Ферменты промышленного назначения – обзор рынка ферментных препаратов и перспективы его развития

Промышленность постоянно вынуждена искать новые способы сделать производственные процессы экологически безопасными, а продукцию более конкурентоспособной. В связи с этим микробиологические ферментные препараты все чаще заменяют обычные химические катализаторы в ряде промышленных процессов. Такие препараты, помимо экологичности и высокой активности, имеют ряд преимуществ перед ферментными препаратами растительного и животного происхождения, а именно:

• •    производство микробиологических ферментов в биореакторах легко контролируется и предсказуемо;

• •    экскретируемые микробиологические ферменты более устойчивы по сравнению с внутриклеточными животными и растительными ферментами;

• •    генетическое разнообразие микроорганизмов позволяет производить ферментные препараты с широким диапазоном специфичности;

• •    микробиологические ферменты могут синтезироваться круглогодично, в отличие от производства растительных ферментов, которое часто бывает сезонным.

По отраслям применения промышленные ферменты можно подразделить на три сегмента:

• •    технические ферменты (применяемые в производстве синтетических моющих средств; в текстильной, кожевенной, целлюлознобумажной промышленности; в производстве биотоплива);

• •    ферменты для пищевой промышленности и производства напитков;

• •    кормовые ферменты.

Промышленные ферментные препараты часто сочетают в себе различные виды активности в зависимости от области их использования. Спрос на промышленные ферменты в США, Западной Европе, Японии и Канаде является стабильно высоким, в то время как рынки стран Южной Америки, Азиатско-Тихоокеанского региона, Восточной Европы, Африки и Ближнего Востока являются самыми быстрорастущими. Основная доля производства промышленных ферментов приходится на страны Европы, за которыми следуют США. С другой стороны, в Азиатско-Тихоокеанском регионе регистрируется самый быстрый совокупный среднегодовой темп роста. Спрос на мировой рынке ферментов ежегодно растет на 6,3 %, этот рост связан главным образом с увеличением спроса на промышленные ферменты для производства кормов для животных, моющих средств, текстиля и этанола, а также специализированных ферментов для фармацевтических и косметических компаний.

Разнообразие и области применения промышленных ферментов

Лидерами мирового рынка ферментов являются протеазы и амилазы, на долю которых приходится 25% и 15% соответственно. В течение последних пяти лет мировой рынок карбогидраз, включающий в основном амилазы, целлюлазы и ксиланазы, был самым быстрорастущим сегментом рынка ферментов с совокупным среднегодовым темпом роста более 7,0%. Другим основным продуктом рынка промышленных ферментов, имеющим большой потенциал для роста, являются липазы. С точки зрения назначения основную долю представляют кормовые и пищевые ферменты. Ожидается, что в ближайшие годы развивающиеся регионы станут самыми быстрорастущими потребителями кормовых промышленных ферментов, основной среди которых – фитаза. Это связано с увеличением дохода на душу населения, который в свою очередь стимулирует увеличение спроса на мясо.

Что касается производства пищевых продуктов и напитков, успешное применение таких ферментов как амилазы, пептидазы и глюкозоизомеразы обусловило постоянный рост этого сегмента рынка промышленных ферментов, также подкрепляемый спросом со стороны производителей молочных и хлебобулочных изделий. Ферменты для крахмало- и сахаропроизводства составляют 43,7% рынка, из которых 90% используются для получения высокофруктозных сиропов. Инновации в этом секторе в основном связаны с производством ферментов генетически модифицированными организмами, однако применение таких ферментов в пищевой промышленности в настоящее время имеет ряд существенных ограничений.

Российский рынок пищевых ферментов имеет ряд характерных черт. Например, продажи ферментов для пивоварения значительно превышают продажи ферментов для всех остальных пищевых отраслей, в то время как в ряде стран Европы на рынке пищевых ферментов доминируют хлебопекарные ферменты – их доля в продажах составляет около 50%.

Помимо пивоваренной промышленности, в России достаточно активно внедряют ферменты в производственный процесс еще две отрасли – производство спирта и соков. В ближайшем будущем ожидается рост российской крахмалопаточной промышленности, что должно соответственно привести и к росту потребления ферментов этой отраслью.

Низкая скорость развития и внедрения ферментных технологий в российскую пищевую промышленность может быть связана с большей консервативностью России по сравнению с европейскими странами.

Сектор ферментов для производства синтетических моющих средств характеризуется высокой конкуренцией и быстрыми темпами роста. Мультиферментные составы, очень эффективные для удаления органических загрязнений, прошли путь от изначального применения в стиральных порошках и моющих средствах до специализированной очистки хирургических инструментов. Кроме того, ферменты являются полностью биологически разлагаемыми, что обеспечивает низкое воздействие на окружающую среду по сравнению с использованием химических детергентов. Основными ферментами, которые используются в детергентной промышленности, являются протеазы, липазы, амилазы и целлюлазы.

Использование ферментов в кормовой промышленности растет из-за их влияния на повышение питательной ценности корма и более быстрый рост птицы и сельскохозяйственных животных. Преимущество также заключается в снижении загрязнения окружающей среды фосфатами, азотом, медью и цинком. Основными факторами, тормозящими развитие этого сегмента рынка являются достаточно высокая стоимость производства кормов, обогащенных ферментами, а также снижение каталитической активности ферментов в готовых кормах. Наибольшая доля среди кормовых ферментов приходится на фитазы, ксиланазы, протеазы и амилазы.

На российском рынке кормовых ферментов очень широко представлена продукция ведущих мировых производителей, доминируют среди которых такие компании как Huvepharma, BASF, DSM, Adisseo, Alltech, Royal OY, DuPont (Danisco), Kemin, Biochem. Рынок ферментов для кормопроизводства очень развит, отличается высокой конкуренцией, но, к сожалению, на нем практически не представлена отечественная продукция. В конкурентной борьбе компании-производители кормовых ферментов постоянно внедряют новые технологии и улучшают качество сервиса. В натуральном выражении более 91% импорта кормовых ферментов приходится на сухие кормовые добавки. Наиболее перспективным направлением развития рынка является разработка мультиэнзимных препаратов, обладающих комплексной активностью и способных расщеплять нерастворимые полисахариды и фитаты. Это обусловлено возможностью добавления в корма продуктов переработки растительного сырья и других дешевых альтернативных источников белка и энергии при условии одновременного введения таких мультиэнзимных препаратов.

Мировой рынок текстильной промышленности составляет более 700 млрд. долларов и при этом ориентирован на инновации, ведущие к повышению качества продукции. Кроме того, возрастают требования к сокращению загрязнений окружающей среды отходами текстильного производства. Эти факты стимулируют внедрение достижений биотехнологии, в частности, замену химических реагентов на ферменты для обработки волокон. Такие ферменты применяются при таких видах влажной обработки как: тепловая мочка льна, расшлихтовки, обесклеивания и обезжиривания шелка, отбеливание. Кроме того, использование ферментов, помимо снижения химической нагрузки и повреждения и оборудования, позволяет снизить потребление энергии и воды. Основными ферментами, которые используются в текстильной промышленности, являются кислотные и нейтральные целлюлазы, термостабильные бактериальные амилазы, пероксидазы, каталазы и пектиназы.

За первые десятилетие нового тысячелетия глобальный спрос на жидкое биотопливо возрос более чем в три раза, и в настоящее время все возрастает спрос на топливо, полученное из возобновляемого растительного сырья. Растительное сырье служит источником самых разнообразных субстратов: сахаров, крахмала, лигноцеллюлоз и масел, которые в дальнейшем могут быть ферментативно обработаны для получения биотоплива. Рост мирового спроса на такое топливо вызван высокими ценами на нефть, необходимостью сокращения импорта нефти, соображениями энергобезопасности, остротой экологических проблем, в частности, необходимостью смягчения эффектов парниковых газов. Все вышеперечисленное привело к значительному увеличению производства этанола на основе крахмала. В США за пять лет с 2006 по 2011 объем такого производства увеличился с 18 миллиардов литров до 51 миллиарда литров. Процесс получения биоэтанола включает амилолитическую стадию, что, не в последнюю очередь, обусловило увеличение рынка амилазы за последние 5 лет более чем в два раза. Потребность в жидком биотопливе также подталкивает к разработке технологии производства этанола из различных лигноцеллюлозных материалов, такая технология должна включать обработку целлюлазами, бета-глюкозидазой и гемицел-люлазами, рынок которых в последние годы показывает стабильный рост. Набирает популярность производство биодизеля из растительных масел и животного жира биотехнологическим методом, основанным на использовании липаз, что закономерно ведет к увеличению рынка липаз.

Целлюлозно-бумажная промышленность представляет собой огромный потенциал для рынков целлюлазы и ксиланазы, при условии, что стоимость ферментативной обработки не будет превышать стоимости применения хлора и перекиси водорода на стадии отбеливания, а также щелочей и кислот на стадии очистки оборудования. Существует также возможность применения ферментов в процессе удаления чернил из макулатуры в процессе вторичной переработки. Несмотря на то, что использование химических реагентов в целлюлозно-бумажной промышленности оказывает резко негативное воздействие на окружающую среду, сдвиг в сторону ферментативной обработки пока задерживается и основная причина тому – высокая стоимость существующих биокатализаторов.

Структура российского рынка промышленных ферментов

В российском производстве ферменты применяются фактически во всех отраслях пищевой промышленности, а также в кормопроизводстве. В начале 90-х годов XX века объем производства ферментов в России резко сократился. Спустя десять лет ферментная промышленность очень медленными темпами начала возрождаться, так в 2006 году объем отечественного производства ферментов составлял не более 15 % от показателей 1990 года. На сегодняшний день ферментная промышленность очень медленно, но все же развивается. В 2016 году отечественный рынок ферментов на 95,6% состоял из импорта. По данным Ru-Stat импорт в Россию товаров из группы «ферменты; ферментные препараты» за период 2014-2017 составил $372 млн., общим весом 44,3 тыс. тонн.

Собственное российское производство промышленных ферментов не превышает 3 тысяч тонн, что закономерно обусловлено крайне слабым развитием производственной базы для получения ферментов.

Специфика российского рынка заключается в том, что даже те немногие отечественные компании, которые выпускают промышленные ферменты, крайне узко специализированы. Объем российского производства почти полностью приходится на ферменты для пивоварения, спиртовой и кормовой промышленности.

ООО «ПО «Сиббиофарм» вплоть до последних лет оставался единственным значимым отечественным игроком на российском рынке промышленных ферментов. Традиционно, специализацией компании являются ферменты для спирто- и кормопроизводства, также выпускаются небольшие объемы ферментов для производства тканей и кожевенных изделий. Предприятие показывает ежегодный рост выпуска, который к настоящему времени достиг порядка 1 тыс. тонн ферментов в год. Ненасыщенность российского и мирового рынка ведет к увеличению внутреннего спроса и экспортного потенциала, что дает компании большой потенциал для роста производства. Среди российских предприятий, производящих ферменты для ветеринарии, молочной и мясной промышленности, можно отметить ОАО «Московский завод сычужного фермента», ЗАО «Завод эндокринных ферментов».

В 2014 году случилось очень значимое событие для российской ферментной промышленности: в Тамбовской области ввели в эксплуатацию ООО «Агрофермент» - первое за долгие годы вновь открытое предприятие, выпускающее ферментные препараты. Мощность составила около 1000 тонн в год. Предприятие ориентировано на выпуск кормовых ферментов, что связано с запросом отечественных кормо-производителей на новые кормовые добавки, способные: увеличить скорость прироста биомассы сельскохозяйственных животным путем повышения конверсии кормов; уменьшить количество отходов и, как следствие, снизить экологическую нагрузку. Построенный завод обладает возможностью перенастраивать мощности и производить препараты для различных отраслей, в том числе, для хлебопроизводителей, спиртовой и молочной промышленности, выпуска целлюлозно-бумажных и текстильных изделий. Также существует возможность расширения спектра микроорганизмов-продуцентов промышленных ферментов путем создания технопарка на базе Мичуринского государственного аграрного университета.

Наибольший темп роста потребления ферментов показывает сельское хозяйство, так с 2009 до 2013 год доля этого сегмента возросла с 16 до 30 %. Это вызвано как ростом сельского хозяйства и животноводства в частности, так и необходимостью интенсифицировать процессы в выращивании птиц, свиней и крупного рогатого скота.

К сожалению, в пищевой промышленности Россия сильно отстает от западноевропейских стран по потреблению инновационных ферментных препаратов, в частности в хлебопечении, масложировой промышленности, мясной промышленности.