摘要：“从上世纪八十年代开始，德国国家生物技术研究中心的Hanno Biebl教授就开始利用一种天然的固氮菌——巴氏梭菌，进行生物基多元醇的生物合成研究，并成功开发了用于培养巴氏梭菌的培养基‘Biebl medium’，为利用巴氏梭菌生产生物基1,3-丙二醇的工作奠

*本文为「青眼」原创内容

文｜箐吟

张炽坚与Biebl®生物基1,3-丙二醇的缘分，始于技术传承的脉络中。

“从上世纪八十年代开始，德国国家生物技术研究中心的Hanno Biebl教授就开始利用一种天然的固氮菌——巴氏梭菌，进行生物基多元醇的生物合成研究，并成功开发了用于培养巴氏梭菌的培养基‘Biebl medium’，为利用巴氏梭菌生产生物基1,3-丙二醇的工作奠定了研究基础。后来，时任汉堡工业大学终身教授的曾安平院士在Biebl教授的研究基础上，针对巴氏梭菌生物合成生物基1,3-丙二醇的代谢通路、发酵、纯化工艺等，又进行了长达十几年的基础理论与工程化研究，直到2019年曾院士把这项工作交给我接手并实现工业化。从‘Biebl medium’到Biebl®PDO，是一段跨越40年的研究沉淀。”C1 Life 恒碳科技总经理张炽坚在接受青眼专访时表示。

采用天然的非致病菌株高效批量生产生物基1,3-丙二醇绝非易事。

“为了顺利推进工业化落地，我当时全身心投入在项目中，每周通宵3-4个夜晚，对菌株进行了高达300多次定向进化实验，加班加点成了常态。”张炽坚告诉青眼，“这种时候我会想想更难的事，想到我的前辈们遇到的难题比我更多，慢慢也就冷静下来了。”

目前在张炽坚的带领下，恒碳科技研发出全球首个“三非”生物基1,3-丙二醇——该原料来源于非转基因、非粮碳源和非致病菌的发酵生产，并已实现工业化量产。

张炽坚告诉青眼，对比传统生物基技术，Biebl®生物基1,3-丙二醇采用非转基因天然植物油（非玉米）作为碳源，通过定向进化技术培育非转基因菌株，非基因编辑构建；其次，使用天然土壤菌株，避免传统技术中大肠杆菌、肺炎克雷伯氏菌等致病菌株的环境风险（菌残渣污染）；第三，以天然植物油为碳源，旨在做到不与民争粮。

为进一步探索可持续发展，恒碳科技采用厌氧发酵技术，碳排放仅为传统耗氧发酵的1/30。“不仅如此，我们还创新使用了‘四无’技术，即无需高温高压灭菌（传统需121℃/30分钟），可全开放式生产，大幅降低能耗与碳排放。”张炽坚透露。

展望未来，张炽坚和他的团队未来要做的事情还很多。在原料业务方面，恒碳科技团队将聚焦1,3丙二醇核心原料，拓展下游创新应用，如开发全生物基可降解化妆品包材；ESG布局方面，该团队计划在2025年拿下全球最低碳排放1,3-丙二醇工厂认证。

此外，恒碳科技还要以1,3丙二醇为基础，开发全生物基3-羟基丙酸、丙烯酸及共聚物，用于增稠剂、成膜剂等美妆基础原料，突破卡脖子技术。

5月10日，中国品牌日当天，由青眼、青眼情报联合主办，科丝美诗、诺斯贝尔、维琪科技、丰金生物、铮信生物、C1 Life恒碳科技联合支持的2025（第十一届）中国化妆品趋势大会在上海举行。

以下是演讲实录：

张炽坚：大家下午好！首先非常感谢青眼给我们创新创业公司提供了这样一个平台，让我们有机会在这里给大家分享一下恒碳科技在生物基原料创新方面的工作。

接下来我将从四个方面进行报告。

首先请允许我先花一点时间简单介绍一下恒碳科技的背景。我们是一家以碳科学、碳平衡为核心宗旨，致力于通过创新生物技术生产高附加值、高性能材料的科技公司。我们的愿景很明确——借助生物技术的持续创新，推动全球碳中和目标的早日实现。

在国内产业布局上，我们拥有2个自有工厂和 3个共有工厂，这些工厂分布在不同区域，分别专注于生产不同种类的生物基材料。这次大会上我们重点进行科学传播的生物基原料1,3-丙二醇，就是在我们位于山东济南的工厂进行生产的。

恒碳科技的核心产品，是利用公司专利的全开放式低碳生物技术生产的生物基1,3-丙二醇，同时，我们并非仅仅停留在单一产品的生产上，而是以生物基1,3-丙二醇作为核心材料，进一步开发生产下游衍生产品，这些衍生产品能够为不同行业提供高性能的新素材，助力各行业在材料端实现绿色转型。

接下来，让我们一起看一下目前生物基原料行业的背景、市场格局，以及我们作为一家生物基原料公司，在这样的行业环境中如何谋求更好的生存与发展。

近几年，随着合成生物技术的不断成熟与创新，合成生物技术在美妆行业领域的应用也大大加速。得益于合成生物技术的发展，1,3-丙二醇得以实现大规模的量产，目前已经广泛应用于不同的化妆品配方中。

与此同时，越来越多的公司加入到生物基产品的生产中来，随着产量的增加，每年的使用成本也在逐渐降低。然而，在这种蓬勃发展的背后，我们也看到生物基原料行业正面临着日益加剧的 “内卷” 问题。

那么，是什么导致了生物基原料的日益 “内卷” 呢？我认为，除了产品自身生产技术的同质化之外，更大的原因在于产品在应用方向上的同质化以及创新力的缺失。

当众多企业都集中在相同的技术路线和应用场景时，激烈的竞争就不可避免。因此，恒碳科技在生产1,3-丙二醇产品的同时，采取了双管齐下的策略：一方面在上游不断突破合成技术创新，提升产品的核心竞争力；另一方面在下游大力与下游客户展开深度合作，共同开发更多的应用创新方向，希望能够与合作伙伴一起把市场蛋糕做大，突破当前的内卷困境。

下面，我再简单介绍一下生物基1,3-丙二醇在美妆行业的传统应用，以及恒碳科技利用1,3-丙二醇所做的创新方面的应用。

在化妆品领域，生物基1,3-丙二醇的主要应用可以分为以下五点：保湿、助防腐、增溶剂、促进渗剂和增稠。其中，保湿和助防腐是生物基1,3-丙二醇在化妆品中最重要的应用，在各种多元醇中它的保湿效果和安全性都是最高的，这是因为它的结构与甘油的结构最为接近，两个端羟基能够与水分子紧密结合，使得它的保湿效果得到了非常好的提升。同时，1,3-丙二醇比甘油少了一个羟基，这一结构差异让这个产品在具有出色保湿效果的同时，还拥有更好的清爽感和易吸收的特性，不会让使用者感到黏腻，这对于化妆品来说是非常重要的优势。

同时，在化妆品配方中，比如精华这类产品，1,3-丙二醇经常被用作助防腐的功效成分。它能够起到协同增效的作用，从而减少像苯氧乙醇等传统防腐剂的使用量，让配方更加简洁、安全，符合当下美妆行业对温和、无添加的追求。以上这些就是1,3-丙二醇在化妆品领域的常规应用。

恒碳科技除了可以提供超高纯度的1,3-丙二醇以满足上述的常规应用之外，还凭借自身的技术优势，开发了以下几个创新应用方向，为美妆行业提供更多样化的解决方案。

第一个创新应用方向，是利用葡萄糖和1,3-丙二醇进行共发酵，生产得到的 改性PHA 产品。具体来说，通过1,3-丙二醇的代谢会生成聚3 - 羟基丙酸，我们将聚 3 - 羟基丙酸共聚到 PHA 的结构式里面去，这样可以使 PHA 产品具备更好的韧性以及更低的结晶度，从而是改性PHA具有更优异的注塑效果和抗冲击性，适用于各种乳液，膏霜等不透明厚壁包材的制作。

第二个创新应用，是将生物基1,3-丙二醇应用到透明的可降解包材改性中。我们可以看到，把生物基1,3-丙二醇与碳酸二甲酯进行交换，得到 TMC 后再与 PLA 进行共聚共混，就可以生产出经过改性的 PLA 材料。经过改性的PLA具有更好的韧性和透明度还有耐热性，可通过注拉吹工艺生产各种洗发水，乳液，精华液等透明包材。

第三个创新应用，是利用非常先进的生物发酵技术以及化学合成的方式相结合，能够利用生物基1,3-丙二醇直接生产出全生物基的丙烯酸。具体流程是，通过生物发酵，我们利用氧化反应把生物基1,3-丙二醇先转化为生物基的3-羟基丙酸，再通过化学反应可以直接得到全生物基的丙烯酸。得到丙烯酸之后，我们可以利用丙烯酸生产出丙烯酸的共聚物或者衍生物，将其作为原料应用到化妆品的配方中，能够提供保湿、增稠、抗衰老等多种功效。

下面，我将着重介绍 Biebl®生物基1,3-丙二醇生产技术的创新性和科学性，以及为什么我们可以提供更低碳、更绿色、更具环境友好性以及更有社会责任感的生物基1,3-丙二醇产品。

1,3-丙二醇的生产工厂位于山东济南市的商河县，年产量达到1.5万吨。值得骄傲的是，我们目前是全球唯一一个能够生产 “三非” 来源的生物基1,3-丙二醇的工厂。

这里所说的 “三非”，指的是非粮来源、非转基因来源、非致命菌来源。具体来说，我们利用的是天然植物油来源的碳源作为原料，这就属于非粮来源；然后通过非转基因以及非致病的独家专利菌株，把天然的植物油来源碳源转化为我们的生物基1,3-丙二醇，所以我们的产品是名副其实的 “三非” 产品。

接下来，我想说一说目前我们的技术与现有的 1,3-丙二醇生产工艺有什么样的区别。

首先从石油基的1,3-丙二醇说起，现在整个行业里面已经没有石油基的1,3-丙二醇了。最开始做石油基1,3-丙二醇的是壳牌公司，但是在 2000 年初，杜邦公司开发了第一代生物基1,3-丙二醇路线之后，由于传统的石油基路线存在高温高压、高毒性的过程，对环境和人体都有较大危害，所以壳牌早在2000年的时候就已经停止了石油基路线的生产。

因此，目前在市面上，大家使用的1,3-丙二醇主要都是来自于生物法生产，而且大部分是来自于美国进口的产品。那么，现有的主流生物法1,3-丙二醇的技术路线是怎样的呢？它们主要是采用以大肠杆菌或者肺炎克雷伯氏菌这种致病菌作为生产菌株，然后通过耗氧的方法把葡萄糖等粮食来源的碳源转化为1,3-丙二醇。从这个生产过程图中可以看到，通过耗氧发酵方式，一部分葡萄糖进入TCA循环产生大量的ATP以及NADH，供给另外一条路线生产1,3-丙二醇。

然而，这条技术路线存在着明显的缺点。第一，发酵的菌株是致病菌；第二，在生产之后，这些致病菌的残渣处理也是对环境有一定危害的。如果不能够很好地处理这些残渣，对土壤以及周边环境都会存在潜在的风险，不符合当下绿色生产的理念。；第三，在这样的生产过程中，菌体很容易受到噬菌体的感染。

同时，第三个问题还涉及到能耗和碳排放。为了避免噬菌体和杂菌的侵染，生产1,3-丙二醇的时候都需要对所有的管道以及培养基进行高温高压灭菌处理，这需要消耗非常大的能耗，对碳排放也有很大的影响。另外，在耗氧生产条件下，这个过程需要耗费大量的压缩空气，通过TCA循环产生的ATP以及NADH供给生产路线，在这个过程中，菌株的代谢会排放出大量的二氧化碳，这些二氧化碳与大量的空气混合在一起，是不可能再重新分离的，所以本身发酵过程中这条路线也会产生很大的二氧化碳排放，这与全球倡导的低碳理念是相悖的。

而Biebl®生物基1,3-丙二醇技术，正是针对刚才提到的这些问题点，开发出的全新第三代技术路线。初代路线如大家所见，是利用类似玉米这样的食品来源、粮食来源的原料，再通过像大肠杆菌或者肺炎克雷伯氏菌等容易致病的菌株，在耗氧情况下生产1,3-丙二醇，所以其来源是粮食来源、转基因来源、致病菌来源以及有氧发酵来源，而有氧发酵来源也就意味着高碳排放。

恒碳科技的Biebl®生物基1,3-丙二醇路线则完全不同，可以做到利用非转基因天然植物油来源的粗甘油，通过我们的专利菌株，在全厌氧条件下进行生产。在厌氧条件下，我们排放的二氧化碳非常高纯，且比耗氧的过程少 1/30，纯度非常高，可以完全回收再利用。

此外，恒碳科技还可以做到全开放式生产。也就是说，我们的菌株可以在特定的培养条件下，做到不被任何的杂菌以及微生物侵染，这是全球唯一一个实现全开放式生产1,3-丙二醇的工艺。

所以，我们的1,3-丙二醇来源可以概括为非粮来源、非转基因来源、非致病来源以及厌氧低碳来源，从原料到生产过程都实现了绿色、低碳、环保。

当然，这一成果也是基于恒碳科技多年来的努力。当时在德国汉堡工业大学跟曾安平院士一起工作的时候，我们的主要工作是在不同地区以及不同的样本中，对超过1000个样本进行筛选，最终找到了新型的巴氏梭菌，这种巴氏梭菌具有非常强的PDO生产能力。

同时，我们构建了针对巴氏梭菌的全自动定向驯化系统。这一自动驯化系统可以做到全自动、连续每天24小时在特定条件下驯化菌株，提升菌株对粗甘油的耐受性、对PDO的耐受性以及对抗其他不同微生物杂菌侵染的鲁棒性。通过高达300次连续自动进化周期，我们的菌株最终可以做到在无通气、无强搅拌、无昂贵营养物添加的情况下，依然能够高效生产 1,3-丙二醇，同时可以做到99.9%以上的纯度。目前我们生产的1,3-丙二醇纯度已经达到99.98%以上，是完全无味无色的高品质产品。

恒碳厌氧技术最终的二氧化碳排放量是做到 0.015吨二氧化碳每吨PDO。能够做到这个值的原因主要有两点：第一，恒碳科技采用全厌氧生产，发酵过程中的二氧化碳纯度非常高，可以实现99.9%的回收，大大减少了二氧化碳的排放；第二，生产过程中产生的副产物乙酸和丁酸，可以进入到沼气化装置，重新生成沼气，并且重新燃烧转化为蒸汽或者电力，实现能量的自循环，在1.5 万吨产量的条件下，每年可以减少二氧化碳的排放量达到1.8 万吨，真正做到了负碳的结果，能够抵消其他发酵以及纯化过程中的二氧化碳排放。

我们的目标是希望在今年9月之前能够拿下碳足迹LCA报告认证，一旦获得认证，将会有力证明我们的产品是现有1,3-丙二醇产品的二氧化碳排放量的1/40，这在整个行业中是具有革命性意义的突破。

因此，恒碳科技的产品具有多方面的优势：首先是顺应趋势，生产过程不占用粮食资源，采用非粮产品作为碳源，对于消除饥饿、保障粮食安全具有积极意义；同时技术可以做到几乎零排放，完全符合2030年前碳达峰的要求，为全球碳减排目标做出贡献；第三，我们真正做到了双非转基因的产品，即原料是非转基因的、菌株也是非转基因的。

很多时候，合成生物学生产产品时，原料是非转基因，但菌株是转基因，这样的产品最终还是属于转基因产品，而我们是第一个实现双非转基因的生物基1,3-丙二醇产品，在安全性和环保性上更具优势。

同时，在这样一个良好的技术和产品基础上，我们不会停下前进的脚步，而是继续加大下游1,3-丙二醇的创新应用开发，不断拓宽它在美妆行业以及其他行业的应用方式，为更多行业提供绿色解决方案。

我的介绍到此结束，谢谢大家！

来源：小钱说科学