綠色精制，拿下丙氨酸市場全球第一

——2025年度河北科學技術獎巡禮（五）

“純度99.9%，質量穩定。”

4月24日上午，秦皇島華恆生物工程有限公司（以下簡稱“華恆生物”）新一批丙氨酸產品下線后，帶著余溫的樣品被送進實驗室。這些潔白細密的晶體，狀如白砂糖。技術員例行純度測試后，將結果錄入系統。

高純度丙氨酸的穩定生產，是華恆生物與天津大學多年技術合作的結果。雙方共同完成的“高端丙氨酸生物制造綠色精制關鍵技術與產業化”項目，獲得2025年度河北省科技進步獎一等獎。

“丙氨酸是氨基酸家族的一員，飼料、日化、食品飲料、醫藥等領域都有它的身影。”華恆生物相關技術負責人說，丙氨酸在不同應用領域附加值差異很大，運動營養、醫藥制劑等屬於高端市場。當然，高端市場對純度、粉體性能要求更高。

10年前，華恆生物把丙氨酸品質做到了國內領先，但仍落后於國外企業。那時，我國高端產品進口依賴度超過80%，而國內企業的丙氨酸產品，只能在中低端飼料級市場競爭。

10年后，華恆生物的丙氨酸產品佔領高端市場，並建成全球最大產能的高端丙氨酸生產線。

這場技術跨越要從華恆生物的另一次創新講起。

2013年，華恆生物首創生物發酵法生產丙氨酸工藝，該工藝將葡萄糖發酵后的溶液精制提純，最終得到丙氨酸。此法取代了傳統石油基化學合成路線，大幅降低了生產成本，也減少了能耗和污染物排放，但問題也隨之而來：發酵液成分復雜、產品雜質多、晶體形態差。

華恆生物的展廳裡有一張彼時產品的照片，經過放大的晶體呈現針狀或薄片狀。“這樣的晶體容易粘連在一起，雜質包夾其中，影響最終純度。”華恆生物相關技術負責人說。

為攻克這個難題，2016年，華恆生物與天津大學國家工業結晶工程技術研究中心展開合作，組成聯合研發團隊進行攻關。

第一道難關，是成分復雜的發酵液。

發酵液中含有酶蛋白、無機鹽、丙烯酰胺及丙烯酸聚合物等多種雜質，無法一次性分離干淨，需採用多種手段分別處理。研發團隊經過反復試驗，最終開發設計出膜分離和樹脂吸附的組合工藝。

這套“組合拳”的效果立竿見影。發酵母液中丙氨酸回收率較原先的75%顯著提升，突破90%，雜質去除效果顯著，為后續高純度產品制備創造了條件。

如果說發酵液的分離是開端，那接下來是更大的考驗——控制晶體形態。它關系著丙氨酸的純度、堆密度和流動性，是決定產品能否躋身高端市場的關鍵指標。

“針狀或薄片狀晶體，不僅影響純度，還會導致晶體堆密度低、流動性差。”天津大學國家工業結晶工程技術研究中心主任龔俊波解釋，下游生產中，丙氨酸要與其他原料混合，高堆密度和高流動性有助於混合均勻，使終端產品丙氨酸含量更穩定。“不過，氨基酸類物質在結晶時，天然傾向於形成針狀或片狀，改變其形態並非易事。”他說。

一開始，科研團隊試圖通過調整工藝參數改變晶體形態，這條路走得很艱難。

“團隊花了大半年反復試驗，不僅無法突破瓶頸，甚至屢屢倒退——前期取得的階段性成果也被推翻。挫敗讓所有人備受打擊，大家有些迷茫，一度覺得找不到攻克難題的辦法了。”龔俊波說。

曙光，來自一次意外發現。

一次試驗中，發酵液中混入了一種特殊材料。科研人員驚喜發現，晶體竟然長厚了。這給團隊帶來啟發，可否採用添加劑來調控晶體形態？而且這種方法在其他氨基酸中成功過，丙氨酸為什麼不能呢？他們決定改變原有思路。

“研發團隊歷時一年多，通過計算機模擬的辦法，對幾十種添加劑進行篩選試驗，最終找到了成本更低、效用更好的材料，改變了晶體形態。”龔俊波說。

在華恆生物的實驗室裡，記者透過顯微鏡看到了丙氨酸晶體，已經從針狀和薄片狀變成了塊狀和橢球形。龔俊波表示，新晶體堆密度和流動性增加50%以上，不易粘連的特性使其雜質含量更低，產品純度超過99.9%，質量達到國際領先水平。

科研團隊還剩最后一道難關：解決連續生產問題。

以前，丙氨酸的結晶器必須“做完一鍋，再做下一鍋”，只能間歇式生產。科研團隊創新結晶工藝，研發出連續結晶技術與裝備，實現了連續進料、連續生產。

技術完成了從0到1的突破，接下來便是產業從1到N的躍升。

2022年該項技術成果落地后，華恆生物成為全鏈條丙氨酸市場佔有率全球第一的企業，市場份額超過50%。從2022年至今，華恆生物的營業收入增長了一倍多。

“我們完成了一場從‘跟跑’到‘領跑’的逆襲。”華恆生物相關技術負責人說，接下來，企業將聯手下游伙伴，開發更多丙氨酸終端產品。

龔俊波也有了新計劃。通過這次科研長跑，他和團隊不僅破解了諸多難題，更從中得到了解決行業共性難題的思路。眼下，團隊正與河北多家生物制造企業展開合作。“希望在京津冀產學研融合中，促成更多科研成果落地轉化。”他說。（記者魏雨）