生物技术考研，生物技术考研科目有哪些
可持续性应用潮流，推动香精行业走向生物合成2.0时代。
作者：李圣蓉
出品：元气资本
核心内容
1、香精巨头们纷纷与生物技术公司合作，生产更多创新和可持续的成分。
2、天然原材料供给减少、农业供应链不稳定、动物原材料饱受诟病，香精行业从天然（化学）提取走向合成。
3、生物合成在效率、“天然”和可持续性上优于基于石油的化学合成，但如何解决成本问题仍受质疑。
近一段时间国际巨头纷纷通过合作和收购布局香精领域的合成生物开发。
2021年8月，国际香精香料巨头奇华顿（GIVN.SW）宣布与领先合成生物公司Ginkgo Bioworks（DNA.US），“通过发酵生产更多创新和可持续的成分”。这不是奇华顿第一次布局生物科技，在此之前，奇华顿和MIT教授创立的生物制造公司Manus Bio已展开多年合作，2020年收购了法国生物科技公司Alderys。
2010年，芬美意和可再生化学品公司Amyris展开合作，开发三种香精香料成分。2016年，日本高砂香料收购Centre Ingredient Technology。2019年，巴斯夫(BASFY.US)收购了荷兰生物技术企业Isobionics；同年与生物科技公司Conagen签署了合作协议，生产天然发酵香兰素。2021年，帝斯曼（DSM）收购美国生物技术公司Amyris的香精和香水业务。
来源：奇华顿
芬美意很早就看到了合成生物在香精领域的应用前景，但20年前的价格过于高昂，技术进步令芬美意看到了可行性。负责研究业务的高级副总裁Sarah Reisinger指出，芬美意坚持布局生物技术的原因，在于生产特定产品时酶惊人的高效率，以及能够使用基于植物的碳和可持续工艺来制造难以从自然中获取的产品。
奇华顿的合作目标包括制造“自然界中只有极少量的产品”以及开发天然和可持续的材料”。巴斯夫则表示，生物技术可满足对天然成分不断增长的需求，同时避免了采购植物性物质的陷阱。
Allied Market Research的一份报告显示，2019年全球香料成分市场价值136亿美元，预计到2027年将达到161亿美元，2020年至2027年复合年增长率为3.8%。对环保、天然和定制香水的需求增加以及更高的生活水平，是预测期内推动市场增长的关键因素。
香精行业面临的挑战：动物福利与环境生态压力
天然香精的原料主要来自动物和植物。
麝香是典型的动物成分。在成为濒危物种之前，为了生产一公斤麝香成分，有140头麝被杀。随着消费者对“零残忍”的要求不断提升，叠加各国与动物保护有关的禁令，香精公司已逐渐放弃了天然麝香。
来自树木的天然植物原料也越来越难获取。例如沉香，香味来自一种含有香气的树脂，每100棵沉香树，约7棵含有这种树脂。因为无法预先检测，沉香树被过度采伐，该物种在大部分自然范围内处于极度濒危状态。另一个例子是檀香，檀香树需要20年或更长时间才能成熟，并且生长需要特定条件，数十年的过度采伐已经威胁到天然檀香的生产。
基于种植的原料也面临挑战。天气恶劣、季节性和收成质量不一致等问题，会导致供应波动。疫情期间，全球柠檬烯价格飙升。柠檬烯在工业上被用作食品的风味来源以及化妆品和家用产品，它还是很多医药产品的起始原料、溶剂和脱脂清洁剂。疫情期间清洁产品需求激增，但全球范围内的停产，导致柑橘收获和加工延迟。
即使在疫情之前，柠檬烯也会因柑橘绿化（Citrus greening，一种由害虫传播的细菌感染）影响，在一年内价格产生倍数级别的波动。随着全球气候变化，不可预测的天气增多，为了稳定生产成本，下游公司更愿意使用可靠的合成来源。
柑橘绿化（来源：Modern Farmer）
此外，香精原料也一直受到可持续性方面的质疑。一些原材料生长在可能对生态或经济敏感的地区，在这些地方，土地使用可能是一个道德问题。以及在欠发达原料产地，农民的待遇也受到欧美消费者的关注。
天然原料还可能带来过敏。例如，香奈儿5号的配方正在修订中，要替换一些源自天然苔藓的木质香调。因为欧盟称它们是过敏原，并已采取措施进行限制。
生物基合成原材料：更「天然」，更可持续
由于上述问题，香精行业很早就开始探索取代天然原材料的方式。但最初并不是使用生物合成，而是化学合成。据美国国家科学院估计，香料中使用的95%的合成成分是由石油合成的。
合成技术为香精带来了许多好处。例如，再现一些不能自然提取的原料的香味；重现一种短暂且非物质的气味，例如海浪的气味；降低了香精的成本，使香水的使用民主化；由于合成材料的稳定性，提高了香水的质量和使用寿命；合成受到严格控制，因此含有更少的致敏成分，从而使配方更安全。
但对天然成分的偏爱依旧是重要的消费趋势。
在2017年Harris Poll对1000多名美国美容消费者进行的调查中，38%的消费者更喜欢全天然护肤产品；19%的购物者表示购买全天然香水产品对他们来说很重要，这一比例比2016年增加了4%。当产品标注使用“天然”香精成分时，往往可以售卖更高的价格。
与基于石油的合成香精不同，生物基合成可以复刻天然成分，打上“天然”的标签。
纽约时报的一篇文章提到，在美国，从转基因酵母中提取的产品不要求标注为“GMO”（转基因），这是因为工程酵母被认为是一种加工技术，而不是调味剂/香料产品的来源。根据美国和欧洲现行法规，通过微生物发酵生产的生物合成产品，被认为是“天然”或“基本上等同于”植物衍生产品。相比之下，从石油中提取的化学合成香精/香料不能贴上“天然”标签。
用来生产已消失或稀缺的昂贵香料，可以带来高额收入。例如，藏红花是世界上最昂贵的香料之一，历来是一种劳动密集型作物，也难以大规模种植。藏红花醛是制造藏红花的关键化合物。一家早期合成生物学公司钦奈实验室的合成生物学家，找到了让大肠杆菌生产藏红花醛的方法。此外，贵重的檀香中的檀香烯也已成功进行基于生物基制造。
天然藏红花田（来源：Food Unfolded）
化学合成带来的大量碳足迹，是推动生物合成的另一个原因。前文提到的难以在天然获取的麝香，后来主要由化学合成生产。合成麝香主要分为三大类：硝基麝香、多环麝香化合物和大环麝香化合物。前两类被用于从化妆品到洗涤剂的多个领域，由合成石化化合物制成，被认为对环境和人体有伤害。合成生物公司Conagen正在基于植物提取，使用微生物发酵来生产大环麝香化合物。
对于基于碳生产的成分，合成生物技术也可以通过利用可再生碳、提高合成中的碳效率、最大化可生物降解碳、增加每种碳的气味影响等方式，来减少生产过程中的碳足迹。
更可持续的供应链？
2020年，超过100家香精香料公司签署了由国际香精协会（IFRA）和国际香精工业组织（IOFI）指定的可持续发展宪章。该宪章强调了五个重点领域：负责任的采购、减少环境足迹、员工福祉、产品安全以及透明度和合作伙伴关系。
在可持续性方面，供应链的透明和监管到位，往往是品牌对消费者关切的最好回应。但香水供应链的复杂性使得品牌难以实现全程监控，许多品牌因此逃避了从濒危物种和森林砍伐，到农业社区开发等问题的责任。
在2021年的一篇文章中，香氛记者兼博主Victoria Frolova详细介绍了乳香的困境。乳香可以从北非、西非、印度、阿曼和也门的乳香树中提取，是许多当地人唯一的收入来源。不断增长的需求和武装冲突使过度采伐变得困难。环保人士预测，50%的野生乳香林可能会在数年内消失。但当Frolova采访几家含有乳香的香水品牌时，发现其中有些品牌并不知道这种成分濒临灭绝，而另一些则相信供应商会“追踪其材料的来源”，不知道成分的确切来源。
基于生物合成，可以更好地打造品牌可持续形象，避免密集开发某些受保护的原材料或濒临灭绝的动物来保护物种，也允许追溯整个供应链条以实现透明和监管。
但就生物合成是否等于可持续这一点，也有不同的看法。Synbiowatch机构认为，关于生物燃料和生物能源的争论表明，植物糖化学和水密集型农业是不可持续的。除了化学污染对生态的重大影响外，这些原料工业还与破坏性的林业作业、土地掠夺和土地清理有关。另外，合成生物学过程，本身可能会产生难以控制的意外污染物、毒素或过敏原。
商业化路径：供需缺口切入，生物发酵技术降低成本
合成生物对香精供应链，带来了更均匀、更连续的高价值原材料不间断地的潜力。换句话说，公司将不受气候、天气、作物歉收、价格和政治波动，或从偏远地区的农民和其他供应商那里采购原材料的物流复杂性的影响。选择合成生物取代自然生产是一种长线趋势。
合成生物技术高昂的开发和制造成本则是被质疑是否能实现商业化的最主要因素。除了不断提升技术以降低成本之外，在香精市场，早期入局的合成生物公司通过本就存在巨大供需缺口的成分、稀缺贵重香料或传统方法不具备成本优势的产品入手。
香草是存在巨大供需缺口的例子，天然香草产量较小并不断下降。从天然香草豆中提取的其他芳香和受欢迎的成分，如香草醛，每公斤的成本约为1500美元。合成生物公司Evolva香兰素的合成生产改为使用转基因酵母菌株的发酵，将成本大幅降低至每公斤约10-20美元。因此，目前绝大多数市场香草提取物现在依赖于生物技术提取，而不是香草豆来源。Evolva每年市场生产价值高达5亿美元的合成香草精。
来源：Evolva
从自然界仅存微含量的香味来源中提取的传统自然方法，往往不具备成本优势。荷兰生物技术公司Isobionics是从橙子和葡萄柚香气的成分起步，避免了与老牌公司的直接正面竞争。Isobionics指出，用传统方法从橙子和柚子皮和果汁中生产类异戊二烯既昂贵又费力。例如，被广泛用于香水、个人护理和家庭清洁等市场的nootkatone成分，每生产一公斤需要消耗约40万个葡萄柚；每公斤Valencene成分的生产需要250万公斤橙子。
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