[00013259]天然活性成分的生物合成及高效分離

　　天然活性成分的生物合成及高效分離

　　技術簡介

　　癌癥、冠心病、糖尿病等疾病嚴重威脅人類健康。世界衛生組織的 2008最致命疾病分析報告，到 2010年，癌癥將取代心臟病成為最大殺手。到 2030年，每年的癌癥新發病患者將達到 2700萬，死亡達 1700萬。與激素代謝相關的癌癥乳腺癌、前列腺癌發病率逐年增加。世界衛生組織 1990年公布的資料：美國總死亡人數中，有 24.7%死于冠心病。1995年，全球 1.35億糖尿病患者；而到 2025年，這個數字將會達到 3億；中國目前有 4000萬。

　　而日常生活中，某些常見食品中有效成分疾病的預防及治療有顯著的作用。例如：西洋蕪荽、甘草和甘橘類水果中所含的香豆素是天然的“血液稀薄劑”，可預防血栓；十字花科蔬菜：吲哚(萊菔硫烷)可阻礙雌激素引發腫瘤生長的效用，預防乳腺癌；櫻桃、葡萄及草莓內的鞣花酸可以使致癌物失去作用；五谷中的植酸可以使促進腫瘤生長的類固醇化合物失去作用；蘋果和葡萄柚中的可溶性纖維――果膠有助于降低于膽固醇并預防糖尿??；黃豆類食物中所含有的大豆異黃酮，能夠阻止腫瘤附近長出新的微血管。2010 年美國保健品及健康食品市場總銷售額達 800 億美元。其中，植物來源的天然保健品約占 80％的市場份額。我國植物提取物行業年出口近百億元，健康產業產品可達萬億元（中糧數據）。針對天然活性成分原料含量低，產品質量要求高的問題，該課題組采取生物合成、高效分離、工程化研究的策略，高效提取或合成天然活性成分。

　　產品簡介

　　1）鞣花酸

　　鞣花酸具有抗癌、抗突變、抗 HIV、抗氧化性能，在美國抗癌物質排行榜上名列第二。鞣花酸的傳統制備方法是先從動物的蟲癭中提取五倍子單寧，然后再用氧化法制得鞣花酸。得到的產品純度低，外觀為灰色。

　　石榴是國內重點發展的水果之一，目前尚未見有以石榴皮為原料制備高純度鞣花酸的報道。石榴皮中所含有的安石榴甙具有強抗氧化性和抗癌等作用，在醫療、保健、功能性食品和化妝品領域都有很大的發展空間。

　　該課題組采用酶轉化法，優化發酵條件及酶誘導條件，將從石榴皮中提取的安石榴甙利用單寧酶發酵，得到鞣花酸，市場潛力巨大。

　　2）萊菔硫烷

　　萊菔硫烷（Glucoraphanin）就是眾多異硫氰酸酯中的一種，而且是目前公認的防癌和抗癌效果最好的天然產物之一。萊菔硫烷主要存在青花菜種子中，含量很低，且青花菜種子產量低，價格昂貴。

　　該課題組技術了一種以蕓苔屬蔬菜為原料制備萊菔硫烷的方法。原料經粉碎后，在特定 pH值下水解，水解后除去蛋白質，采用大孔吸附樹脂吸附，乙醇水溶液洗脫，從而有效地提高萊菔硫烷的含量。萊菔硫烷工業生產線純度 95%, 已出口美國。

　　3）4-羥基香豆素

　　4-羥基香豆素(4-Hydroxycoumarin, 4-HC) 是合成華法林(Warfarin)等抗凝血藥的前體。目前，4-羥基香豆素通過化學合成方法生產，具有不可持續及污染環境等缺點。

　　該課題組采用“上游原核生物水楊酸合成途徑，下游水楊酸到 4-HC的人工途徑”的方法，首次實現了植物次級代謝產物 4-羥基香豆素的生物合成。并通過平衡基因表達進一步提高了4-羥基香豆素的產量，具有工業應用潛力。

　　4）5-羥基色氨酸

　　5-羥基色氨酸是神經遞質 5-羥色胺生物的合成前體，是天然抗抑郁劑，對于治療失眠、纖維肌痛、肥胖、小腦運動失調以及慢性頭痛也有很好的效果。其 2012年產量 136.4噸，銷售額 3200萬美元；預計 2019年銷售額將達到 5100萬美元。其減肥功效潛在市場巨大，然而，因原料供應問題限制了其應用。化學合成 5-羥基色氨酸過程中，存在羥化反應位置選擇性的問題，產物為混合物。目前的方法是從加納籽中提取，原料問題難以解決。生物法合成 5-羥基色氨酸過程中，動物來源的色氨酸羥化酶不穩定，需要特殊輔因子。

　　該課題組設計了一條新的 5-羥基色氨酸生物合成途徑，避免使用動物來源的色氨酸羥化酶，是基于底物相似性的酶的挖掘的又一成功例子。

　　5）大豆異黃酮

　　大豆異黃酮可被腸中細菌轉化為類似于激素的化合物，具有微弱雌性激素和抗氧化活性，可阻滯血管增生，斷絕養料來源，從而延緩或阻止腫瘤病變成癌癥，可有效抑制白血病、結腸癌、肺癌、胃癌、乳腺癌、前列腺癌的發生。大豆異黃酮有著重要的經濟價值和社會價值。由于大豆中異黃酮的平均含量僅為 0.2%，因此分離提取存在很大困難。目前，大豆異黃酮的生產工藝得到的大豆異黃酮產率較低、成本較高。

　　該課題組技術了以 PGMA 為基本骨架及環糊精為活性基團的專用分離介質，一步純化異黃酮純度可達 90%以上，收率大于 95%，性能優于現有的介質。從而實現了黃酮及皂甙、水溶性成分等的高效分離。