，PLA 材料领域，建议关注凯赛生物，金丹科技，海正生材，安徽丰原等。PBS 领域关注非上市公司山东兰典等。PHA 领域关注非上市公司蓝晶微生物、微构工厂等。敬请阅读末页的重要说明 19 行业深度报告 六、六、风风

56、险提示险提示 研发不及预期风险：研发不及预期风险：合成生物学为新兴发展学科，以合成生物学方法进行菌种开发具有一定不确定性，若研发不及预期，将对相关企业造成一定风险。产业化进程不及预期风险：产业化进程不及预期风险：在完成基础开发后，产业化能力是决定产品能否推向大规模应用的关键，若产业化进程不及预期，则将对企业造成一定风险。菌种泄密风险：菌种泄密风险：若产业化菌株研发成功后发生菌种泄密，将对具体企业造成一定风险。伦理风险：伦理风险：合成生物学技术涉及基因编辑等手段，因此涉及一定程度的伦理风险。政策方向变化风险：政策方向变化风险：可降解塑料领域受到政策驱动，若政策方向有变化，可能对行业造成一定影响。

57、敬请阅读末页的重要说明 20 行业深度报告 分析师分析师承诺承诺 负责本研究报告的每一位证券分析师，在此申明，本报告清晰、准确地反映了分析师本人的研究观点。本人薪酬的任何部分过去不曾与、现在不与，未来也将不会与本报告中的具体推荐或观点直接或间接相关。孙 炜 生物医药行业首席分析师 复旦大学金融学硕士，6 年卖方研究经验，3 年医疗咨询和 PE 投资经历。2020 年 2 月加入招商证券，曾先后在国金证券、康桥资本担任分析师。焦玉鹏 生物医药行业研究助理 复旦大学理学学士，有机化学硕士，2021 年 7 月加入招商证券。评级评级说明说明 报告中所涉及的投资评级采用相对评级体系，基于报告发布日后

58、6-12 个月内公司股价（或行业指数）相对同期当地市场基准指数的市场表现预期。其中，A 股市场以沪深 300 指数为基准；香港市场以恒生指数为基准；美国市场以标普 500 指数为基准。具体标准如下：股票股票评级评级 强烈推荐：预期公司股价涨幅超越基准指数 20%以上 增持：预期公司股价涨幅超越基准指数 5-20%之间 中性：预期公司股价变动幅度相对基准指数介于 5%之间 减持：预期公司股价表现弱于基准指数 5%以上 行业评级行业评级 推荐：行业基本面向好，预期行业指数超越基准指数 中性：行业基本面稳定，预期行业指数跟随基准指数 回避：行业基本面转弱，预期行业指数弱于基准指数 重要重要声明声明

59、本报告由招商证券股份有限公司（以下简称“本公司”）编制。本公司具有中国证监会许可的证券投资咨询业务资格。本报告基于合法取得的信息，但本公司对这些信息的准确性和完整性不作任何保证。本报告所包含的分析基于各种假设，不同假设可能导致分析结果出现重大不同。报告中的内容和意见仅供参考，并不构成对所述证券买卖的出价，在任何情况下，本报告中的信息或所表述的意见并不构成对任何人的投资建议。除法律或规则规定必须承担的责任外，本公司及其雇员不对使用本报告及其内容所引发的任何直接或间接损失负任何责任。本公司或关联机构可能会持有报告中所提到的公司所发行的证券头寸并进行交易，还可能为这些公司提供或争取提供投资银行业务服务。客户应当考虑到本公司可能存在可能影响本报告客观性的利益冲突。本报告版权归本公司所有。本公司保留所有权利。未经本公司事先书面许可，任何机构和个人均不得以任何形式翻版、复制、引用或转载，否则，本公司将保留随时追究其法律责任的权利。