醫(yī)藥生物行業(yè)合成生物學系列報告產品專題之一13丙二醇通過合成生物學降本是打開下游巨大空間的有效路徑2022011820

證券研究報告

|

行業(yè)點評報告

2022

年

01

月

18

日限制了

1,3-丙二醇本身的市場。進一步拆解發(fā)現

1,3-丙二醇的價格為

PTT

纖維主要彈性成本項目，若

1,3-丙二醇價格的下降使

PTT

纖維價格具備經濟性，將打開下游PTT

纖維的市場并拉動

1,3-丙二醇本身的應用空間。最后提出合成生物學生產方式是降低

1,3-丙二醇的生產成本的有效路徑。合成生物學方法中，葡萄糖法成本優(yōu)勢高于甘油法，未來發(fā)展趨勢將是在葡萄糖法基礎上進一步優(yōu)化成本，形成

PTT

纖維降價后更強的毛利空間支撐。?1,3-丙二醇價格下降將拉動其下游

PTT

纖維打開市場，進而打開

1,3-丙二醇本身的市場應用空間。

1,3-丙二醇市場需求的

70%由下游

PTT

纖維拉動。

PTT

纖維的性能優(yōu)于

PET、PBT、PA6\PA66

纖維，但受制于價格較高難以打開大規(guī)模應用市場。1,3-丙二醇價格為

PTT

纖維主要彈性成本項目，因此

1,3-丙二醇價格下降是推動下游

PTT

纖維放量的關鍵因素。根據我們測算，若

1,3-丙二醇價格下降至12000

元/噸，PTT

纖維價格有望下降至與錦綸相當，假設可以替代

8-10%聚酯纖維市場用量，則對應

156-196

萬噸

1,3-丙二醇量需求，187-235

億市場規(guī)模。????合成生物學生產方式是降低

1,3-丙二醇生產成本的有效路徑。國際上石化法生產1,3-丙二醇由于不具備成本優(yōu)勢已被淘汰，工業(yè)化落地的合成生物學方式生產有兩類路徑：1）以葡萄糖為原料底物的杜邦工藝，2）以甘油為原料底物的蘇州蘇震/清華大學、美景榮/華東理工大學工藝。以合成生物學方法合成

1,3-丙二醇的經濟效益判斷主要涉及：1）產品濃度（g/L），2）單位體積生產速率（g/L/h），3）摩爾轉化率（mol/mol）三個指標，同時需要考慮原料底物的價格。從當前工業(yè)化生產看，以葡萄糖為底物的杜邦工藝路徑在經濟效益上要優(yōu)于以甘油為底物的工藝路徑，主要原因在于菌株內甘油代謝路徑本身的理論轉化率存在上限。根據測算，杜邦工藝生產

1,3-丙二醇可能足夠支撐降價后價格，且仍有成本優(yōu)化空間。若國內企業(yè)工藝進一步突破，將形成更強的毛利空間支撐。國內外合成生物學方式生產

1,3-丙二醇的文獻/專利對比。通過合成生物學方式生產

1,3-丙二醇的主要目標是提高生產過程的經濟效益。國內：發(fā)展趨勢從以甘油為底物研發(fā)為主向以葡萄糖為底物方向發(fā)展；海外：研發(fā)過程已經經歷了集中改造以甘油為底物的菌株的階段，當前思路更集中于設計新的代謝路徑，進而改進杜邦工藝路線中需要額外添加輔酶

B12

的問題。A

股相關標的及投資建議。以合成生物學方法進行

1,3-丙二醇生產的上市公司有東方盛虹下屬子公司蘇州蘇震生物科技有限公司。華恒生物公告設立合資公司“禮合生物材料科技有限公司”，擬主營業(yè)務生物基產品（如

1,3-丙二醇產品等）技術的研究和開發(fā)。我們看好通過合成生物學手段降低

1,3-丙二醇生產成本（尤指在杜邦工藝上做進一步突破），進而降低下游

PTT

纖維價格，最終拉動下游市場需求，帶來

1,3-丙二醇市場空間的大幅提升，此領域建議重點關注。風險提示：研發(fā)不及預期風險；產業(yè)化進程不及預期風險；生物安全風險；

菌種泄密風險；倫理風險等。敬請閱讀末頁的重要說明推薦（維持）消費品/醫(yī)藥生物行業(yè)規(guī)模占比%

39477821594068.68.78.1股票家數（只）總市值（億元）流通市值（億元）行業(yè)指數%絕對表現相對表現

1m

6.710.56m-1.64.812m15.027.6資料來源：公司數據、招商證券《相關報告

1、

合成生物學行業(yè)深度_顛覆傳統(tǒng)，

造物致用》2021-12-27許菲菲

S1090520040003

xufeifei@

30

20

10

0-10-20

Jan/21May/21Aug/21Dec/21(%)醫(yī)藥生物滬深300

1,3-丙二醇：

通過合成生物學降本是打開下游巨大空間的有效路徑合成生物學系列報告：產品專題之（一）本篇報告首先分析了

1,3-丙二醇的最主要的下游應用

PTT

纖維的市場現狀，PTT纖維性能好于其他聚酯纖維，但較高的價格限制了

PTT

纖維的大規(guī)模應用，并由此敬請閱讀末頁的重要說明2

行業(yè)點評報告

正文目錄一、

1,3-丙二醇價格下降將拉動其下游

PTT

纖維打開市場，進而打開

1,3-丙二醇本身的市場應用空間。...............

41、

1,3-丙二醇市場需求主要由下游

PTT

纖維拉動，PTT

纖維性能優(yōu)于其他聚酯纖維.............................................

42、

PTT

纖維價格高昂難以打開市場，受制于原料

1,3-丙二醇的價格居高不下........................................................

53、

若

1,3-丙二醇價格下降使

PTT

纖維價格具備經濟性，將打開

1,3-丙二醇市場空間

............................................

6二、

合成生物學生產方式是降低

1,3-丙二醇生產成本的有效路徑

............................................................................

71、

國際上石化法生產

1,3-丙二醇已被淘汰，合成生物學方式生產有兩類路徑

........................................................

72、

以葡萄糖為為原料的合成生物學生產方式（杜邦法）更具成本優(yōu)勢...................................................................

93、

根據測算杜邦工藝成本可能足夠支撐降價后價格，且仍有成本優(yōu)化空間..........................................................

10三、

國內外合成生物學方式生產

1,3-丙二醇的文獻/專利技術總結對比..................................................................

111、

提高生產過程經濟效益為主要目標，國內趨勢從以甘油為底物研發(fā)為主向以葡萄糖為底物發(fā)展......................

112、

海外研發(fā)思路更集中于設計新的代謝路徑，進而改進杜邦工藝路線中需要額外添加輔酶

B12

的問題..............

15四、

A

股相關標的及投資建議................................................................................................................................

17五、

風險提示.........................................................................................................................................................

18

圖表目錄圖

1：1,3-丙二醇結構式

............................................................................................................................................

4圖

2：PTT

結構式......................................................................................................................................................

4圖

3：1,3-丙二醇下游各應用場景對應用量................................................................................................................

4圖

4：各個纖維分子鏈構型........................................................................................................................................

5圖

5：我國化學纖維市場總產量（萬噸）

..................................................................................................................

7圖

6：丙烯醛水合法工藝

...........................................................................................................................................

7圖

7：環(huán)氧乙烷羰基化法工藝....................................................................................................................................

7圖

8：杜邦以葡萄糖為原料合成

1,3-丙二醇的胞內路徑.............................................................................................

8圖

9：蘇震生物/清華大學以甘油為原料合成

1,3-丙二醇胞內路徑..............................................................................

8圖

10：美景榮/華東理工大學以甘油為原料合成

1,3-丙二醇胞內路徑........................................................................

9圖

11：克雷伯氏菌胞內甘油代謝途徑

.....................................................................................................................

10圖

12：以葡萄糖為底物全新代謝途徑生產

1,3-丙二醇.............................................................................................

13圖

13：北京化工大學以葡萄糖與甲醇為底物合成

1,3-丙二醇路徑...........................................................................

14圖

14：TBI

構建的無需添加輔酶

B12

的

1,3-丙二醇轉化路徑..................................................................................

16rQtMqQpOtQpOoMrNrRtOpR9PbP9PsQqQtRsQfQqQqRlOqRzRbRqRqNxNsQmOxNtQtP敬請閱讀末頁的重要說明3

行業(yè)點評報告表

1：各纖維主要性能指標對比.................................................................................................................................

5表

2：各纖維主要性能項目對比.................................................................................................................................

5表

3：我國在規(guī)劃/已落地

PTT

纖維產能....................................................................................................................

5表

4：PTT

切片成本拆分...........................................................................................................................................

6表

5：PTT

纖維經濟性測算（16000/噸）..................................................................................................................

6表

6：各合成生物學方法經濟效益主要指標對比........................................................................................................

9表

7：杜邦工藝成本毛利率測算...............................................................................................................................

10表

8：清華大學合成生物學方法生產

1,3-丙二醇專利...............................................................................................

11表

9：以葡萄糖為底物合成

1,3-丙二醇的合成生物學相關專利

................................................................................

13表

10：以粗甘油為底物合成

1,3-丙二醇的合成生物學相關專利

..............................................................................

14表

11：海外涉及到的合成生物學方式生產

1,3-丙二醇路徑

.....................................................................................

15敬請閱讀末頁的重要說明4

行業(yè)點評報告一、1,3-丙二醇價格下降將拉動其下游

PTT

纖維打開市場，進而打開

1,3-丙二醇本身的市場應用空間。1、1,3-丙二醇市場需求主要由下游

PTT

纖維拉動，PTT

纖維性能優(yōu)于其他聚酯纖維1,3-丙二醇市場需求主要由下游

PTT

纖維拉動。1,3-丙二醇(1,3-Propanediol,

PDO)，分子式為

C3H8O2，結構式如下圖所示。下游最主要的用途為作為單體合成聚對苯二甲酸丙二醇酯（Polytrimethylene-tereph-thalate,

PTT），1,3-丙二醇下游合成

PTT

用量占總體用量比重在

80%以上，其余應用領域有化妝品添加劑、涂料、油墨等。

PTT

下游

90%用于合成

PTT

纖維，10%用于工程塑料。PTT

纖維目前用量以民用為主，約

27%用于家紡領域（地毯為主），63%用于服裝行業(yè)。圖

1：1,3-丙二醇結構式資料來源：ChemDraw、招商證券圖

2：PTT

結構式資料來源：ChemDraw、招商證券

圖

3：1,3-丙二醇下游各應用場景對應用量

資料來源：《1,3-丙二醇下游產品的技術與應用》、招商證券PTT

纖維的性能優(yōu)于

PET、PBT、PA6\PA66

纖維。與單體結構同樣含有對苯二甲酸的

PET（聚對苯二甲酸乙二醇酯）纖維、PBT（聚對苯二甲酸丁二醇酯）纖維對比，PTT

纖維中醇單體含有

3

個碳原子，奇碳效應導致其具有高彈性。同時較低的楊氏模量（2.58N/m2）使其柔軟性較好。同時

PTT

晶區(qū)模量低，使其在紡絲過程中，更容易添加各種功能性粉體，色母粒等，從而獲得豐富功能性，且更利于著色?；貜托院茫?/p>

2.5cN

/detx

的應力作用下對

PTT

反復拉伸試驗表明伸長率

20%時，撤除應力后，PTT

纖維可完全恢復原狀。同時

PTT

的玻璃化溫度在

50-55℃之間，熱固性好，可采用無載體常壓染色，且易于加工生產。與當前用量較多的

PET

纖維（滌綸）、PA6/PA66

纖維（錦綸）相比，PTT

纖維的膨松性及彈性更好，抗褶皺性更強，拉伸回復性更加，尺寸穩(wěn)定性與印花適應性均更好，因此適用于服裝領域。同時由于其較好的膨松性，較高的抗靜電性、耐污染性與印花適應性，同樣適用于生產地毯。5

行業(yè)點評報告

圖

4：各個纖維分子鏈構型

資料來源：《國外紡織技術》、招商證券表

1：各纖維主要性能指標對比

性能

熔化溫度℃玻璃化轉變溫度℃

密度

g/cm3

初始模量

cN/dtex

彈性伸長率%

彈性回復率%

PTT

28845-65

1.33

2.5828-33

22

PET

26069-81

1.38

9.1520-27

4

PBT

22520-40

1.35

2.424-29

10.6資料來源：《新型聚酯纖維

PTT

的多種功能開發(fā)的研究進展》、招商證券表

2：各纖維主要性能項目對比

性能項目蓬松性及彈性

抗折皺性

拉伸回復性

吸水性

耐氣候性

尺寸穩(wěn)定性

染色性

靜電

印花適應性

耐污染性PTT

纖維

優(yōu)

優(yōu)

優(yōu)

差

優(yōu)

良

優(yōu)

低

優(yōu)

優(yōu)PET

纖維

中

優(yōu)

差

差

良

良

優(yōu)

很高

中

良PA6

纖維

中

中

良

中

差

良

良

高

良

優(yōu)PA66

纖維

良

良

優(yōu)

中

差

良

良

高

良

優(yōu)資料來源：《生物基聚對苯二甲酸丙二醇酯(PTT)纖維研究進展》、招商證券2、PTT

纖維價格高昂難以打開市場，受制于原料

1,3-丙二醇的價格居高不下PTT

纖維受制于價格高昂，下游應用難以打開市場。目前，全球

PTT

實際產量約

40

萬噸/年，我國規(guī)劃總產能

30

萬噸/年左右，實際產量在

13

萬噸/年。海外產能基本由杜邦壟斷，國內產能由江蘇國望高科，東方盛虹，蘇州龍杰，吳江佳力高纖，張家港美景榮等企業(yè)構成。雖然在性能上

PTT

纖維優(yōu)于滌綸及錦綸，但是受制于價格昂貴，在總體用量上相較于滌綸及錦綸相差甚遠。2020

年，我國聚酯纖維產量滌綸

4923

萬噸，錦綸

384

萬噸（二者占比化纖市場85%）。就價格而言，PTT

纖維上游切片價格約為

20000

元/噸，滌綸切片均價約為

8000

元/噸，錦綸切片均價約為16000

元/噸。表

3：我國在規(guī)劃/已落地

PTT

纖維產能

企業(yè)名稱

江蘇國望高科纖維有限公司

東方盛虹集團下屬蘇州蘇震生物工程有限公司

吳江佳力高纖有限公司

東方盛虹集團下屬中鱸科技發(fā)展股份有限公司

張家港美景榮化學工業(yè)有限公司

蘇州龍杰特種纖維股份有限公司敬請閱讀末頁的重要說明產能：萬噸/年

6

5

4

3

3

2敬請閱讀末頁的重要說明6行業(yè)點評報告

企業(yè)名稱曉星化纖（嘉興）有限公司

其他

合計產能：萬噸/年

1

7

31資料來源：產業(yè)信息網、招商證券1,3-丙二醇價格為

PTT

纖維主要彈性成本項目。通過《蘇州蘇震生物工程有限公司念成

5

萬噸生物基

PTT

差別化纖維項目竣工環(huán)境保護驗收報告》可以對

PTT

纖維進行一定程度的成本拆分，生產每噸

PTT

切片，主要原料需要精對苯二甲酸

0.808

噸，

1,3-丙二醇

0.379

噸。按照市場售價，精對苯二甲酸價格為

4500

元/噸，

1,3-丙二醇價格約為

18000元/噸。生產每噸

PTT

切片，精對苯二甲酸原料成本為

3636

元/噸，1,3-丙二醇原料成本為

6822

元/噸，總記

10458元/噸。直接材料成本中精對苯二甲酸價格彈性有限，主要可降成本項目即為

1,3-丙二醇價格。PTT

聚合設備與其他聚酯纖維聚合設備成本基本一致，紡絲設備與其他聚酯纖維通用。構成

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

4：PTT

切片成本拆分項目及關鍵假設元/噸直接材料成本

營業(yè)成本

銷售單價主要由精

PTA

與

1,3-丙二醇成本構成

直接材料成本占總成本

90%

倒算

PTT

切片毛利

42%104581162020000資料來源：蘇震生物環(huán)評報告、招商證券

備注：招商證券測算，與實際情況可能存在偏差3、若

1,3-丙二醇價格下降使

PTT

纖維價格具備經濟性，將打開

1,3-丙二醇市場空間根據我們測算，若

1,3-丙二醇價格若下降至

12000

元/噸左右，PTT

切片將與錦綸切片價格持平（16000

元/噸），性能更優(yōu)具備經濟性。由于

PTT

切片中主要可降成本項目為

1,3-丙二醇的價格，我們假設除去直接材料，其他營業(yè)成本絕對額不變，即

1162

元/噸

PTT

切片。同時保證

PTT

切片毛利率不變，即

42%。若為了使

PTT

切片價格降低至與錦綸切片價格達到一致水平（16000

元/噸），則要求

1,3-丙二醇價格降低至

12000

元/噸。表

5：PTT

纖維經濟性測算（16000/噸）單價（元/噸）每噸

PTT

纖維所需量（噸）每噸

PTT

纖維所需成本（元）

精

PTA1,3-丙二醇

合計

4500

12000營業(yè)成本銷售單價

0.808

0.379其他營業(yè)成本絕對額不變（+1162

元）

保證

PTT

切片毛利水平不變（42%）

3636

4548

8184

934616114資料來源：WIND、招商證券

備注：招商證券測算，與實際情況可能存在偏差若

PTT

纖維降價至與錦綸價格相當（16000

元/噸），假設可以占據

8-10%聚酯纖維市場，則對應

1,3-丙二醇需求量約

160-200

萬噸，市場空間約

190-240

億元。聚酯纖維市場總量基本不再增長，

2020

年，我國聚酯纖維產量滌綸

4923萬噸，錦綸

384

萬噸（二者占比化纖市場

85%）。若

PTT

纖維價格下降至與錦綸相仿，假設

PTT

纖維將可以占據聚酯纖維

8-10%市場，對應

PTT

銷量約

425-530

萬噸，對應

1,3-丙二醇需求量為

156-196

萬噸。以

12000

元/噸計，1,3-丙二醇將成長為約

190-240

億市場空間的品種。敬請閱讀末頁的重要說明7

行業(yè)點評報告

圖

5：我國化學纖維市場總產量（萬噸）

資料來源：國家統(tǒng)計局、招商證券二、合成生物學生產方式是降低

1,3-丙二醇生產成本的有效路徑1、國際上石化法生產

1,3-丙二醇已被淘汰，合成生物學方式生產有兩類路徑全球范圍看，工業(yè)生產

1,3-丙二醇的方法分為石化法與合成生物學方法，石化法已經逐漸被淘汰。石化法可以分為丙烯醛水合法與環(huán)氧乙烷羰基化法。丙烯醛水合法生產代表公司為德國

Degussa，主要步驟為丙烯醛水合制

3-羥基丙醛（3-HPA），然后催化加氫制得

1,3-丙二醇。由于丙烯醛自身的不穩(wěn)定性致使水合反應效率低，而且屬劇毒易燃易爆物品，難于儲運和運輸，同時反應過程中設計貴金屬催化，生產成本較高，基本退出市場。環(huán)氧乙烷羰基化法代表公司為殼牌，該方法以乙烯為原料，在

280℃下用銀催化劑將之氧化成環(huán)氧乙烷，隨后反應又可分為一步法或兩步法，一步法是環(huán)氧乙烷在

90℃、10MPa、催化劑作用下生成

1,3-丙二醇；二步法是環(huán)氧乙烷在

85℃、10MPa、催化劑作用下進行羰基化反應，制備過程采用環(huán)氧乙烷、CO

和

H2為原料進行氫甲?；磻?/p>

3-HPA，再經固定床催化加氫制得

1,3-丙二醇。環(huán)氧乙烷羰基化法技術難度大，設備投資高，催化劑體系復雜，在后續(xù)與杜邦的合成生物學方法競爭中無法體現優(yōu)勢，殼牌已經于

2009

年關閉位于加拿大的石化法生產

1,3-丙二醇及下游

PTT

纖維產線。圖

6：丙烯醛水合法工藝資料來源：《1,3-丙二醇技術及技術路線選擇》、招商證券圖

7：環(huán)氧乙烷羰基化法工藝資料來源：《1,3-丙二醇技術及技術路線選擇》、招商證券合成生物學方法可分為以葡萄糖為原料及以甘油為原料的兩種工藝路線。以葡萄糖為原料的企業(yè)代表為杜邦，選擇底盤細胞為大腸桿菌，由于大腸桿菌體內不存在將葡萄糖轉化為

1,3-丙二醇的代謝路線，所以杜邦與其合作者

Genecor公司在其工藝路線中，將釀酒酵母的兩個基因（dar1

和

gpp2）轉入大腸桿菌

K12，使葡萄糖可以在大腸桿菌菌體內首先轉化為甘油，同時轉入肺炎克雷伯氏菌的五個基因（dhaB1、dhaB2、dhaB3、dhaBX

和

orfX），使甘油可以轉化為

1,3-丙二醇。通過敲除磷酸轉移酶系統(tǒng)（PTS）并過表達半乳糖滲透酶（galP）和葡萄糖激酶（glk），解耦了磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）消耗葡萄糖轉化為丙酮酸的路徑。另外，為了防止甘油進入主要的碳代謝通路，甘油激酶（glpK）和甘油脫氫酶（gldA）也被敲除。最后，甘油醛

3-磷酸脫氫酶（gapA）下調，表達磷酸三糖異構酶（tpi）使甘油

3-磷酸（GAP）到磷酸二羥基丙酮（DHAP）的雙向反應變?yōu)閱蜗蚍磻?。實現由葡萄糖到

1,3-丙酮酸的高效轉化路徑。需要注意的是，在此生物反應體系中需要額外添加輔酶

B12.敬請閱讀末頁的重要說明8

行業(yè)點評報告

圖

8：杜邦以葡萄糖為原料合成

1,3-丙二醇的胞內路徑

資料來源：Dupont

Patent、招商證券以甘油為原料，通過合成生物學方法合成

1,3-丙二醇的代表企業(yè)為東方盛虹下屬的蘇震生物與張家港美景榮。蘇震生物技術來源為清華大學劉德華課題組，美景榮技術來源為華東理工大學宮衡課題組，二者底盤細胞均為肺炎克雷伯氏菌。自然界中天然存在一類可以以甘油為底物轉化為

1,3-丙二醇的菌種，如肺炎克雷伯氏菌、丁酸梭菌、弗氏檸檬酸桿菌等。其中克雷伯氏菌具有較高的產率與轉化率，蘇震生物/清華大學，美景榮/華東理工大學均采用此菌種。在蘇震生物/清華大學的技術路線中，以生物柴油副產物甘油為原料，通過誘導蘋果酸酶過量表達，可促進丙酮酸轉化為蘋果酸，增強三羧酸循環(huán)，為菌體代謝提供更多

NADH

和

ATP，能有效提高

PDO

合成關鍵酶活性，降低菌體內NAD/NADH

比例，提高

PDO

得率，從而降低生產成本。

圖

9：蘇震生物/清華大學以甘油為原料合成

1,3-丙二醇胞內路徑

資料來源：《構建基因工程菌以增強微生物發(fā)酵甘油產

1,3-丙二醇的方法》、

招商證券敬請閱讀末頁的重要說明9

行業(yè)點評報告在美景榮/華東理工大學的技術路線中，在變棲克雷伯氏菌

F2R9T

基礎上增強

tqsA

基因的表達，tqsA

基因為群體感應信號自誘導物

AI-2

的轉運蛋白，對多個基因具有調控功能，通過增強

tqsA

基因表達后發(fā)現其生產

1,3-丙二醇的產率有所提升，可用于工業(yè)化生產

1,3-丙二醇。

圖

10：美景榮/華東理工大學以甘油為原料合成

1,3-丙二醇胞內路徑

資料來源：《生物安全變棲克雷伯氏菌及其再

1,3-丙二醇生產中的應用》、招

商證券2、以葡萄糖為為原料的合成生物學生產方式（杜邦法）更具成本優(yōu)勢以合成生物學方法合成

1,3-丙二醇的經濟效益判斷主要涉及：1）產品濃度（g/L），2）單位體積生產速率（g/L/h），3）摩爾轉化率（mol/mol）三個指標，同時需要考慮原料底物的價格。通過查詢杜邦發(fā)表的文章以及華東理工大學宮衡課題組與清華大學劉德華課題組相關專利，杜邦工藝路線的

1,3-丙二醇濃度為

135g/L，單位體積生產速率為3.5g/L/h，轉化率可達為

1.2mol/mol

葡萄糖。美景榮/華東理工大學工藝路線

1,3-丙二醇濃度為

85.4g/L，單位體積生產速率為

2.51g/L/h，轉化率為

0.6mol/mol

甘油。蘇州蘇震/清華大學工藝路線

1,3-丙二醇濃度為

106g/L，單位體積生產速率為

2.21g/L/h，轉化率為

0.5mol/mol

甘油。美景榮/華東理工大學原料與蘇州蘇震/清華大學工藝路線原料均為粗甘油。粗甘油市場價為

2000

元/噸，精甘油市場價

8000

元/噸，葡萄糖市場價

3000

元/噸。以甘油為原料的生產工藝在產品濃度，單位體積生產速率，摩爾轉化率方面均不及以葡萄糖為原料的工藝，同時精甘油市場價格遠高于葡萄糖，難以產業(yè)化，粗甘油雖然市場價格較低，但成分復雜，因此轉化率低。綜合判斷，以葡萄糖為原料的杜邦工藝在經濟效益上優(yōu)于以甘油為原料的工藝路徑。表

6：各合成生物學方法經濟效益主要指標對比生產企業(yè)底盤細胞底物產品濃度（g/L）單位體積生產速率（g/L/h）摩爾轉化率（mol/mol）

杜邦美景榮/華東理工大學

蘇州蘇震/清華大學

大腸桿菌克雷伯氏菌克雷伯氏菌葡萄糖粗甘油粗甘油135

85106135

851061.20.60.5資料來源：國家知識產權局、Organic

Process

Research

&

Development、招商證券以甘油為原料生產

1,3

丙二醇經濟效益較低的限制在于在克雷伯氏菌中代謝通路的天然特點。甘油通過還原途徑生產1,3-丙二醇與氧化途徑走三羧酸循環(huán)在克雷伯氏菌中為并列的過程，還原過程生產

1,3-丙二醇的通路中所需的

NADH與

ATP

均來源于氧化路徑，因此無法抑制氧化通路，甘油理論利用率存在上限。同時以甘油為底物的合成生物學生產方法后處理難度大，原因是現有的甘油生物轉化法發(fā)酵液中的

1，3-丙二醇濃度一般低于

100g/L，且發(fā)酵液中一般在

0.5％～3％左右的鹽。同時

1，3-丙二醇屬于強極性物質，發(fā)酵液中易存留氧化途徑的副產物有乙醇、2，3-丁二醇、丁酸、乙酸等以及菌體和殘余的培養(yǎng)基。敬請閱讀末頁的重要說明10

行業(yè)點評報告

圖

11：克雷伯氏菌胞內甘油代謝途徑

資料來源：《Klebsiella

pneumoniae

甘油發(fā)酵代謝調控研究進展》、招商證券3、根據測算杜邦工藝成本可能足夠支撐降價后價格，且仍有成本優(yōu)化空間根據杜邦工藝中的葡萄糖轉化率測算

1,3-丙二醇的成本，可以支撐降價后價格。葡萄糖市場價格為

3000

元/噸，杜邦工藝中，摩爾轉化率可以達到

1.2mol/mol

葡萄糖，轉化為質量換算關系，每生產

1

噸

1,3-丙二醇，需要

1.97

噸葡萄糖，即生產每噸

1,3-丙二醇所需葡萄糖成本為

5918

元。假設杜邦法直接材料葡萄糖成本占總成本

60%，則對應總成本

9864

元/噸。與

1,3-丙二醇市場價

18000

元/噸相比，毛利率可達到

45%。對應降價后

1,3-丙二醇價格

12000

元/噸，仍有

18%毛利空間。在杜邦方法的基礎上，若

1,3-丙二醇在國內廠家的努力下技術有所突破，成本可能進一步降低，則毛利空間支撐將更強。表

7：杜邦工藝成本毛利率測算單價（元/噸）每噸

1,3-丙二醇所需量（噸）每噸

1,3-丙二醇所需成本葡萄糖總成本

60%

3000

直接材料葡萄糖成本占1,3-丙二醇價格18000/噸1,3-丙二醇價格13000/噸

1.97總成本毛利率毛利率5910986445%18%資料來源：WIND、招商證券

備注：招商證券測算，與實際情況可能存在偏差杜邦工藝仍有成本優(yōu)化空間。杜邦工藝中向大腸桿菌中轉入克雷伯氏菌的五個基因（dhaB1、dhaB2、dhaB3、dhaBX和

orfX），實際反應途徑仍是“甘油→3-羥基丙酮→1,3-丙二醇”，輔酶

B12

在此反應中是甘油脫水酶發(fā)揮催化作用不可或缺的輔助成分，在實際生產過程中，需要額外添加價格較高的輔酶

B12。因此杜邦工藝仍然存在成本優(yōu)化空間，即繼續(xù)優(yōu)化代謝路徑，避免輔酶

B12

的添加。敬請閱讀末頁的重要說明11

行業(yè)點評報告三、國內外合成生物學方式生產

1,3-丙二醇的文獻/專利技術總結對比1、提高生產過程經濟效益為主要目標，國內趨勢從以甘油為底物研發(fā)為主向以葡萄糖

為底物發(fā)展目前通過合成生物學方式生產

1,3-丙二醇的相關專利以提高經濟效益，降低成本為目標。國內以清華大學專利儲備最為豐富，主要以劉德華教授為首，自

2004

年至今發(fā)展了以甘油為底物的發(fā)酵途徑，尤其是生物柴油副產物甘油等粗甘油的生物轉化路徑。除野生型克雷伯氏桿菌、檸檬酸菌屬、腸桿菌屬外，還研究了用酵母細胞、谷氨酸棒桿菌、重組克雷伯氏桿菌等菌株單產

1,3-丙二醇或聯產

1,3-丙二醇與

2,3-丁二醇、1,3-丁二醇、PHB

等的方法。近年來在“利用重組谷氨酸棒桿菌聯產

1，3-丙二醇和谷氨酸的方法”和“一種利用重組微生物發(fā)酵生產

1,3-丙二醇的方法”兩項專利中開始探索使用葡萄糖為底物發(fā)酵生產

PDO，前者底物為葡萄糖和甘油，后者單用葡萄糖，并且試圖避開需要額外加入輔酶

B12

的路徑進一步降本，但目前階段三項指標總體仍達不到杜邦水平。表

8：清華大學合成生物學方法生產

1,3-丙二醇專利專利公開號申請日期專利名稱底物菌株基因重組作用產品濃度

g/L轉化率單位體積生產速率

g/L/hCN112280723A2019.07.23聯產

1,3-丙二醇和

1,3-丁二醇的重組菌及其應

用甘油克雷伯氏菌桿菌表達

phaA、phaB、bld

和

yqhD//0.6g/g/CN108085288A2017.12.22一種利用重組微生物發(fā)酵生產

1,3-丙二醇的方

法葡萄糖大腸桿菌/谷氨酸棒桿菌/枯草芽孢桿菌/釀酒酵母過表達

accBC、accDA，表

達

mcr、pcs、

pduP、yqhD無需添加B12/0.105g/g/CN105400831A2015.12.07利用重組谷氨酸棒桿菌聯產

1，3-丙二醇和谷氨酸的方法葡萄

糖+甘油谷氨酸棒桿菌表達

1，3-丙二醇脫氫酶基因、1，2-丙二醇脫水酶及其激活因子基因

/甘油脫水酶及其激活因子基因、

敲除

ldhA沒有乳酸，丁二醇，丁二酸等副產物的產生/78%/CN103740609A2013.12.16一株高產1,3-丙二醇

的微生物甘油克雷伯氏菌桿菌//100//CN102250968A2011.07.15一種發(fā)酵生產

1,3-丙二

醇的方法甘油克雷伯氏菌桿菌//24.530.491g/g1.02CN102199570A2011.03.22構建基因工程菌以增強微生物發(fā)酵甘油產

1,3-丙二醇的方

法粗甘油/純甘油PDO

野生型菌株（克

雷伯氏菌屬、檸檬酸菌屬、腸桿

菌屬）過表達蘋果酸酶基因/106.010.428g/g2.2112行業(yè)點評報告專利公開號申請日期專利名稱底物菌株基因重組作用產品濃度

g/L轉化率單位體積生產速率

g/L/hCN101381696A2008.06.05構建基因工3－丙二醇生產菌株抗逆性的方法粗甘程菌增強

1，

油/純甘油PDO

野生型菌株（克

雷伯氏菌屬、檸檬酸菌屬、腸桿

菌屬）引入

β-酮基乙酰輔酶

A

硫解酶、NADPH

依賴型乙酰乙酰輔酶

A

還原酶、聚羥基脂肪酸合

酶基因提高對高甘油濃度和中間產物

3-羥基丙醇的抗逆性，聯產

PDO和

PHB67.05//CN101033171A2007.04.16一種發(fā)酵法生產

1，3－

丙二醇的提

取工藝甘油克雷伯氏菌桿菌/////CN100999742B2007.01.09一種發(fā)酵生產

1,3-丙二醇的高產工

藝///////CN100999742A2007.01.09一種發(fā)酵生產

1，3－丙

二醇的高產

工藝甘油克雷伯氏菌桿菌/////CN1763210A2005.10.20微生物好氧

發(fā)酵生產1,3－丙二

醇的方法甘油克雷伯氏菌桿菌//60-80//CN1710086A2005.06.17一種由粗淀粉原料生產

1,3－丙二醇和

2,3－丁二醇的方

法粗淀粉酵母細胞/同時產2,3-丁二

醇///CN1304582C2005.06.10一種外源添加反丁烯二酸促進微生物合成

1,3－丙二醇的

方法甘油克雷伯氏菌桿菌//43.1300.8mol/mol/CN1696297A2005.06.03利用生物柴油副產物甘油生產

1,3－丙二醇的

方法粗甘油PDO

野生型菌株（克

雷伯氏菌屬、檸檬酸菌屬、腸桿

菌屬）//640.51mol/mol0.95CN1696297A2005.06.03利用生物柴油副產物甘油生產

1,3－丙二醇的

方法生物柴油副產物甘

油克雷伯氏桿菌/丁酸梭菌/巴斯

德梭菌//640.51mol/mol0.95CN1634823A2004.10.13從發(fā)酵液中分離提取

1，

3－丙二醇

及其副產物

的方法甘油//////CN1570123A2004.04.29微生物兩段甘油克雷伯氏菌桿菌/同時產2,3-丁二

醇52.40.53mol/mol0.77

發(fā)酵法由甘

油生產

1，3

－丙二醇和

2，3

丁二醇資料來源：國家知識產權局、招商證券

敬請閱讀末頁的重要說明敬請閱讀末頁的重要說明13

行業(yè)點評報告

圖

12：以葡萄糖為底物全新代謝途徑生產

1,3-丙二醇

資料來源：《一種利用重組微生物發(fā)酵生產

1,3-丙二醇的方法》、招商證券除去清華大學，通過專利檢索我們查閱出北京化工大學，爾康制藥，江南大學均有以葡萄糖為原料合成生物學生產1,3-丙二醇的專利儲備，其中北京化工大學以葡萄糖，甲醇/甲醛多底物進行反應，技術路徑較有特色，同樣避開了需要用輔酶

B12

的反應路徑。表

9：以葡萄糖為底物合成

1,3-丙二醇的合成生物學相關專利g/L生產速率g/L/h申請機京北構化工大學

專利公開號CN109609426A

申請日期2019.01.04

專利名稱一種以甲醇/甲醛和葡萄糖為共底物生產

1,3-丙二醇的方法底物葡萄糖、甲

醇/甲醛、

菌株大腸桿菌

基因重組過表達甲醇脫氫酶、醛縮酶、2-氧代脫羧酶、1，3-丙二醇脫

氫酶產品濃/度轉化率

/單位體/積CN109370965A2018.10.12葡萄糖合成1,3-丙二醇的

基因工程菌

及其應用葡萄糖大腸桿

菌/克雷伯菌表達

scpA、scpB、

acuI-E

或acuI-K

和

Msed///湖南爾康制藥股份有限公司CN108070622A2016.11.11一種生物發(fā)

酵法制備1,3-丙二醇的

方法粗淀粉酵母菌、克雷伯氏

桿菌////江南大學CN101130782B2007.07.23以葡萄糖為底物產

1,3-葡萄糖重組釀酒酵母////

丙二醇重組

釀酒酵母的

構建方法資料來源：國家知識產權局、招商證券敬請閱讀末頁的重要說明14

行業(yè)點評報告

圖

13：北京化工大學以葡萄糖與甲醇為底物合成

1,3-丙二醇路徑

資料來源：《一種以甲醇/甲醛和葡萄糖為共底物生產

1,3-丙二醇的方法》、招

商證券為了降低成本，在以粗甘油為底物領域深耕也是另一個方向。華南理工大學，大連理工大學，湖南省林業(yè)科學院均有專利儲備，但三項指標目前均無法達到杜邦水平，暫未見工業(yè)化落地生產。表

10：以粗甘油為底物合成

1,3-丙二醇的合成生物學相關專利申請機構專利公開號申請日期專利名稱底物菌株基因重組產品濃度

g/L轉化率單位體積生產速率g/L/h華南理工大學CN112358986A2020.11.09一種丁酸梭菌及其在固定化發(fā)酵生產

1，3-丙二醇的應用粗甘

油/純甘

油丁酸梭菌/860.55g/g4.2大連理工大學CN110438052A2019.09.05一株高產1,3-丙二醇的丁酸梭菌及一種序列接種發(fā)酵工

藝粗甘

油/純甘

油丁酸梭菌/94.320.516g/g3.04CN106399204A2016.11.24一種發(fā)酵生產

1,3-丙二醇的微生物混合菌群及

發(fā)酵方法粗甘油混合菌群（丁酸梭菌

95%，梭菌屬菌株，乳桿菌

屬菌株）/79.780.65mol/mol3.32湖南省林業(yè)科學院CN109251869A2018.06.21一株高效利用粗甘油生產

1,3-丙二醇的克雷伯粗甘油克雷伯氏菌//0.62mol/mol/

氏菌資料來源：國家知識產權局、招商證券敬請閱讀末頁的重要說明15

行業(yè)點評報告2、海外研發(fā)思路更集中于設計新的代謝路徑，進而改進杜邦工藝路線中需要額外添加

輔酶

B12

的問題在過往的研究中，海外企業(yè)/科研機構在研發(fā)合成生物學方法高效生產

1,3-丙二醇的過程中更加方法更加多樣，總體可以分為在天然菌株中優(yōu)化培養(yǎng)方式，誘導菌株突變，編輯還原途徑的基因過表達，導入輔酶相關基因，改變發(fā)酵方式，多菌種共培養(yǎng)以及微生物菌群培養(yǎng)等方式。但在實際操作中，往往三項指標均無法達到杜邦工藝的水平。近年來發(fā)展路徑逐漸清晰，更加集中于設計新的代謝路徑，旨在改進杜邦工藝路線中需要額外添加輔酶

B12

的問題。表

11：海外涉及到的合成生物學方式生產

1,

3-丙二醇路徑菌株底物培養(yǎng)工藝產品濃度

g/L轉化率單位體積生產速

率

g/L/h自然菌株

肺炎克雷伯菌

DSM2026

肺炎克雷伯菌

DSM2027

肺炎克雷伯菌

CGMCC

1.6366

肺炎克雷伯菌

LX3

肺炎克雷伯菌

ME-308

肺炎克雷伯菌

ME-303

肺炎克雷伯菌

DSM4799

產酸克雷伯菌

M5al

丁酸梭菌

AKR

102a

丁酸梭菌

DSM

5431

丁酸梭菌

VPI

1718

巴氏梭菌

LMG

3285

巴氏梭菌

DSM

525

二元醇梭菌

DSM15410saccharobutylicum

梭菌

NRRL

B-643

弗氏檸檬酸桿菌

AD119

烏克曼枸櫞酸桿菌

DSM17579

無丙二酸檸檬酸桿菌

Y19

羅伊氏乳桿菌

ATCC

55730

diolivorans

乳桿菌

DSM14421

蜂房哈夫尼菌

AD27純甘油粗甘油純甘油純甘油純甘油純甘油粗甘油純甘油粗甘油粗甘油粗甘油純甘油純甘油純甘油純甘油純甘油純甘油純甘油純甘油純甘油純甘油純甘油純甘油補料分批培養(yǎng)補料分批培養(yǎng)補料分批培養(yǎng)補料分批培養(yǎng)補料分批培養(yǎng)補料分批培養(yǎng)補料分批培養(yǎng)補料分批培養(yǎng)補料分批培養(yǎng)補料分批培養(yǎng)補料分批培養(yǎng)

分批培養(yǎng)

分批培養(yǎng)補料分批培養(yǎng)

分批培養(yǎng)

分批培養(yǎng)

分批培養(yǎng)

分批培養(yǎng)

分批培養(yǎng)補料分批培養(yǎng)

分批培養(yǎng)補料分批培養(yǎng)

分批培養(yǎng)

74.6

51.3

66.871.38

7071.58

80.258.79

93.7

70.3

67.9

3.02

5.5

78.5

6.7

23.310.24

1.06

6.3

65.3

41.7

85

11.3

2.2

1.7

/2.240.971.931.150.98

3.3

1.50.78

/1.192.82

/0.972.840.040.840.810.850.450.280.610.460.550.59

0.70.650.540.510.630.680.67

0.4

/0.640.360.610.62

/0.63

1.20.790.66

/基于介質阻擋放電等離子體的突變肺炎克雷伯菌

CGMCC

2028

ADBD

等離子突變株肺炎克雷伯菌

CGMCC

2028

ADBD

等離子突變

Kp-M2純甘油純甘油純甘油純甘油

分批培養(yǎng)

分批培養(yǎng)補料分批培養(yǎng)補料分批培養(yǎng)

1523.849.276.71.190.751.372.130.520.530.430.58敲減與副產物形成有關的基因

肺炎克雷伯菌

YMU2

ΔaldA

肺炎克雷伯菌

HR526

ΔldhA

肺炎克雷伯菌

WT

ΔbudC::

fdh肺炎克雷伯菌

ATCC

200721

Δ(ldhA

als)

Δ(ldhA

als)

::

(aldB

pdc)純甘油純甘油純甘油純甘油純甘油純甘油純甘油純甘油補料分批培養(yǎng)補料分批培養(yǎng)補料分批培養(yǎng)補料分批培養(yǎng)補料分批培養(yǎng)補料分批培養(yǎng)補料分批培養(yǎng)補料分批培養(yǎng)

53.1

70.5

95.39102.06

62.3

72.2

48

68.2

0.81.071.982.132.08

2.4

11.420.3550.699

0.4

0.430.4680.569

0.71

0.63還原途徑基因的過表達肺炎克雷伯菌

KG1

過表達

dhaT純甘油純甘油補料分批培養(yǎng)補料分批培養(yǎng)98.7290.763.293.030.510.64敬請閱讀末頁的重要說明16行業(yè)點評報告菌株底物培養(yǎng)工藝產品濃度

g/L轉化率單位體積生產速率

g/L/h

肺炎克雷伯菌

ACCC10082

過表達

HOR

基因肺炎克雷伯菌

CICIM

B0057

過表達

dhaT

和

yqhD

肺炎克雷伯菌

KG2

過表達

puuC純甘油純甘油純甘油純甘油純甘油純甘油補料分批培養(yǎng)補料分批培養(yǎng)

分批培養(yǎng)

分批培養(yǎng)補料分批培養(yǎng)補料分批培養(yǎng)54.960.617.118.359.868.51.141.26

/

/2.492.850.520.570.510.57

0.60.61輔酶工程產酸克雷伯菌

YMU1

fdh

基因導入純甘油純甘油補料分批培養(yǎng)補料分批培養(yǎng)59.368.4//0.3870.454兩步發(fā)酵釀酒酵母

HC42

和丙酮丁醇梭桿菌

DG1

重組大腸桿菌葡萄糖純甘油分批培養(yǎng)分批培養(yǎng)

25.5104.40.162.610.68

0.9共培養(yǎng)

糞產堿菌

JP1

和丁酸梭菌

DSP1魯氏酵母

JL2011

和肺炎克雷伯菌

S6粗甘油葡萄糖分批培養(yǎng)分批培養(yǎng)~4015.21.070.160.640.24微生物菌群

城市污水處理廠的微生物菌群

厭氧顆粒污泥中的微生物菌群

有機農田突然的微生物菌群

海洋污泥中的微生物菌群

DL38厭氧活性污泥的微生物菌群

C2-2M粗甘油純甘油粗甘油粗甘油粗甘油補料分批培養(yǎng)

連續(xù)培