云南泽元雨生红球藻创业项目可研报告

计划类别：云南省高层次科技人才（团队）创业项目云南省科技计划项目可行性研究报告

项目名称：基于“异养-稀释-光诱导”串联培养的雨生红球藻粉产业化承担单位：参加（合作）单位：项目负责人：起止年限：通讯地址、邮编：联系电话、传真：电子邮箱：报告编制单位：

编写说明一、本格式适用于云南省科技厅科技计划项目开展可行性研究时使用。可行性研究报告可由承担单位自行组织编制，也可委托有关中介机构（承担科技项目立项评估工作的中介机构除外）编制。二、本报告是省科技厅组织项目可行性论证的主要材料，各项内容应实事求是地逐项编写。其中封面“计划类别”处应填写所申报的科技计划类别。三、本可研报告一律用A4纸打印，于左侧装订成册。申报材料及附件统一装订，不使用塑料封面。四、本可研报告格式可以自行复制或从云南科技信息网上下载，网址：项目信息表项目名称基于“异养-稀释-光诱导”串联培养的雨生红球藻粉产业化承担单位云南香格里拉泽元藻业健康科技有限公司项目负责人李元广项目起止年限2015年9月1日-2018年8月31日所属技术领域（1、3）1、农业2、信息3、生物、医药4、矿冶材料5、先进制造6、资源7、生态环境8、交通能源9、社会发展10、其他主要参加（合作）单位1．上海泽元海洋生物技术有限公司2．3．主要研究开发内容在利用国内外独创、具有我国自主知识产权且已实现小球藻粉产业化的微藻培养领域的一项崭新平台技术——“异养-稀释-光诱导串联培养”（SequentialHeterotrophy-Dilution-Photoautotrophy,SHDP），所建立的易于工业化的雨生红球藻高产虾青素中试工艺基础上，本项目首先在500升发酵罐/3吨管式光反应器中对异养培养和光诱导中试工艺进行进一步优化，并逐级放大至5吨发酵罐/30吨（5台6立方米）管式光反应器、20吨发酵罐/120吨（12台10立方米）管式光反应器及50吨发酵罐/300吨（15台20立方米）管式光反应器串联系统；此外，对藻细胞采收、干燥等后处理工艺进行优化与放大，大幅度降低虾青素生产成本，最终建立年产30吨雨生红球藻粉（虾青素含量>4%）的工业化生产线，并实现销售。主要实施目标及考核指标在国内外首次建立基于SHDP技术的雨生红球藻高产虾青素的工业化生产线（年产量达30吨，按照目前的市场价格，年销售额达4500万元），虾青素含量>4%，其综合成本比现有光自养培养技术低30%以上，实现终年生产和销售，预期累计实现销售超过5000万元。本项目的顺利实施，不仅可实现国内外雨生红球藻粉生产技术的升级换代，而且可加速推动SHDP这一微藻培养领域中的崭新平台技术在可异养培养的微藻方面的推广应用。预期主要成果形式（1、2、4、5、7）1.新技术2.新工艺3.新产品（含农业新品种.计算机软件等）4.新装备5.专利6.技术标准7.论文论著8.研究（咨询）报告9.其他预期获国内外知识产权情况申请或授权发明专利1-2项总经费（万元）2000自筹及其他（万元）1500申请省科技经费（万元）500可行性研究报告正文内容项目的意义和必要性当今，健康已成为人们生活的重要话题之一。人体因为与外界的持续接触，包括：呼吸（氧化反应）、外界污染、放射线照射等因素不断地在人体内产生自由基。癌症、衰老或其它疾病大都与过量自由基的产生有关联。抗氧化可以有效克服其所带来的危害，所以抗氧化被保健品、化妆品企业列为主要的研发方向之一，也是市场最重要的功能性诉求之一。虾青素是一种非维生素A原的类胡萝卜素，也是类胡萝素合成的最高级别产物，是迄今为止自然界中发现的最强的抗氧化剂，β-胡萝卜素、叶黄素、角黄素、番茄红素等都是类胡萝卜素合成的中间产物。因此，虾青素被誉为“超级抗氧化剂”，在功能食品、食品添加剂、化妆品及饲料添加剂等方面都有广阔的应用前景。虾青素因来源不同（有天然与化学合成两大类），组成也会有差异，具有3S-3'S、3R-3'R和3R-3'S（也称为左旋、右旋和内消旋）这3种异构形态，仅3S-3'S结构的虾青素才有最强的抗氧化能力。化学合成的虾青素主要为3种结构虾青素的混合物（左旋占25%、右旋占25%，内消旋50%左右），抗氧化能力和生物可吸收性都比天然的低，仅可用作动物饲料添加剂，而不能用于功能食品、食品添加剂及化妆品，因此其在结构、功能、应用及安全性等方面与天然虾青素存在着显著差异。天然来源的虾青素主要来源于单细胞绿藻雨生红球藻(Haematococcuspluvialis)、水产品废弃物以及红法夫酵母(Phaffiarhodoxyma)。雨生红球藻能在多种胁迫条件下迅速合成并大量积累虾青素，其含量可高达藻细胞干质量的4.0%~5.0%，是红法夫酵母中的虾青素含量(仅为0.05%~0.5%)的数十倍；此外，雨生红球藻中虾青素全为抗氧化活性最强的左旋结构，而红法夫酵母中的虾青素为仅具有部分抗氧化活性的右旋结构，前者明显优于后者。因此，雨生红球藻被公认为自然界中生产天然虾青素最理想的原料。目前虾青素市场由化学合成的虾青素主导，总市场需求每年超过3亿美金，且仍在逐年递增。化学合成虾青素产品出厂价格约为2000美元/公斤，全球市场约为160吨/年，水产养殖三文鱼和鲑鱼是化学合成虾青素的最大市场。目前天然虾青素主要来源于雨生红球藻，由于该藻株在传统的光自养模式下生长缓慢、培养条件苛刻，导致现有生产成本居高不下，因而天然虾青素纯品的国际市场价格很高，约为1.1万美元/公斤（即每吨折纯虾青素原料售价超过6700万元人民币），天然虾青素纯品原料目前全球的市场约为14吨/年（约9.4亿元人民币），高昂的生产成本限制了天然虾青素的大规模应用。随着市场消费需求、消费品种和消费群体的不断扩大，逐步降低虾青素原料成本是必然趋势。如果雨生红球藻生产虾青素的成本能够接近或者低于化学合成虾青素，其应用面必将进一步扩大，甚至取代现有的类胡萝卜素（每年约需350吨）和饲料虾青素（每年约需160吨）的市场，必将引起以雨生红球藻为来源的天然虾青素在功能食品、食品添加剂、化妆品、药品以及水产养殖用饵料添加剂、家禽畜牧用饲料等广阔市场的迅速爆发。因此，利用雨生红球藻生产和提取虾青素无疑具有广阔的发展前景。目前，亟需解决的难题是必须突破传统雨生红球藻细胞光自养培养模式，开发全新的培养技术，实现雨生红球藻高产、稳产以及进一步提高其虾青素含量，以大幅度降低虾青素原料成本，这已成为近年来国际上微藻生物技术领域及大健康领域研发、生产及投资的热点方向。本项目承担单位云南香格里拉泽元藻业健康科技有限公司（下称香格里拉泽元公司），注册在云南省迪庆州香格里拉经济开发区，香格里拉泽元公司的技术全部来自嘉兴泽元生物制品有限责任公司（下称嘉兴泽元公司），嘉兴泽元公司与项目参加单位上海泽元海洋生物技术有限公司在微藻培养和光生物反应器领域具有多年的联合研究和产业化开发经验，并在国内外首创了微藻培养领域的一项崭新的平台技术——异养-稀释-光诱导串联培养（SequentialHeterotrophy-Dilution-Photoautotrophy,SHDP），藉此已实现了高品质蛋白核小球藻粉的工业化生产。该技术可快速提高微藻细胞内色素、蛋白等高附加值物质的含量和产率。通过近5年的持续研究与开发，基于SHDP新技术，项目组对雨生红球藻产虾青素工艺路线进行系统开发，目前已取得重大突破且初步实现工业化验证，在15吨发酵罐/400m2跑道池系统中成功实现培养，在云南昆明已建立了户外光诱导工业化放大研究基地（占地面积约10亩，水平管式光生物反应器总体积约达20立方米、列管式光生物反应器总体积约为1000L），并已生产出数百公斤雨生红球藻藻粉（虾青素含量>4%，其中的左旋比例超过90%（见附件8），藻粉各项检测指标符合美国Cyanotech公司质量要求，直接生产成本仅为传统光自养生产技术的1/2）。该技术是利用雨生红球藻培养生产虾青素领域的一项重大突破，具有重要的产业化潜力，亟待进行系统的工艺优化和放大，尽快开展工业化试验和产业化示范。本项目的顺利实施，不仅可实现国内外雨生红球藻粉生产技术的升级换代，而且可加速推动SHDP这一微藻培养领域中的崭新平台技术在可异养培养的微藻方面的推广应用。相关技术领域国内外发展现状和趋势2.1国内外发展现状与趋势（1）雨生红球藻被公认为生产天然虾青素的最佳来源虾青素具有3S-3'S、3R-3'R和3R-3'S（也称为左旋、右旋和内消旋）这3种异构形态，仅3S-3'S结构的虾青素才有最强的抗氧化能力。其来源不同，组成也有差异，主要有3种生产方法：1）化学合成：国际化学品企业巨头Roche、BSF公司及生物产业著名企业DSM公司能合成，主要为3种结构虾青素的混合物（左旋占25%、右旋占25%，内消旋50%左右），存在抗氧化能力和生物可吸收性都比天然的低、合成过程中可能被其他物质污染等缺点，因此在结构、功能、应用及安全性等方面与天然虾青素存在着显著差异，仅可用于动物饲料添加剂，而不能用于功能食品、食品添加剂及化妆品。2）红法夫酵母发酵法：虽然易发酵培养，但是发酵成本高且虾青素的含量很低，只有0.05%~0.5%，都为右旋结构，因此仅具有部分抗氧化活性。特别是其虾青素较低的含量，也导致了提取成本很高。此外，利用红法夫酵母发酵法生产的虾青素产品含糖量过高，不利于动物和人的健康。Igene和ArcherDanielsMidland公司可以生产，但利润很低。很多科研单位及企业都放弃了利用红法夫酵母菌发酵生产虾青素技术的研究，近年来相关研发工作陷入了低谷。3）雨生红球藻养殖：单细胞绿藻雨生红球藻能在多种胁迫条件下迅速合成并大量积累虾青素，最高可达藻细胞干质量的4.0%~5.0%，远远高于从水产品废弃物中提取和利用红法夫酵母的含量(0.05%~0.5%)，且获得的虾青素为100%左旋（3S-3'S）结构，具有最强的抗氧化活性。目前主要有美国的Cyanotech、以色列的Algatech公司、日本的FUJI等公司可以量产（各公司的虾青素年产量合计约10吨）。雨生红球藻在生产虾青素的各方面皆优于红法夫酵母菌（表1），因此被公认为生产天然虾青素的最佳来源。利用雨生红球藻来生产和提取虾青素无疑具有广阔的发展前景，已成为近年来国际上虾青素领域的研究与开发热点。表1红法夫酵母与雨生红球藻生产虾青素的各项指标的比较红法夫酵母雨生红球藻虾青素含量0.05%~0.5%1%-5%虾青素结构3R-3'R，仅具部分抗氧化活性，与天然鱼类具有的虾青素不同3S-3'S，100%抗氧化活性，与天然鱼类完全相同虾青素质量近100%单体、稳定性差，含糖量过高对动物和人健康不利约70%的单酯，25%的双酯及5%的单体。稳定性相对较好，特别是与水产养殖动物自身配比极为相似，易吸收利用虾青素产率(发酵体积计算)最高约78.7mg/L/d186mg/L/da后处理成本虾青素含量低，后处理成本高虾青素含量高，后处理成本相对较低用途以饲料添加剂为主高档保健品、化妆品、饲料添加剂等，应用广泛毛利约3%（Igene公司）约34%（Cyanotech公司）注：a,采用本项目独创技术，下文将详细说明。（2）雨生红球藻产业化现状雨生红球藻积累虾青素需要一定的极端环境，但在极端环境下则细胞又失去繁殖能力。因此，国际上已成功实现产业化的生产模式主要采用了两阶段生产方式，即先实现细胞的高密度营养生长，再在胁迫条件下使细胞积累虾青素。第一阶段主要进行雨生红球藻的光自养培养，使其高密度生长；第二阶段（虾青素积累）是通过诸如高光照、高盐、营养盐饥饿等一系列胁迫手段，促使雨生红球藻在恶劣的生存环境下转变为厚壁孢子，以达到积累虾青素的目的。在这两个阶段中，雨生红球藻所需的营养及环境条件不同，目前国内外研究主要集中在这两个阶段的条件选择和控制以及环境因子的影响等方面。通常情况下，光自养培养阶段并不积累虾青素，目的在于增加细胞数目，当到达指数生长期的末期时，由于氮、磷等营养盐的消耗，光自养细胞不经稀释等操作而直接转入第二阶段（光诱导阶段），此时辅以强光、高盐等胁迫条件且添加氮磷缺乏的培养基，促进虾青素的积累，此阶段细胞数目不再增加，有时随着胁迫条件的恶劣程度增加，细胞数目下降，但由于细胞孢子化及膨大，细胞重量缓慢增加。目前有能力商业化养殖雨生红球藻的企业，全球主要有7个国家12家公司：美国Cyanotech公司，以色列Algatech公司，日本FUJI化学集团（分别在瑞典斯德哥尔摩和美国华盛顿州设有工厂）和Biogenic公司（生产厂设在中国云南昆明），中国云南爱尔发天然虾青素生物技术有限公司、云南云彩金可生物技术有限公司、石林爱生行生物技术有限公司、湖北荆州市天然虾青素有限公司，印度Bioprex公司，新西兰Supreme公司，马来西亚的BioNest和AlgaetechInternational等。上述企业均采用基于光自养培养技术的二步法（即室内藻种培养、室外绿色细胞一级培养和二级培养，虾青素诱导培养等4级）进行培养，其余一些国家和企业大都处于研发阶段。2.2国内外现有技术基础（1）现有高成本低效率的雨生红球藻培养技术，制约了应用雨生红球藻产虾青素的产业化进程1）光自养培养：国际上已成功实现产业化的生产模式主要基于光自养培养的两阶段模式。光自养培养的缺点是雨生红球藻细胞生长速度慢、细胞密度及虾青素产率低。目前光自养培养雨生红球藻的最大细胞干重为Ranjbar等在16升鼓泡柱式反应器中达到的6.8g/L（细胞产率为0.2g/L/d）。虾青素最高体积产率为Katoh等在1L圆柱鼓泡式光生物反应器中培养雨生红球藻所获得的23.04mg/L/d，虾青素的最高面积产率为Olaizola等在25,000L户外光生物反应器中培养所达到的390mg/m2/d，但其细胞产率仅为0.052g/L/d。此外，文献可见的最大细胞产率为Malea等在室内1.8L鼓泡柱式反应器中达到的0.58g/L/d和室外220L管式反应器（气升式）中达到的0.68g/L/d。而文献报道的户外规模化的光自养培养藻细胞干重可达到0.36g/L，产率为0.052g/L/d，经过诱导处理后，虾青素含量达2%左右。此外，雨生红球藻生长条件相对温和，很多种生物如轮虫等原生动物和其它微型藻类都能在雨生红球藻培养基中生长繁殖，生物污染防治成为该藻规模化培养时很难克服的问题。因此，传统的光自养两阶段培养系统无法克服诸如扩种难、产量低、易污染（水平管光生物反应器光自养培养雨生红球藻细胞过程中受杂藻、纤毛虫等虫害、真菌等污染严重）、受季节（冬天低温和夏天高温不适合雨生红球藻细胞的生长及虾青素的积累）及天气（雨天和阴天不利于雨生红球藻细胞生长及虾青素的积累）变化影响大等一系列难题。2）异养培养：微藻异养培养虽然存在细胞内虾青素、叶绿素等色素和蛋白质含量低等缺点，但其优点是微藻能够在发酵罐中进行高密度培养，细胞生长速率较快。异养培养能够获得高细胞密度和高细胞生长速度，但由于在无光环境下，虾青素无法有效积累。文献报道采用异养培养雨生红球藻的最高藻细胞干重为7g/L，细胞产率为0.3g/L/d，但其虾青素产率较低（仅为4.4mg/L/d）。可见，该方法与传统的光自养两阶段培养产虾青素相比不具有优势，无法用于高产虾青素的雨生红球藻规模化培养。3）混合营养培养：雨生红球藻除异养培养和光自养培养模式外，还有一种不常用的培养模式即混合营养培养。但该培养模式只能在可蒸汽灭菌的封闭式光生物反应器中进行，且培养过程必须保证绝对的无菌，同时需要光源的合理配置，这在实际生产中无法实现。因此，利用混合营养模式培养雨生红球藻生产虾青素不具有产业化价值。由上述可见，无论是采用光自养培养模式还是异养培养模式，较低的胞内虾青素含量和虾青素产率，同时加上雨生红球藻大规模培养的高成本，制约了应用雨生红球藻培养来生产虾青素的产业化进程。特别是，雨生红球藻的生长对环境因子变化敏感，培养条件相对苛刻。如何在环境变化复杂的户外条件下，实现虾青素稳产、高产，是目前国内外仍未解决的技术难点。以目前虾青素生产技术水平较高的美国Cyanotech公司为例，其生产的雨生红球藻中虾青素含量也在0.7%到3.4%大幅变动，仍无法实现较高含量虾青素的雨生红球藻粉的生产。此外，也普遍存在光生物反应器清洗及放大困难、维护成本高等一系列问题。因此虾青素价格居高不下，无法满足市场需求。因此，有必要探索新的雨生红球藻培养工艺或方法使虾青素产率及含量显著提高，大幅度降低其大规模培养的成本，从而实现国内外雨生红球藻粉生产技术的升级换代。（3）自主开发的易放大、高效率、低成本雨生红球藻“异养-稀释-光诱导”串联培养新技术已成为雨生红球藻生产虾青素领域的一项重大突破针对目前雨生红球藻培养中存在的上述问题，本项目组经过近5年的持续研究与开发，在国内外首次发明了一种用于生产虾青素的雨生红球藻SHDP培养新技术，已申请中国发明专利：201210264946.X和PCT专利PCT/CN2013/084262），2015年初已申请美国（申请号：14/417,166）、欧盟（申请号：13823422.4）、澳大利亚（申请号：2013295436）、印度（申请号：1606/DELNP/2015）、巴西（申请号：BR1120150016375）等专利（详见附件4）。该技术创造性地将雨生红球藻培养生产虾青素的过程分为：以快速获得高密度细胞为目的异养培养、以降低藻细胞密度和造成营养胁迫为目的之稀释、以提高雨生红球藻胞内虾青素含量同时进一步提高雨生红球藻细胞重量为目的之光诱导培养等三个阶段。通过异养培养可在短时间内获得大量雨生红球藻细胞，藻液经特殊培养基稀释后转入光诱导培养，藻体内虾青素含量及细胞重量迅速提升至初始的数倍以上。SHDP技术使用异养代替雨生红球藻光自养过程中第一阶段的绿色细胞培养阶段（即室内细胞培养及户外的一级培养和二级培养），可解决光自养培养方式中存在的细胞产量低、培养条件控制难、易污染、产品质量难于控制、封闭式光生物反应器放大和清洗困难等难题。利用该技术，异养阶段的细胞干重可高达26g/L，平均产率达1.53g/L/d；雨生红球藻异养细胞在光诱导阶段细胞干重可增加数倍，虾青素含量可达5%以上，虾青素产率已远超过目前文献报道水平（见表2）。目前该技术的中试及初步工业化试验已取得成功，异养培养规模已达到15吨发酵罐，光诱导的敞开式跑道池面积达400平方米，水平管式光生物反应器总体积约达20立方米，已生产出数百公斤质量上乘的藻粉（详见附件8，藻粉各项检测指标均符合美国Cyanotech公司质量要求，表3）。且通过初步成本核算，采用SHDP技术生产的红球藻藻粉直接成本远低于传统光自养生产工艺的直接成本，并仍具有较大的成本降低空间。该技术是利用雨生红球藻生产虾青素领域的一大突破，具有重要的产业化前景，亟待进行系统的工艺优化和放大，尽快开展工业化试验和产业化示范。该技术的产业化有望彻底淘汰国内外现有雨生红球藻光自养培养技术，使雨生红球藻产天然虾青素的生产技术更新换代。表2雨生红球藻产虾青素相关研究的汇总藻株培养设备细胞生长阶段体积（L）细胞生长阶段产率(g/L/d)诱导后虾青素含量(%,w/w)虾青素产率(mg/L/d)CCAP34/8管道式光反应器55-1.14.4CCAP34/8鼓泡柱式反应器55-0.20.12CCAP34/8鼓泡柱式反应器1.8-0.85.6CCAP34/8鼓泡柱式反应器1.80.58--CCAP34/8管道式光反应器2200.68--CCAP34/8鼓泡柱式反应器1.8-18CCAP34/8鼓泡柱式反应器1.8-1.121CCAP34/7气升式柱式反应器300.032.70.44NIES-144鼓泡柱式反应器10.4-12NIES-144气升式柱式反应器10.4-18NIES-144鼓泡柱式反应器10.363.612NIES-144发酵罐2.30.27524.4AQSE002管道式光反应器/开放池25,0000.036-0.0522.8-3.0-K-0084管道式光反应器2000.373.8~10.1K-0084鼓泡柱式反应器0.50.54~11.5K-0084鼓泡柱式反应器0.6-2.717.1UTEX16发酵罐2.5-4.3-Localisolation管道式光反应器50-3.67.2本项目ZY-18发酵罐5001.534.6186注：虾青素产量按细胞培养体积计算。表3泽元公司雨生红球藻藻粉质量检验分析检验项目美国Cyanotech公司藻粉质量标准泽元公司藻粉检测结果单项判断结论外观红色或暗红色均匀粉末；无肉眼可见杂质红色；均匀粉末；无肉眼可见杂质合格气味无味或略带海藻鲜味略带海藻鲜味合格总虾青素含量（%）≥2.2>4%合格反式虾青素占总虾青素的含量（%）≥70%90.10%合格水分（g/100g）≤85.1合格灰分（g/100g）≤86.2合格蛋白质（g/100g）>1520.1合格砷As（mg/kg）<3.00.5合格铅Pb（mg/kg）<5.02.9合格镉Cd（mg/kg）<2.50.07合格汞Hg（mg/kg）<0.10.004合格项目承担单位、参加（合作）单位、项目组主要成员概况及在项目中的分工2015年6月25日，本项目承担单位——云南香格里拉泽元藻业健康科技有限公司正式注册成立（下称香格里拉泽元公司），注册资本为壹仟万人民币，公司注册地为云南省迪庆藏族自治州香格里拉经济开发区（县镇）金沙路16（街）号开发区管委会4楼403室，经营范围包括微藻生物制品、微藻培养及光生物反应器的技术研发、技术转让、技术咨询、技术服务，微藻培养、加工与销售，光生物反应器设计、加工及销售；从事进出口业务等（见附件11）。本项目的技术来自嘉兴泽元生物制品有限责任公司，嘉兴泽元公司是本项目承担单位香格里拉泽元公司的控股股东和发起单位，可确保为项目的顺利实施提供技术力量和条件保障（见附件5、附件20和附件21）。此外，多学科、多平台的相互支持，产学研用的通力合作，可保证项目各项指标的全面落实和完成。本项目合作单位上海泽元海洋生物技术有限公司成立于2001年，长期从事微藻培养及光生物反应器方面的研发工作，是嘉兴泽元生物制品有限责任公司的最大股东，SHDP技术主要是由本项目合作单位和华东理工大学合作开发并初步完成小球藻的SHDP技术中试开发工作。嘉兴泽元生物制品有限责任公司由嘉兴科技城管理委员会、华东理工大学、上海泽元海洋生物技术有限公司等共同投资（见附件22），公司于2011年2月在嘉兴正式注册，注册资本3000万元。公司拥有以SHDP技术为核心的系列微藻培养及光生物反应器技术，共申请国内外发明专利25项。微藻能源与SHDP技术及系列微藻产品的开发与产业化项目，于2010年入选"创新嘉兴精英引领计划"--嘉兴市引进领军人才计划。公司的技术团队由我国微藻能源方向首个“973”项目首席科学家李元广教授领衔，现有教授、副教授、高级工程师、博士等各类高素质研发管理人员40余名，其他生产、工程、后勤等各类员工40余名，公司在微藻培养领域具有“工程、工艺、装备”一体化开发的综合实力。公司拥有4000m2的实验及办公用房、2400m2的工业厂房、25亩土地（可用于雨生红球藻户外大规模培养）。公司在小球藻粉生产、光生物反应器开发、能源微藻户外光自养培养、微藻固定CO21）有相关的已实现产业化的技术基础：公司采用“异养-稀释-光诱导”串联培养技术，在500L发酵罐及配套的80m2跑道池中已成功实现了小球藻的高密度高品质培养，生产出高质量的小球藻藻粉10余吨；2013年7月和其他生物医药企业合作，完成蛋白核小球藻粉生产的工业化实验，一次性将异养培养规模从500L罐成功地放大到65吨发酵罐，其细胞产率是传统技术（光自养培养）的近百倍；随后又和某发酵企业签订委托加工合作协议开始小球藻粉的生产，已生产出30多吨高品质的小球藻粉并以高价被抢购一空。该技术从发明到完成工业化放大试验，历经十年终于可成功用于工业化生产，解决了制约微藻产业发展的高密度高品质培养这一“瓶颈”问题，在国内外微藻领域引起巨大的反响。2）已于2011年建成包括4台50L发酵罐、2台500L发酵罐规模的微藻异养培养中试线1条（图1）、建成包含离心（5立方米/h）、干燥（50Kg水/h）在内的微藻采收与干燥的中试系统，正在建设2台10吨规模的微藻异养培养系统。3）已建成户外约10000平方米的包括敞开式跑道池、各类封闭式光生物反应器在内的微藻光诱导和光自养培养系统。4）基于973项目的课题“基于光照方向混合及光衰减特性的光生物反应器设计与放大原理”的支持，开展了光生物反应器优化与放大方法的研究，确定了影响光生物反应器性能的主要敏感性参数——流体在光照方向的速率及藻细胞的光暗循环周期，并初步建立基于敏感性参数并结合计算流体力学（CFD）及微藻培养热模实验相验证的光生物反应器优化与放大方法，为本项目中雨生红球藻光诱导用水平管式光生物反应器及光诱导工艺的优化与放大奠定了良好的基础。5）初步建立了微藻能源及微藻固碳研究基地（见图2），建成约700平方米的玻璃房，拥有不同规模大小的平板式光生物反应器（15L、350L及1000L）和敞开式跑道池（小型规模：长2.5m宽0.5m；中型规模：长10m宽2m；大型规模：长25m宽5m）6）在昆明宜良建立了户外光诱导工业化放大研究基地（占地面积约10亩，水平管式光生物反应器总体积约达20立方米、列管式光生物反应器总体积约为1000L）。图1项目申报单位微藻异养培养系统及锅炉系统图2项目申报单位已经建立的微藻培养研究基地图3采用SHDP技术进行的雨生红球藻户外光诱导项目负责人简介：李元广教授，男，1966年生，1994年3月博士毕业于清华大学化工系生物化工与食品化工研究所。现为华东理工大学生化工程2级教授，校学术委员会委员，生物化工、发酵工程、化学工程专业博士生导师。2010年入选首批“创新嘉兴精英引领计划”—嘉兴市科技领军人才，2011年度启动的能源领域973计划项目（微藻能源规模化制备的科学基础，项目编号：2001CB200900）首席科学家（见附件2）。现任生物反应器工程国家重点实验室海洋生化工程研究室主任。曾任海洋生化工程研究所所长、国家生化工程技术研究中心（上海）主任助理。兼任“生物农药与生物防治产业技术创新战略联盟”常务理事、“中国环境增值产业技术创新战略联盟”常务理事、“中国海洋学会海洋生物工程专业委员会”常务理事，“中国化工学会生物化工专业委员会”委员、“中国可再生能源学会生物质能专业委员会”委员、“中国海洋湖泊沼学会藻类学分会”理事、“中国空间科学学会空间生命专业委员会”委员、“中国农业生物技术学会微生物生物技术分会”理事。兼任“中石化生物燃料和生物化工重点实验室学术委员会”委员、“中科院藻类生物学重点实验室学术委员会”委员、“中科院生物能源重点实验室学术委员会”委员、“天津市工业生物系统与过程工程重点实验室学术委员会”委员、“浙江省近岸水域生物资源开发与保护重点实验室学术委员会”委员等。研究方向主要包括微藻培养及光生物反应器、微藻能源与CO2减排、生物农药等。自1995年以来在微藻培养及光生物反应器方面，承担并完成了“九五”和“十五”海洋生物技术863（4项）、国家“九五”和“十五”科技攻关（2项）、上海市科技攻关、教育部青年骨干教师基金、上海市青年科技启明星计划等14个科研项目。目前正承担973微藻能源项目和国家自然科学基金各1项。在封闭式光生物反应器、饵料微藻、转基因微藻高密度培养等方面开展了多年的研究和开发工作，承担并完成多项国家及上海市有关封闭式光生物反应器及微藻高密度培养方面的课题，取得了多项研究成果，主要包括以下5方面：（a）封闭式光生物反应器及放大技术：应用生物反应器原理并结合微藻培养技术，开发出了达国内领先水平的封闭式光生物反应器及其放大技术。在所负责的国家“九五”科技攻关项目“光生物反应器研制及其在藻类大规模培养中的应用研究”支持下，研制出了我国第一台封闭式光生物反应器，所负责完成的“封闭式光生物反应器及微藻高密度培养与养殖过程在线检测技术”被认定为国家“九五”科技攻关成果；负责研制的“多节-气升式-内光源平板式光生物反应器”获得了授权中国发明专利（ZL200610026539.X），已成功地放大到1吨规模并应用于饵料微藻的规模培养；2009年在国际上发表了第一篇利用CFD模拟技术优化光生物反应器内部结构并经过微藻培养实验验证的文章；（b）封闭式光生物反应器饵料微藻培养工艺优化和放大技术；（c）转基因微藻高密度光自养培养技术；（d）在国内外首创了微藻培养技术领域的一项崭新的平台技术—异养-稀释-光诱导串联培养技术（已授权2项中国发明专利：ZL200610024004.9、ZL200610025618.9），采用该技术实现了普通小球藻和蛋白核小球藻的高密度高品质培养；（e）高产油脂的小球藻藻种选育、能源微藻高效光自养培养技术。迄今累计申请中国发明专利和PCT专利等40余项；发表SCI、EI等学术论文100余篇；出版编著1本及书稿3章。项目核心骨干--万民熙博士简介：男，1981年出生，华东理工大学生物工程学院讲师。2003年毕业于中南大学化学化工学院化工系并获得学士学位。2007年毕业于中南大学资源加工与生物工程学院生物系并获得硕士学位。2012年毕业于中南大学资源加工与生物工程学院生物系并获得博士学位，博士期间在美国JohnsHopkinsUniversity，DepartmentofChemical&BiomolecularEngineering进行2年联合培养。主要从事微藻选育、藻类产品开发、微藻分子生物学等方面的研究。作为课题负责人和主要研究人员先后承担了近6项国家级科研项目，在国内外权威科技期刊上，如BiotechnologyandBioengineering、AppliedMicrobiologyandBiotechnology、BiotechnologyforBiofuels、BioresourceTechnology等发表论文二十余篇，其中SCI收录16篇，申请PCT专利1项（一种利用微藻高效生产虾青素的新方法，PCT/CN2013/084262）。目前正在承担项目：国家“863”计划课题——“高产虾青素的雨生红球藻‘异养-稀释-光诱导串联’培养新工艺的优化与工业化放大”（课题编号：2015AA020602，见附件10）；“十二五”973计划项目“微藻能源规模化制备的科学基础”课题“基于光照方向混合及光衰减特性的光生物反应器设计与放大原理”（课题编号：2011CB200903）的子课题“光生物反应器热模验证——雨生红球藻培养工艺优化与放大研究”。项目核心骨干--俞安全副总经理简介：男，1965年11月出生，江西婺源人，中共党员，1993年毕业于华北制药职工大学抗生素发酵专业，助理工程师。1984年进入江西东风制药有限责任公司在发酵车间工作，1993年起在江西东风药业股份有限公司原料药分厂工作。1996年-2004年作为原料药分厂厂长、葡萄糖车间主任和生化分厂厂长一直负责青霉素G、青霉素V钾发酵和淀粉糖的生产。2004年7月-2008年2月作为东风药业贸易部长、大区总监，江中集团督导部主管负责原料药及制剂的销售和管理，2008年2月至2011年6月担任质量部长负责原料药产品质量管理及产品注册，2011年6月至2011年底在同联集团（江西东风药业的母公司）销售部担任销售经理，从事原料药销售的管理。在多年生产管理的过程中，获得96年江西省试点工程青霉素项目10万元的大奖，青霉素V钾发酵水平全国第一，葡萄糖生产收率全国先进水平；在质量管理阶段，每年通过有数十家左右国内外的国家及客户审计，完成了印度、欧洲、美洲等很多国家的产品注册；在销售管理阶段，成功的拓展了东北大区及西南大区我公司空白区域，使西南大区从200万销售一跃成为1000多万的市场（一年），成为我公司销售明星，原料药销售达1.5个亿。进公司以来，多次被评为公司先进，优秀党员，省级劳模称号。2011年11月份至2013年5月，进入江西爱贞纳制药有限公司（主要从事甾体发酵及合成），担任公司副总和党支部书记，负责生产协调和管理。在任职期间解决了发酵生产最重要的染菌问题，染菌率从以前的50%以上降到了1%以下，AD(4,雄烯二酮）及ADD（1，4，雄烯二酮）发酵收率得到显著的提高，使公司从严重亏损转为盈利，取得了良好的社会效益和经济效益。2013年5月至2014年底担任江西爱贞纳制药有限公司总经理。2015年2月至今，进入嘉兴泽元生物制品有限公司，担任生产副总。项目现有工作基础和支撑条件嘉兴泽元生物制品有限责任公司在国内外首创了微藻培养领域的一项崭新平台技术——“异养-稀释-光诱导串联培养”（SHDP），藉此已实现高品质小球藻粉的工业化生产（已申请包括美国、欧盟等国外专利在内的相关专利25项）。该技术可快速提高微藻细胞内色素、蛋白等高附加值物质的含量和产率。通过近5年的持续研究与开发，基于SHDP技术，嘉兴泽元对高产虾青素雨生红球藻培养新工艺进行系统开发，2013年8月技术路线贯通并取得重大突破，完成500L发酵罐/80m2跑道池规模的中试并取得成功；2014年6月在2T和15T发酵罐/400m2跑道池中放大成功，并自主开发数套新型光生物反应器。2014年7月以来，嘉兴泽元分别在西藏拉萨、云南昆明及迪庆香格里拉经济开发区三地开展了雨生红球藻异养细胞户外规模化光诱导试验，在云南昆明建立了户外光诱导工业化放大研究基地（占地面积约10亩，水平管式光生物反应器总体积约达20立方米、列管式光生物反应器总体积约为1000L），昆明基地按照1:1比例进行大规模工业化生产放大试验（内容包括：运输方式、反应器材质筛选、反应器安装方式、水源的选择、阳光照射角度选择、温度控制方式、泵等的选型、反应器清洗方式、流速及压力选择与控制、不同季节水平管式反应器与列管式反应器诱导效果差异、诱导细胞密度、生物污染防控、采收方式、干燥方式、成品质量特别是重金属控制与检测等），获得了大量工业化验证数据。在此基础上，嘉兴泽元已完成了年产5吨雨生红球藻生产线设计与设备选型及订购工作，以2台10T发酵罐为核心的异养培养系统将于2015年10月投入使用，与之相配套的光诱导系统、采收系统及干燥系统正在迪庆香格里拉经济开发区兴建，预计2015年11月投入运行；同时已初步完成年产30吨雨生红球藻粉生产线的设计以及年产100吨/200吨/500吨/1000吨雨生红球藻粉生产线的规划设计。云南昆明基地生产的雨生红球藻其虾青素含量超过5%，雨生红球藻产量及虾青素产出率远均超过目前文献报道水平。通过成本核算，采用SHDP技术生产的红球藻藻粉直接成本远低于传统光自养生产工艺的直接成本，并仍具有较大的成本降低空间。SHDP技术在微藻培养领域中的实际应用，有望彻底淘汰国内外现行的雨生红球藻基于光自养培养技术的二步法，不仅可实现国内外雨生红球藻粉生产技术的升级换代，还可同时推进以虾青素为主要原料的抗氧化类营养品的商业化进程。目前该技术中的异养培养已成功放大到工业化规模（15吨发酵罐），敞开式跑道池的光诱导系统也已放大到工业化规模，已生产出数百公斤藻粉（原材料和动力成本不超过150元/Kg，虾青素含量超过5%）。SHDP技术以异养培养技术取代了雨生红球藻光自养培养技术中的室内藻种培养（无菌房间）、室外绿色细胞一级培养和二级培养，从而解决了雨生红球藻光自养培养中扩种难、产量低、易污染（水平管光生物反应器光自养培养雨生红球藻细胞过程中受杂藻、纤毛虫等虫害、真菌等污染严重）、受季节（冬天低温和夏天高温不适合雨生红球藻细胞的生长及虾青素的积累）及天气（雨天和阴天不利于雨生红球藻细胞生长及虾青素的积累）变化影响大等一系列难题，大幅提高雨生红球藻产量和虾青素含量，降低天然虾青素生产成本。高产虾青素雨生红球藻SHDP技术已公开中国方面专利（申请号：201210264946.X）和PCT专利（申请号：PCT/CN2013/084262），2015年初已申请美国（申请号：14/417,166）、欧盟（申请号：13823422.4）、澳大利亚（申请号：2013295436）、印度（申请号：1606/DELNP/2015）、巴西（申请号：BR1120150016375）等专利（见附件4）。嘉兴泽元独创的微藻培养SHDP平台技术已引起国家相关部门和国内外虾青素产品生产企业的高度关注。2014年，嘉兴泽元作为承担单位申报的国家“863”计划课题——“高产虾青素的雨生红球藻‘异养-稀释-光诱导串联’培养新工艺的优化与工业化放大”获得国家科技部立项支持（课题号：2015AA020602，见附件10）（8个单位所申请的虾青素项目中唯一获得立项支持），国拨专项经费750万元。该“863”计划课题的正式立项，为本项目实现产业化奠定了更加坚实的技术基础。SHDP技术是培养雨生红球藻生产技术的一项重大突破，优势明显（见表4），具有良好的工业化应用前景。表4嘉兴泽元公司和SHDP技术的优缺点分析比较因素其他企业传统光自养技术泽元公司及SHDP技术种子制备及细胞生长种子扩培与细胞生长受天气影响很大，生产不稳定，易污染通过在发酵罐中异养培养获得，可确保稳定生产光诱导部分受温度及光照影响大，无法全年生产，占地面积大，产量低，难以规模化可及时提供种子且迅速实现规模化诱导，在高温及低温季节可生产小球藻等，设备及人员可以全年运转，易于规模化光生物反应器水平管式，无技术和专利壁垒列管式，拥有专利，操作简单，占地面积约为水平管40%，运行成本约为水平管的1/3设备利用率冬天低温和夏季高温无法生产可组合生产小球藻，确保设备全年运行选址偏僻，非旅游区选定香格里经济拉开发区，离丽江机场约1小时车程，低海拔，高紫外线，空气和水的质量好；科普和旅游一体化，可迅速打开旅游产品市场；工业用地和农业土地相结合，光诱导效率远超其他地方；环境好，水电便宜；藏区易于上市技术研发力量技术相对成熟，优化空间小，团队研发能力弱具有强大的高水平研发团队，优化空间大，在学术界、企业界及政府的影响力大知识产权相互抄袭，容易有纠纷具有自主知识产权（见附件4和附件6）成熟度相对成熟起步较晚，终端产品影响力小，管理和营销团队需要进一步完善，知识产权方面需要严格保护综合比较成熟，成本高，受气候影响大，无法终年生产，难以规模化受气候影响小，和小球藻等组合，可终年生产，易于大规模产业化、成本低、质量高通过半年多（2015年1月10日至今）的雨生红球藻异养细胞的光诱导试验证明，迪庆香格里拉开发区的雨生红球藻产量明显高于昆明的宜良，且水源充足且质量更好、环境优美、电价便宜（不超过0.46元/度）。2015年6月中国-南亚博览会期间，嘉兴泽元与云南迪庆香格里拉经济开发管理委员会区正式签约（见附件7），确定产业化所需土地（工业用地约110亩、农业用地约2000亩）、水电（电价比内地便宜至少50%）等资源，正在进行土地平整等工作，计划于2015年10月实现年产5吨雨生红球藻生产线的运行（每月可以生产约500公斤雨生红球藻粉，产值约75万元）。此外，云南香格里拉泽元藻业健康科技有限公司和云南迪庆香格里拉经济开发管理委员会于2015年7月15日签订了土地租赁协议（见附件26）。随后将通过融资进行生产线扩建，即：2016-2017年建成年产30吨雨生红球藻生产线、2018-2019年力争建成年产100-200吨雨生红球藻生产线、2020年力争建成年产500-1000吨雨生红球藻生产线。此外，还拟建成深加工产品如雨生红球藻新资源食品生产线、虾青素提取生产线及保健品生产线等。项目主要研究开发内容、技术关键及创新点（1）研究内容1）雨生红球藻异养培养和光诱导中试工艺的优化利用已有的高品质雨生红球藻藻种，在500L发酵罐和3吨管式光生物反应器串联系统中，系统优化雨生红球藻异养培养和光诱导中试工艺。采用生物反应器混合特性（如混合程度、剪切力）和藻细胞的生理生态特性相结合的方法，从流体混合、环境因子（DO、营养盐浓度）及补料策略等角度对雨生红球藻在500L发酵罐中的异养培养工艺进行优化，建立雨生红球藻的高效异养培养中试工艺。在单台体积为3吨的管式光生物反应器中，从光生物反应器结构优化、光生物反应器中的混合及藻细胞受光特性调控（如初始藻细胞密度）及光诱导过程中环境条件（如温度）的控制策略等方面，对雨生红球藻的光诱导工艺进行优化，并对管式光生物反应器的清洗及控温方式进行研究。最终，建立雨生红球藻高产虾青素的光诱导中试系统及诱导工艺。2）雨生红球藻异养培养和光诱导工艺的逐级放大及进一步优化在上述500L发酵罐和3吨管式光生物反应器串联系统中建立的雨生红球藻高产虾青素中试优化工艺的基础上，采用生物反应器中流场特性、环境因子及藻细胞生理生态特性相结合的方法，将雨生红球藻的异养培养中试工艺逐级放大至5吨发酵罐、20吨发酵罐及50吨发酵罐；采用光生物反应器中混合及藻细胞受光特性及环境条件调控相结合的方法，将雨生红球藻的光诱导中试系统及工艺逐级放大至单台体积为3吨、10吨及20吨管式光生物反应器。雨生红球的异养和光诱导工艺的每放大一级时，对该放大规模后的雨生红球的异养和光诱导工艺进行进一步的调整和优化，建立该规模下雨生红球藻高产虾青素的优化工艺。3）雨生红球藻采收和干燥工艺的优化与放大采用分级采收的方式，即先通过藻细胞沉降去除光诱导藻液中的大部分液体，并通过膜过滤方法回收上清液中的细胞。从动态沉降塔的结构设计、处理流量及沉降时间；膜过滤的压力及流量等方面对采收工艺进行优化，并进一步放大藻细胞的采收工艺，最终，建立高效、低成本的雨生红球藻的采收工艺；通过对离心式喷雾干燥塔的操作条件进行进一步优化和放大，最终建立高效、低成本的雨生红球藻干燥工艺。4）雨生红球藻“异养-稀释-光诱导串联培养”高产虾青素的工业化生产线建立与运转在上述建立的各级规模的雨生红球藻“异养-稀释-光诱导串联培养”高产虾青素工艺的基础上，对各个环节和各级规模的异养培养及光诱导系统进行集成分析与优化，大幅度降低生产成本，提高生产效率和产品质量，最终建立年产30吨雨生红球藻粉的工业化生产线。5）雨生红球藻高产虾青素素的技术规范及产品企业标准的建立在雨生红球藻“异养-稀释-光诱导串联培养”高产虾青素的工业化生产线上连续运转6个月及以上，在运转过程中开展生产工艺的进一步调整与完善、成本核算，并建立生产操作流程及技术规范与产品的企业标准。（2）拟解决的技术难点本项目的有如下2个技术难点：1）高密度雨生红球藻异养培养工艺的优化和放大，尤其是基于流场特性、环境因子及藻细胞生理生态特性相结合的雨生红球藻异养培养工艺的放大；2）户外条件（变化的温度、光强等环境下）下雨生红球藻高效产虾青素的光诱导工艺的优化和放大，尤其是基于光生物反应器中混合及藻细胞受光特性和环境条件调控相结合的雨生红球藻光诱导工艺的放大。（3）技术路线本项目的技术路线如图4所示：图4本项目的技术路线（4）创新点创新点1：利用具有我国自主知识产权的微藻培养领域的一项崭新平台技术“微藻异养-稀释-光诱导串联培养技术”，通过中试工艺优化与逐级放大，大幅度提高雨生红球藻生产虾青素的效率及降低生产成本，首次建立年产30吨级雨生红球藻粉（虾青素含量>4%）的大规模工业化生产线，实现雨生红球藻高产虾青素的大规模工业化生产，使得雨生红球藻的大规模培养技术升级换代，有望彻底取代现有的雨生红球藻“光自养培养—光诱导”两段式的培养模式。创新点2：结合发酵领域先进的工艺优化与放大技术与雨生红球藻特殊的生长环境及特别的生理生态特性（生活史），在国内外首次开展基于流场特性、环境因子及藻细胞生理生态特性相结合的雨生红球藻异养培养工艺的优化与放大，实现雨生红球藻的高密度高效率异养培养。创新点3：基于光生物反应器中的混合（尤其是流体在光照方向的混合）及藻细胞受光特性和环境条件调控相结合的方法，开展雨生红球藻高产虾青素光诱导工艺的优化与放大，并建立雨生红球藻高产虾青素的光诱导培养工艺及其大规模的高效光诱导系统。项目预期目标、考核指标，预期提交的成果（1）预期目标1）形成具有我国自主知识产权的利用雨生红球藻“异养-稀释-光诱导串联培养技术”高产虾青素规模化生产的成套工艺与示范系统；2）基于微藻领域崭新的平台技术——“异养-稀释-光诱导串联培养”，建立年产30吨雨生红球藻粉（虾青素含量>4%）的大规模工业化生产线，并实现销售。（2）主要技术指标和水平1)雨生红球藻在5吨、20吨及50吨发酵罐中异养培养的最高藻细胞密度≥6g/L，藻细胞的平均生长速率≥0.4g/L/d；3)雨生红球藻在单台体积为3吨、10吨及20吨管式光生物反应器中光诱导后藻细胞内的虾青素含量不低于4%；4)建立雨生红球藻“异养-稀释-光诱导串联培养”高产虾青素的工业化生产线，年产雨生红球藻粉达30吨，其综合成本比现有光自养培养技术低30%以上，累计实现销售不低于5000万元；5)申请国内外发明专利1-2项，发表SCI论文3-5篇。通过本项目的实施，培养一批在微藻高附加值产品开发（雨生红球产虾青素）及微藻异养培养方向上的高素质专业人才，建立一支具有团队协作精神、勇于创新及富有活力的中青年研发和产业化队伍。项目进度计划2015年9月1日—2016年8月31日完成雨生红球藻在500L、5T及20T发酵罐中的高密度高效异养培养工艺及在单个体积为3000L、10000L及20000L的管式光生物反应器中的高效率光诱导工艺；完成年产5吨藻粉规模的雨生红球藻“异养-稀释-光诱导串联培养”高产虾青素的工业化生产线建立（包括异养、光诱导、采收、干燥及包装系统）；在年产5吨雨生红球藻藻粉规模生产线试运转过程中开展生产工艺的进一步优化，并建立生产操作流程及技术规范与产品的企业标准；年产5吨雨生红球藻粉生产线运行与产品销售。2016年9月1日—2017年8月31日完成雨生红球藻在50吨发酵罐中的高密度高效异养培养工艺，以及在单台体积为10吨及20吨的管式光生物反应器中的雨生红球藻光诱导工艺的进一步优化，进一步提高效率并降低成本；完成年产30吨雨生红球藻的生产线建设（包括异养、光诱导、采收、干燥及包装系统）。2017年9月1日—2018年8月31日对雨生红球藻粉生产线的各个环节（包括异养、光诱导、采收及干燥）进行集成分析与优化，大幅度降低生产成本，提高生产效率和产品质量；年产30吨雨生红球藻粉生产线运行，并实现雨生红球藻粉的大规模销售。项目组织管理措施本项目由云南香格里拉泽元藻业健康科技有限公司牵头承担，上海泽元海洋生物技术有限公司参与，嘉兴泽元生物制品有限责任公司提供技术支持。本项目的技术来自嘉兴泽元生物制品有限责任公司，嘉兴泽元公司是本项目承担单位香格里拉泽元公司的控股股东和发起单位，可确保为项目的顺利实施提供技术力量和条件保障（见附件3、附件5、附件9、附件10、附件20和附件21）。此外，多学科、多平台的相互支持，产学研用的通力合作，可保证项目各项指标的全面落实和完成。项目有关的国内外知识产权状况分析本项目中雨生红球藻高产虾青素技术并非常规的光自养培养雨生红球藻生产虾青素技术（对比分析列于表4），而是采用自主发明、国内外独创的雨生红球藻“异养-稀释-光诱导串联培养”技术，该技术是本项目组在国内外首次提出且进行研究开发，在国内外关于此方面的专利完全空白（见附件6）。高产虾青素雨生红球藻SHDP技术已公开中国方面专利（申请号：201210264946.X）和PCT专利（申请号：PCT/CN2013/084262），2015年初已申请美国（申请号：14/417,166）、欧盟（申请号：13823422.4）、澳大利亚（申请号：2013295436）、印度（申请号：1606/DELNP/2015）、巴西（申请号：BR1120150016375）等专利，完全具有我国自主知识产权（见附件4）。通过对国内外已申请的相关专利分析表明（表5），目前申请大都集中于培养用的光生物反应器及装置、雨生红球藻光自养培养基、虾青素的提取新方法等。涉及培养技术的绝大多数为光自养。采用先异养再进行光诱导培养雨生红球藻产虾青素方面的文章和专利未检索到。因此，本项目中基于“异养-稀释-光诱导串联培养”的雨生红球藻高产虾青素的核心技术完全具有我国自主产权，与目前存在着的国内外相关专利不冲突。表5国内外主要专利成果的知识产权情况编号专利名称主要内容与本项目的关联性一种利用微藻高效生产虾青素的新方法（申请号201210264946.X）该方法包括微藻异养培养、稀释、光诱导培养、藻细胞采收以及虾青素提取等步骤。充分发挥了微藻在异养阶段快速生长的优势以及由异养培养所获得的大量藻细胞在光诱导阶段大量积累虾青素的优势，可极大地提高微藻生产虾青素的效率，实现低成本、高效率及大规模培养微藻生产虾青素。此发明专利为本项目申报单位申请，为本项目中使用的技术。新的多节式平板光生物反应器(专利号：ZL200610026539.X)提供了一种用于微藻培养的具有多节隔板腔体（内部可放置光源）的新型平板式光生物反应器。此反应器具有较高的光照利用率及较高的微藻培产率。此发明专利为本项目组成员华东理工大学李元广教授课题组申请，可为本项目雨生红球藻光诱导阶段提供依据。Methodusingmicro-algaeforhigh-efficiencyproductionofastaxanthin（申请号：PCT/CN2013/084262）该方法包括微藻异养培养、稀释、光诱导培养、藻细胞采收以及虾青素提取等步骤。可极大地提高微藻生产虾青素的效率，实现低成本、高效率及大规模培养微藻生产虾青素。此发明专利为本项目申报单位申请，为本项目中使用的技术。一种培养雨生红球藻生产虾青素的简易方法(申请号：200910099708.6)该方法通过三角烧瓶、塑料桶或尼龙袋、水泥池的三步培养雨生红球藻。由于是开放式的培养，不需要密闭式光生物反应器，使生产成本大大降低，可以进行较大规模开放培养雨生红球藻生产虾青素。此专利使用简易设备培养，关键是降低设备成本。其设备与本项目采用的高效虾青素生产的核心设备不同。含有虾青素的脂质的生产方法（申请号：200580006902.5），无权通过优化培养基，培养微藻从而得到积累了含有虾青素的脂质的藻体。根据需要，进一步从该藻体中提取含有虾青素的脂质，按照要求将其进一步精制。此发明专利为一般的培养基优化，与本项目使用的自行研发的培养基不同。用酵母发酵残液培养藻类生产虾青素的方法(申请号：03130442.7)，无权利用酵母发酵残液培养藻类生产虾青素的方法，能节省碳源和氮源，提高了糖的利用率和转化率，降低了生产成本；发酵废液实现零排放。此专利使用酵母发酵残液培养微藻，本项目拟采用自行研发的培养基进行微藻培养，因此，此专利与本项目技术无关。一种虾青素生产菌株及其诱变筛选方法与应用(申请号：201010150422.9)利用一种虾青素生产菌株为红法夫酵母的N1806-04为出发菌株,采用酶法制备红法夫酵母原生质体,再通过NTG诱变及β-紫罗酮筛选等方法进行虾青素生产菌株的选育,获得虾青素生产菌株,将该虾青素生产菌株用发酵罐进行虾青素生产。此专利使用酵母发酵生产虾青素，本项目拟采用雨生红球藻进行虾青素生产，因此，此专利与本项目技术无关。虾青素含量高的绿藻及其制造方法(申请号：200610128162.9)，无权在供给二氧化碳的条件下，进行高强度光照，培养获得高虾青素含量的绿藻制品。此专利使用光自养培养微藻，与本项目采用串联方式进行微藻培养的内容不同，因此，此专利与本项目技术无关。大规模培养雨生红球藻和转化虾青素的装置及其方法（申请号：200610154678.0）公开了一种大规模培养雨生红球藻和转化虾青素的装置及方法，整个培养装置由设置在固定架上的光生物反应器系统、充气装置、培养液灌输装置和静细胞收集装置组成。此专利使用设备与本项目采用的高效虾青素生产的核心设备不同。培养雨生红球藻及生产虾青素的方法（申请号：201110319768.1），无权雨生红球藻培养过程在大型容器内进行，采用人工LED光源对雨生红球藻照光培养此专利为采用人工光，与本项目主要采用自然光不同。因此，此专利与本项目技术无相关性。一种雨生红球藻生产虾青素的方法（申请号：201310038104.7）先将雨生红球藻在培养池中自然培养，让其增殖，再在池水中加入磷酸二氢钾和硝酸钠，并在池上覆有红色薄膜让雨生红球藻藻细胞快速生长至转化态使藻细胞快速生长成熟和累积虾青素。此专利使用光自养培养微藻，并增加红色薄膜促进诱导虾青素，与本项目采用串联方式进行微藻培养的内容不同，因此，此专利与本项目技术无关。一种培养雨生红球藻生产虾青素的方法（申请号：02138827.X）雨生红球藻的营养细胞的生长、孢子转化和虾青素累积是在同一个光生物反应器、同一培养基中完成，通过调控培养液的pH值促进孢子转化和虾青素累积。此专利使用光自养培养微藻，并在一个光反应器中进行细胞培养和虾青素诱导，与本项目采用串联方式进行微藻培养的内容不同，因此，此专利与本项目技术无关。产虾青素的藻类和酵母混合培养发酵生产虾青素的方法（申请号：03105314.9）在装有特定培养基的反应器内,同时接种包括雨生红球藻在内的藻类和包括红法夫酵母在内的酵母进行混合培养发酵生产虾青素。此专利使用藻类和酵母混合培养，与本项目采用串联方式进行单一微藻培养的内容不同，因此，此专利与本项目技术无关。利用转基因植物生产虾青素的方法（申请号：201210223297.9）公开了植物表达载体pBI121-LTPCRBKT和pBI121-BHYBKT，及用该载体转化宿主细胞，培养出转基因植物高效生产虾青素的方法。此专利为研究虾青素转基因植物的方法，不涉及雨生红球藻培养的具体工艺。因此，此专利与本项目技术无关。雨生红球藻的虾青素高产突变株（申请号：200710031146.2）以雨生红球藻的野生株系为材料，采用紫外化学复合诱变，类胡萝卜素生物合成的抑制剂筛选的诱变选育而得雨生红球藻的虾青素高产突变株。此专利为保护雨生红球藻的虾青素高产突变株的产权，不涉及雨生红球藻培养的具体工艺。因此，此专利与本项目技术无关。利用酶生产虾青素的方法（申请号：201210557317.6）公开了一种利用酶生产虾青素的方法。此专利为酶生产虾青素的方法，不涉及雨生红球藻培养的具体工艺，也与本项目培养微藻来合成虾青素不同。因此，此专利与本项目技术无关。一种虾青素的微藻培养基（申请号：200710009397.0）提供一种改良的虾青素的微藻培养基，并命名为CBBM培养基。在无铁的原始BBM培养基的配方基础上添加适量的NaAC、维生素B12和EDTA-Fe3+。此专利为保护一种微藻培养基的产权，不涉及雨生红球藻培养的具体工艺，也与本项目拟采用自行研发的培养基不同。因此，此专利与本项目技术无关。ManufactureofastaxanthinwithHaematococcuspulvialis（申请号：JP05068585）使用摇瓶在光照下或黑暗中培养雨生红球藻，随后添加刺激物质，在光照下诱导虾青素合成。此专利生产虾青素的方法，与本项目雨生红球藻异养培养和光诱导的具体工艺不同。因此，此专利与本项目技术无关。AstaxanthinmanufacturewithgreenalgaeHaematococcuspluvialis（申请号：JP2004129504）在黑暗条件下，进行雨生红球藻虾青素的诱导。此专利为避光条件下生产虾青素的方法，与本项目雨生红球藻培养和光诱导的具体工艺不同。因此，此专利与本项目技术无关。项目效益分析经济效益分析随着市场消费需求、消费品种和消费群体的不断扩大，逐步降低虾青素原料成本是必然趋势。如果雨生红球藻生产虾青素的成本能够接近或者低于化学合成虾青素，其应用面必将进一步扩大，甚至取代现有的类胡萝卜素（每年约需350吨）和饲料虾青素（每年约需160吨）的市场，必将引起以雨生红球藻为来源的天然虾青素在功能食品、食品添加剂、化妆品、药品以及水产养殖用饵料添加剂、家禽畜牧用饲料等广阔市场的迅速爆发。因此，开发雨生红球藻无疑具有广阔的发展前景。不同规模雨生红球藻粉生产线投入产出的经济效益分析及其比较见表6。由该表可见，本项目的经济效益非常显著。表6不同规模雨生红球藻粉生产线投入产出的经济效益分析及其比较项目单位5T生产线30T生产线100T生产线200T生产线500T生产线1000T生产线总用地亩101002404009501820投资额万元79638756831108472425144338产能吨藻粉/年4.3321082065091006单价（含税）万元/T150150150150150150收入（含税，产值）万元/年6494870162323084176292150961总成本万元/年5891873506392271803834646单位成本万元/吨藻粉1365847453534税费免流转税，所得税15%945016753242873817447不可预计5%预计32243812154238157548净利润万元/年1923048682168314570291320销售利润率（息税后）净利润/收入2.86%47.31%53.49%54.57%59.90%60.49%静态投资回收期年42.81.70.80.60.50.5注：电价按照0.46元/度计算；蒸汽价格按照电锅炉计算，每吨蒸汽约需875度电；水价未计算，但纯化水的处理费用按照2元/吨计算；占地面积中，30T线和100T线含25亩厂房、办公等配套面积，200T以上规模含50亩厂房、办公等配套面积；水平管道反应器25.15万元/20m3，列管式反应器24.51万元/20m3；全部计算均按照新建不同个数的50T发酵罐考虑。即各个规模分别为：3台、8-16台及40-80台50T发酵罐及相配套的种子罐。（二）社会效益分析当今，健康已成为人们生活的重要话题之一，自由基导致的强氧化乃万病之源。21世纪是抗氧化的世纪，因抗氧化产品可清除人体内的自由基，已被保健品、化妆品企业列为主要的研发方向之一，在大健康产业发展中占有十分重要的地位。虾青素是一种非维生素A原的类胡萝卜素，也是类胡萝素合成的最高级别产物，其抗氧化活性远远超过现有的抗氧化剂，被誉为“抗氧化之王”，目前虾青素已应用在很多领域并形成不同的产品。在美国，虾青素已用于超过83个保健品品牌和至少10个化妆品品牌。虾青素及其提取物已在新食品原料、功能食品、保健品、食品添加剂、化妆品、宠物食品及饲料添加剂等方面得到了广泛应用，本项目的实施，不仅可实现国内外雨生红球藻粉生产技术的升级换代，而且可加速推动SHDP这一微藻培养领域中的崭新平台技术在可异养培养的微藻方面的推广应用。（三）应用前景分析目前，亟需解决的难题是必须突破传统雨生红球藻藻株光自养生产模式，开发全新的培养新技术，实现雨生红球藻高产、稳产以及进一步提高其虾青素含量，以大幅度降低虾青素原料成本，这已成为近年来国际上微藻生物技术领域及大健康领域研发、生产及投资的热点方向。但是因为价格和供应有限，营养和护肤品市场渗透率还是比其它功能原料低，为本项目承担单位的发展提供了一个非常好的机会。通过成本核算，采用SHDP技术生产的红球藻藻粉直接成本远低于传统光自养生产工艺的直接成本，并仍具有较大的成本降低空间。SHDP技术在微藻培养领域中的实际应用，有望彻底淘汰国内外现行的雨生红球藻基于光自养培养技术的二步法，不仅可实现国内外雨生红球藻粉生产技术的升级换代，而且可加速推动SHDP这一微藻培养领域中的崭新平台技术在可异养培养的微藻方面的推广应用。十一、项目经费预算项目经费来源预算在已有前期工作基础上，本项目实施的总经费为2000万元，其中申请省科技厅创业项目经费500万元，公司自筹经费1500万元。项目经费支出预算表7项目经费预算表（单位：万元）预算科目总预算数经费渠道自筹经费财政科技经费一、来源预算合计2000.001500.00500.00（一）财政科技经费500.000.00500.00（二）自筹经费来源1500.001500.000.001.承担单位自有货币资金750.00750.000.002.从银行获得的贷款0.000.000.003.其他财政拨款750.00750.000.004.其他资金0.000.000.00二、支出预算合计2000.001500.00500.00（一）直接费用1934.001500.00434.001.人员费0.000.000.00（1）项目负责人0.000.000.00（2）主要研究人员0.000.000.002.设备费697.00533.00164.00（1）购置费647.00483.00164.00（2）试制费50.0050.000.003.租赁费20.0020.000.00（1）租用仪器、设备费用10.0010.000.00（2）租用场地、试验基地费用10.0010.000.004.材料费936.80818.40118.40（1）原材料32.800.0032.80（2）辅助材料883.00798.4084.60（3）低值易耗品11.0010.001.00（4）其他材料费10.0010.000.005.试验及外协费33.000.0033.00（1）测试及化验费33.000.0033.00（2）外协费0.000.000.006.燃料动力费116.3077.5038.807.差旅费63.1031.1032.008.会议费12.800.0012.809.技术引进费0.000.000.0010.出版/文献/信息传播/知识产权事务费5.000.005.0011.劳务费45.0020.0025.0012.专家咨询费5.000.005.0013.撰稿费0.000.000.0014.其他费用0.000.000.00（二）间接费用66.000.0066.0015.管理费49.200.0049.20（1）本单位现有仪器设备、房屋使用20.000.0020.00（2）日常水、电、气、消耗20.000.0020.0