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熙正霖生物:突破燕窝酸生物合成技术

内容摘要:燕窝具有美容养颜、益智健脑、延年益寿的功效,随着现代分析检测手段的进步,发现燕窝滋补功效的科学依据,归功于其中的一种重要功能性成分—燕窝酸(也称为唾液酸)。...

燕窝具有美容养颜、益智健脑、延年益寿的功效,随着现代分析检测手段的进步,发现燕窝滋补功效的科学依据,归功于其中的一种重要功能性成分—燕窝酸(也称为唾液酸)。现在,燕窝酸已经成为了评判燕窝质量等级的一个关键性指标,特级燕窝中的燕窝酸含量需要达到10%以上。

燕窝因其特殊属性无法通过人工大批量生产,因此燕窝一直被奉为珍品,1克特级燕窝的价格在50元左右。燕窝酸的获取也长期受限于自然资源和提取工艺,存在原材料获取困难、工艺复杂、收率低下的问题。直至合成生物技术的出现,打破了从燕窝到燕窝酸的时间和地理空间限制,实现了“旧时王谢堂前燕,飞入寻常百姓家”。熙正霖生物,作为合成生物领域一颗冉冉升起的新星,完成了燕窝酸生物合成技术的突破,助力燕窝酸的应用普及。

补充燕窝酸为什么可以“内外兼修”?

燕窝酸的化学名称叫做N-乙酰神经氨酸(N-Acetylneuraminic acid,Neu5Ac),是一种5号位碳原子带有N-乙酰氨基的酸性九碳单糖,是一种具有亲水性、带负电的化合物,同时也是唾液酸(Sialic acid)家族的重要成员之一。

图1 燕窝酸的分子结构

实际上,燕窝酸本身普遍存在于人体中,与每一个人都息息相关。除少部分燕窝酸以游离形式存在于人体内,大部分燕窝酸以细胞膜糖蛋白、糖脂、神经节苷脂等形式存在并分布于人体组织,如大脑、母乳、唾液及尿液中,参与发育、炎症、病原感染等诸多生理和病理过程并发挥作用,与人体健康和疾病密切关联。

图2 燕窝酸的主要生理作用:改善大脑发育与认知,免疫调节和癌症治疗,抗粘附功能和保护心血管系统,抗病毒活性,抗氧化活性,皮肤美白

燕窝酸最为突出的作用表现为促进大脑发育和功能改善,可谓是“黄金营养成分”。婴幼儿时期是脑细胞数量和体积增大、功能完善、神经联结网络形成的关键时期,也是大脑发育与智力发展的并行时期,燕窝酸作为结构物质参与了脑神经节苷脂和神经细胞黏附分子的合成,因此在新生儿阶段补充燕窝酸对于大脑的发育和认知尤为重要。燕窝酸在突触途径的结构和功能建立中起到关键性作用,对于脑缺血、帕金森症、老年痴呆症和神经创伤也起到一定治疗效果。

图3 燕窝酸在大脑发育中的关键作用

此外,燕窝酸还是个默默无闻而又兢兢业业的“健康卫士”,它能预先与流感病毒等病原体结合,阻止其与宿主细胞结合,保护宿主细胞免受侵害。燕窝酸形成的多肽结合体在通过消化道系统时不会被消化酶降解,并可通过消化道进入肠道,阻止肠道致病菌、毒素及病毒粒子与肠道黏膜细胞的吸附。同时,燕窝酸还可以为肠道微生物提供营养来源,调节肠道菌群平衡,降低炎症风险。

在美白方面,燕窝酸也毫不逊色。通过角质形成细胞和黑色素细胞组成的3D人体皮肤模型进行实验,结果表明,燕窝酸的美白效果与曲酸相当,并且它是燕窝发挥美白作用的有效成分。

图4 燕窝酸的3D人体皮肤模型美白实验

通过以上介绍,可以看到燕窝酸具备多种生理调节作用和生物学功能,不仅能从内改善身体健康,还能从外在亮白肌肤,达到“内外兼修”的功效。

绿色科技,构筑燕窝酸“高效细胞工厂”

为了燕窝酸的规模化生产,一些化学合成方法和酶催化合成方法相继被开发出来。化学合成的方法需要在碱性条件下,首先将N-乙酰葡萄糖胺异构化为N-乙酰甘露糖胺,然后将N-乙酰甘露糖胺与草酰乙酸中和并脱羧生成N-乙酰神经氨酸。酶催化合成方法首先通过N-乙酰葡萄糖胺差向异构酶将N-乙酰葡萄糖胺转化为N-乙酰甘露糖胺,接着,N-乙酰甘露糖胺和丙酮酸在N-乙酰神经氨酸裂解酶的可逆催化下生成燕窝酸。但上述两种方法分别存在一些缺点,化学合成方法需要使用大量的碱,酶催化合成方法所使用的底物价格昂贵,在环保和成本方面,都不利于燕窝酸的工业化生产。

通过微生物发酵直接合成燕窝酸是一种性价比最高的方法,熙正霖生物瞄准了这一方向,投入大量研发力量探索开发燕窝酸生物合成技术。围绕理性设计的燕窝酸生物合成路径,技术人员首先通过向底盘细胞中导入N-乙酰葡萄糖胺差向异构酶、N-乙酰神经氨酸合酶等燕窝酸合成路径关键酶编码基因,使菌株获得自主合成燕窝酸的能力,进一步加强代谢通路中前体的合成,使燕窝酸产量大幅提高。熙正霖自主研发的燕窝酸专利技术,以食品级葡萄糖和甘油为主要原料,发酵过程无需添加化学诱导剂,生产强度可以达到0.89g/L/h,不论是在安全性方面,还是成本方面都具备显著优势,可以说是满满的“绿色科技”。

图5 燕窝酸生物合成“细胞工厂”

图6 熙正霖生物的燕窝酸专利技术

通过完善的分离纯化技术和严格的质量控制,熙正霖生物生产的燕窝酸不仅色泽纯白、性状优良,而且在理化指标和重金属、微生物控制上都能达到行业领先标准,完全可以媲美天然提取的燕窝酸。

图7 燕窝酸成品

图8 燕窝酸第三方检测报告

作为食品营养强化剂、化妆品功能因子和抗病毒药物合成前体,燕窝酸已被广泛应用于食品、化妆品和医药领域。针对婴幼儿、儿童、孕产妇、中老年等不同年龄阶段人群设计的添加燕窝酸配方奶粉、燕窝酸压片糖果、燕窝酸饮等各种形式的食品在市场上备受欢迎。近年来以燕窝酸为主打功效成分的护肤品也不断推出,例如燕窝酸精华液、燕窝酸面膜,能够淡化细纹、修护亮肤、抗衰紧致。以燕窝酸为医药中间体合成的抗流感病毒药物扎那米韦、奥司他韦已经上市多年。

郑和下西洋,为国人带回了燕窝,千百年来是人们不可多得的延年益寿、美容养颜珍品。熙正霖运用现代生物科技生产的燕窝酸将会以更卓越的功效,更亲民的价格,支持着更多的人追求健康美好、充满活力的生命。

 

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