技術(shù)簡介

癌癥、冠心病、糖尿病等疾病嚴重威脅人類健康。世界衛(wèi)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(fā)病患者將達到2700萬，死亡達1700萬。與激素代謝相關(guān)的癌癥乳腺癌、前列腺癌發(fā)病率逐年增加。世界衛(wèi)生組織1990年公布的資料：美國總死亡人數(shù)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(shù)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(yù)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(yù)防血栓；十字花科蔬菜：吲哚(萊菔硫烷)可阻礙雌激素引發(fā)腫瘤生長的效用，預(yù)防乳腺癌；櫻桃、葡萄及草莓內(nèi)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(yù)防糖尿病；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(yè)年出口近百億元，健康產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品可達萬億元（中糧數(shù)據(jù)）。

針對天然活性成分原料含量低，產(chǎn)品質(zhì)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(chǎn)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(zhì)排行榜上名列第二。鞣花酸的傳統(tǒng)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(chǎn)品純度低，外觀為灰色。

石榴是國內(nèi)重點發(fā)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(yī)療、保健、功能性食品和化妝品領(lǐng)域都有很大的發(fā)展空間。

該課題組采用酶轉(zhuǎn)化法，優(yōu)化發(fā)酵條件及酶誘導(dǎo)條件，將從石榴皮中提取的安石榴甙利用單寧酶發(fā)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(chǎn)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(chǎn)量低，價格昂貴。

該課題組發(fā)明了一種以蕓苔屬蔬菜為原料制備萊菔硫烷的方法。原料經(jīng)粉碎后，在特定pH值下水解，水解后除去蛋白質(zhì)，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(yè)生產(chǎn)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(xué)合成方法生產(chǎn)，具有不可持續(xù)及污染環(huán)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(xiàn)了植物次級代謝產(chǎn)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(chǎn)量，具有工業(yè)應(yīng)用潛力。

4）5-羥基色氨酸

5-羥基色氨酸是神經(jīng)遞質(zhì)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(diào)以及慢性頭痛也有很好的效果。其2012年產(chǎn)量136.4噸，銷售額3200萬美元；預(yù)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(yīng)問題限制了其應(yīng)用?；瘜W(xué)合成5-羥基色氨酸過程中，存在羥化反應(yīng)位置選擇性的問題，產(chǎn)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(wěn)定，需要特殊輔因子。

該課題組設(shè)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(zhuǎn)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(yǎng)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(jié)腸癌、肺癌、胃癌、乳腺癌、前列腺癌的發(fā)生。大豆異黃酮有著重要的經(jīng)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(chǎn)工藝得到的大豆異黃酮產(chǎn)率較低、成本較高。

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

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