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维生素是一类对生物体健康至关重要的有机化合物，大多数维生素人体无法自行合成或合成量不足，因此必须通过饮食或补充剂摄入，在医药、食品添加剂、饲料和化妆品等行业中有着广泛的应用。
早期，人类通过从天然原料中提取维生素，然而这种方法效率低、产量少，无法满足庞大的市场需求。
上世纪30年代，维生素C的工业生产法被发明推广，大规模合成维生素的历史就此开始，此后，人工合成逐步居于主导地位，占比超过80%。
根据SynBioTank预测，2023年全球维生素市场销售额达到了54.57亿美元，预计2030年将达到62.23亿美元，年复合增长率为1.89%（2024-2030）。

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在中国，维生素产业市场规模持续上涨，主要企业包括石药集团、山东鲁维、新和成、江山制药、东北制药等。2023年市场规模约为204.6亿元，预计2030年将达到272.8亿元，年复合增长率为4.2%（2024-2030）。
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据统计，维生素B族、维生素E、维生素C和维生素A是市场份额最大的细分品种，其中维生素B族占比31%，维生素E占比30%，维生素C占比23%，维生素A占比13%。
随着需求的增长，维生素的合成方法也不断发展，目前主要分为化学合成和生物合成两大类。
尽管全球维生素产能强劲，但化学合成方法仍面临合成步骤复杂、原材料制约、环境污染等难题。
近年来，随着合成生物学与代谢工程技术的发展，生物合成法以其安全高效、绿色环保的优势而备受青睐，有望助推一轮新旧工艺的更新。
SynBioTank预测显示，2023年全球生物合成维生素市场规模8.75亿美元，到2030年，全球生物合成维生素市场规模预计为16.33亿美元，年复合增长率为9.32%（2024-2030）。

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生物合成维生素市场中，维生素C、维生素B2和维生素B5作为关键品类在市场上占据主导地位。
其中由于维生素C因其成熟的生物合成方法和高市场需求量，占据生物合成维生素的市场份额高达58%，这反映了其在医药、食品添加剂、饲料等中的强劲需求。

生物合成维生素发展到哪一步了？

由于理化性质的不同，生物合成法在各种类维生素的大规模生产中的渗透率呈现显著差异。
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维生素A:
目前成熟的工艺主要有两种，分别以罗氏和巴斯夫为代表，均为化学合成方法。
继荷兰帝斯曼DSM在2022年首次公布其生物发酵法生产维生素A后，已经发现多种生物合成维生素A和其的直接前体类胡萝卜素的方法，但仍面临大规模生产的挑战。

 

维生素B：
目前，在B族维生素中，只有维生素B2的生物合成技术较为成熟并已商业化；维生素B5、B12的发酵法生产也已实现，但仍有提升空间；维生素B1、B6、B7、B9的生物合成仍在研究阶段。
维生素C：
是全球产销规模最大的维生素品种之一，其生产商主要集中于中国，中国企业主要采用我国首创的“三菌两步”生物合成方法来进行维生素C的生产。
维生素D：
目前生产工艺主要有溴化/脱溴化氢法和氧化还原法这两种，其核心原料是胆固醇。
维生素D生物合成的主要方法就通过生物发酵法合成其前体物质7-DHC，发酵所用菌种主要为酵母，最新的研究成果展现出一定的工业化潜力。
维生素E：
其合成路径多种多样，化学合成技术已较为成熟，全球维生素 E 的年产量约为 8 万吨，其中四大厂商控制着全球维生素 E供给的80%以上，分别是帝斯曼、巴斯夫、新和成、浙江医药。
尽管生物合成法已经构建了细胞内合成路径，但仍面临产量低和产业化难题。
维生素K：
维生素K1和K2为脂溶性维生素，依赖天然提取。近年来，生物法推动了了对维生素K1和K2的人工合成。
研究发现，VK1通常可以由可以进行光合作用的植物以及藻类产生，VK2则是通过细菌合成，但目前还未达到工业化生产水平，需要进一步研究解决。

合成生物引领下一轮技术潮流

近年来，在生物合成维生素领域，中国企业实现了多项产业化成果。
武汉大学刘天罡团队利用合成生物学手段，实现了在大肠杆菌中利用葡萄糖和甘油等廉价碳源发酵合成法尼烯分子，之后该项成果被特能科技用于维生素E的制备。
中科院微生物所温廷益团队开发的维生素B5生物发酵法，以9000万元的价格转让给新和成。2023年4月，该企业已建成产量达2500吨的全球首条维B5生物发酵绿色生产线。
此外，馨海生物利用酵母工程菌株将可再生生物质转化为维生素A，是国内第一家开发出生物法制备维生素A且具备完整生产链的企业，目前已宣布向全球化妆品客户提供中国首款完全生物基的维生素A样品。
双骏生物是国内采用纳豆菌发酵生产天然维生素K2纳豆激酶等的原料制造商与产品方案提供商，如果技术能够得到实际应用，将进一步提升维生素K2的生产效能。
随着合成生物学的发展，多种维生素已实现由化学合成向生物合成的产业升级，在减轻了资源和环境压力，进一步降低了生产成本。
展望未来，以合成生物学为代表的新技术将持续推动维生素行业的发展，生物法有望为广泛的维生素产品提供合成新路径，帮助中国企业在世界维生素竞争格局中强势崛起。
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