海藻糖生产技术
成果简介
海藻糖是由两个葡萄糖羟基经α-1,1-糖苷键连接而成的非还原性二糖，广泛存在于细菌、酵母、真菌、藻类和昆虫中。海藻糖具有独特的生物学功能，可以保护蛋白质，生物膜及敏感细胞的细胞壁免受干旱、冷冻和渗透压的变化而造成的伤害，可作为不稳定药品、食品和化妆品的稳定剂、多种食品和药品甜味剂、种子的包衣、冷冻干燥菌株的保护剂等；海藻糖还可保护DNA 防止放射线引起的损伤。与其它糖类相比，海藻糖具有安全无毒、甜味温和、可生物代谢、非龋齿性及可以遮盖异味的特性，此外因为它的非还原性，它不易发生非酶褐变，具有很强的化学稳定性、酸稳定性和热稳定性，所有这些特性使它在食品工业中有着广泛的应用前景。在国外目前已经作为甜味剂、质构改良剂、稳定剂、保湿剂和辅助用剂等，广泛应用于焙烤食品、、硬质或软质糖果、果酱、速食食品中。本技术采用酶法生产海藻糖，包括双酶法和单酶法。以高表达外源酶的重组菌进行胞内外发酵产酶，建立了经济高效的生产工艺，效果明显，已经过中试后实现了产业化。已在济南、潍坊、德州等地实施了转化。
技术指标（或技术特点）、成熟程度：
通过筛选获得高产海藻糖合酶及麦芽寡糖基海藻糖合成酶、麦芽寡糖基海藻糖水解酶的微生物菌株，并对该菌株的性能进行优化，实现了固定化透性细胞生产海藻糖技术产业化。开发了单酶及双酶融合酶的异源高效表达，开发了酶的胞内外表达系统，包括大肠杆菌、枯草芽孢杆菌及毕赤酵母菌表达系统，能够满足食品级及医药级海藻糖的生产，通过开发建立了高效产酶转化、全细胞催化生产海藻糖的工艺技术技术。该技术平台皆已经经过中试试验，具备产业化能力。部分平台已经实施了产业化。采用高倍表达海藻糖合酶重组菌生产海藻糖技术及模拟移动床分离技术，成功实现了海藻糖的规模化生产，目前该项目已申请发明专利 13 项，发表 SCI 论文 5 篇。该工艺生产海藻糖产品纯度大于 99%，单位产品利润45%-55%。
应用领域及市场前景：
食品行业：在人类平常摄取的许多食物中都含有海藻糖，特别是蘑菇类中的含量很高。豆类、虾类、酵母发酵食品和海带、裙带菜、绿紫菜等海草类中也分布广泛。海藻糖不但甜味爽口，适口，而且具有很多其他糖类所没有的优良特性，如低吸湿性和保水性，耐热性和耐酸性，防止淀粉老化，抗龋齿性，矫味作用，防止蛋白质变性，抑制鱼贝类腥味的产生，抑制脂类物质氧化变质，防止褐变，保持蔬菜肉类组织结构的稳定和保鲜作用等。基于海藻糖的各种性，其可广泛应用于食品的各个加工领域。自从通过酶法生产海藻糖成功之后，海藻糖在食品工业中的应用越来越广。在海藻糖的生产和消费国日本，添加海藻糖的食品高达 6000 多种，几乎涵盖了整个食品领域。医药行业：海藻糖具有对活性生物大分子优良的非特异性保护作用，首先被广泛用于抗体药物、疫苗、诊断试剂、活体细胞和组织在冷冻和干燥时
的生物活性保护剂。如目前许多蛋白质药物用于临床，因其稳定性差而采取冷冻干燥的方法，因此为了减少在冷冻干燥过程带来的蛋白质变性作用，而采用海藻糖作为保护剂。在医学和微生物实验中应用的病毒、单克隆抗体等易失活，不稳定，若添加海藻糖后进行干燥处理，可在常温下长期保存，用海藻糖干燥的口服脊髓灰质炎疫苗，在 45℃时稳定性与 4℃液态疫苗相当，这样就解决了疫苗长途运输中的储藏问题，节省了冷藏开支。并且在近几年的研究中还发现，海藻糖还对骨质疏松症、亨廷顿舞蹈症、干眼症等具有治疗作用，是药物传递系统的良好辅料，大大扩展了海藻糖在医药领域的应用范围。
化妆品行业：海藻糖对生物细胞具有优异的非特异性保护功能，可提高生物细胞对高温、干燥、冷冻等恶劣条件的抗性，同时外源性的海藻糖具有与内源性海藻糖同样的非特异性保护作用，这些功能使海藻糖可以成为化妆品的重要组成成分。化妆品是用于人体皮肤表面，达到护肤、清洁、修饰和美容等目的的一类产品。近几年越来越多的测试显示出海藻糖在皮肤和毛发化妆品应用上的多种功效，如保湿功效、细胞保护功效、防止油脂分解产生异味的功效、抑制体臭的功效、抗辐射的功效和保护生物活性成分的功效等等。
农业方面：目前，全球的人口数量快速增加，全球变暖和土地沙化日益严重，可耕地不断缩小，因此需要抗旱、耐盐碱的作为品种来提高粮食产量。因此鉴于海藻糖稳定生物大分子结构和提高生物对逆性环境的抗性功能，国内外研究人员力图将海藻糖合酶的相关基因导入不产海藻糖的作物体内以期待提高抗恶劣环境能力，如甘蔗、水稻、小麦和烟草等，可以推动解决全球的粮食问题。对于农作物来说，外源海藻糖的添加虽然能够使植株在逆境条件下很好的生长，但是成本太高，所以通过基因工程让作物积累内源海藻糖有很大的现实意义。通过使用外源海藻糖对洋葱种子进行处理，处理后的种子在恶劣环境中的发芽率明显增高。用海藻糖预处理的小麦幼苗，能够对叶绿体起到保护作用，促进根系生长，使植物在盐碱地等恶劣环境中能很好的生长。2000 年 6 月，联合国粮农组织和世界卫生组织食品添加剂联合委员（JECFA）确认对海藻糖的每日允许摄入量不需限制；2000 年 10 月，美国食品和药物管理局（FDA）授予海藻糖 GRAS（公认安全）地位，并批准进入美国食品领域；2001 年 7 月英国批准了酶法生产海藻糖作为新型食品原料；2001 年 9 月，欧盟批准海藻糖作为新型食品或食品原料进入其市场；2003 年 5 月，澳大利亚和新西兰批准海藻糖为新型食品，没有使用限制；2005 年 3 月，我国卫生部批准海藻糖为新资源食品，批准文号为：卫新食试字（2005）第 0002 号。随着各国对海藻糖价值的认可和准入，海藻糖的市场需求量不断增加，但目前国内外的市场总生产量不超过 8 万吨/年，仅在中国未来 10 年的市场需求量就有望超过 20 万吨。投产条件、投资概算：根据企业面积及经济状况可选择不同规模的生产需求，从年产 5000 吨至年产 10000 吨均可进行投资。以年产 5000 吨海藻糖为例，主体车间需要
占地面的 5000 平米，设备包括厂房总投资 4500 万元。推广前景分析预期经济效益：食品级海藻糖国内市场价格 20000-35000 元/吨，取 20000 元/吨，原料成本 7000 元/吨，5000 吨海藻糖的年销售额 1 亿元/年，当年可回收厂房建设投资。
技术指标（或技术特点）、成熟程度：
通过筛选获得高产海藻糖合酶及麦芽寡糖基海藻糖合成酶、麦芽寡糖基海藻糖水解酶的微生物菌株，并对该菌株的性能进行优化，实现了固定化透性细胞生产海藻糖技术产业化。开发了单酶及双酶融合酶的异源高效表达，开发了酶的胞内外表达系统，包括大肠杆菌、枯草芽孢杆菌及毕赤酵母菌表达系统，能够满足食品级及医药级海藻糖的生产，通过开发建立了高效产酶转化、全细胞催化生产海藻糖的工艺技术技术。该技术平台皆已经经过中试试验，具备产业化能力。部分平台已经实施了产业化。采用高倍表达海藻糖合酶重组菌生产海藻糖技术及模拟移动床分离技术，成功实现了海藻糖的规模化生产，目前该项目已申请发明专利 13 项，发表 SCI 论文 5 篇。该工艺生产海藻糖产品纯度大于 99%，单位产品利润45%-55%。
应用领域及市场前景：
食品行业：在人类平常摄取的许多食物中都含有海藻糖，特别是蘑菇类中的含量很高。豆类、虾类、酵母发酵食品和海带、裙带菜、绿紫菜等海草类中也分布广泛。海藻糖不但甜味爽口，适口，而且具有很多其他糖类所没有的优良特性，如低吸湿性和保水性，耐热性和耐酸性，防止淀粉老化，抗龋齿性，矫味作用，防止蛋白质变性，抑制鱼贝类腥味的产生，抑制脂类物质氧化变质，防止褐变，保持蔬菜肉类组织结构的稳定和保鲜作用等。基于海藻糖的各种性，其可广泛应用于食品的各个加工领域。自从通过酶法生产海藻糖成功之后，海藻糖在食品工业中的应用越来越广。在海藻糖的生产和消费国日本，添加海藻糖的食品高达 6000 多种，几乎涵盖了整个食品领域。医药行业：海藻糖具有对活性生物大分子优良的非特异性保护作用，首先被广泛用于抗体药物、疫苗、诊断试剂、活体细胞和组织在冷冻和干燥时
的生物活性保护剂。如目前许多蛋白质药物用于临床，因其稳定性差而采取冷冻干燥的方法，因此为了减少在冷冻干燥过程带来的蛋白质变性作用，而采用海藻糖作为保护剂。在医学和微生物实验中应用的病毒、单克隆抗体等易失活，不稳定，若添加海藻糖后进行干燥处理，可在常温下长期保存，用海藻糖干燥的口服脊髓灰质炎疫苗，在 45℃时稳定性与 4℃液态疫苗相当，这样就解决了疫苗长途运输中的储藏问题，节省了冷藏开支。并且在近几年的研究中还发现，海藻糖还对骨质疏松症、亨廷顿舞蹈症、干眼症等具有治疗作用，是药物传递系统的良好辅料，大大扩展了海藻糖在医药领域的应用范围。
化妆品行业：海藻糖对生物细胞具有优异的非特异性保护功能，可提高生物细胞对高温、干燥、冷冻等恶劣条件的抗性，同时外源性的海藻糖具有与内源性海藻糖同样的非特异性保护作用，这些功能使海藻糖可以成为化妆品的重要组成成分。化妆品是用于人体皮肤表面，达到护肤、清洁、修饰和美容等目的的一类产品。近几年越来越多的测试显示出海藻糖在皮肤和毛发化妆品应用上的多种功效，如保湿功效、细胞保护功效、防止油脂分解产生异味的功效、抑制体臭的功效、抗辐射的功效和保护生物活性成分的功效等等。
农业方面：目前，全球的人口数量快速增加，全球变暖和土地沙化日益严重，可耕地不断缩小，因此需要抗旱、耐盐碱的作为品种来提高粮食产量。因此鉴于海藻糖稳定生物大分子结构和提高生物对逆性环境的抗性功能，国内外研究人员力图将海藻糖合酶的相关基因导入不产海藻糖的作物体内以期待提高抗恶劣环境能力，如甘蔗、水稻、小麦和烟草等，可以推动解决全球的粮食问题。对于农作物来说，外源海藻糖的添加虽然能够使植株在逆境条件下很好的生长，但是成本太高，所以通过基因工程让作物积累内源海藻糖有很大的现实意义。通过使用外源海藻糖对洋葱种子进行处理，处理后的种子在恶劣环境中的发芽率明显增高。用海藻糖预处理的小麦幼苗，能够对叶绿体起到保护作用，促进根系生长，使植物在盐碱地等恶劣环境中能很好的生长。2000 年 6 月，联合国粮农组织和世界卫生组织食品添加剂联合委员（JECFA）确认对海藻糖的每日允许摄入量不需限制；2000 年 10 月，美国食品和药物管理局（FDA）授予海藻糖 GRAS（公认安全）地位，并批准进入美国食品领域；2001 年 7 月英国批准了酶法生产海藻糖作为新型食品原料；2001 年 9 月，欧盟批准海藻糖作为新型食品或食品原料进入其市场；2003 年 5 月，澳大利亚和新西兰批准海藻糖为新型食品，没有使用限制；2005 年 3 月，我国卫生部批准海藻糖为新资源食品，批准文号为：卫新食试字（2005）第 0002 号。随着各国对海藻糖价值的认可和准入，海藻糖的市场需求量不断增加，但目前国内外的市场总生产量不超过 8 万吨/年，仅在中国未来 10 年的市场需求量就有望超过 20 万吨。投产条件、投资概算：根据企业面积及经济状况可选择不同规模的生产需求，从年产 5000 吨至年产 10000 吨均可进行投资。以年产 5000 吨海藻糖为例，主体车间需要
占地面的 5000 平米，设备包括厂房总投资 4500 万元。推广前景分析预期经济效益：食品级海藻糖国内市场价格 20000-35000 元/吨，取 20000 元/吨，原料成本 7000 元/吨，5000 吨海藻糖的年销售额 1 亿元/年，当年可回收厂房建设投资。
应用场景
不详