酶工程

平臺利用最先進的AI技術和人工進化技術，結合海量的酶庫資源，根據(jù)生化反應需求，設計、篩選及進化酶，創(chuàng)建或提升酶的反應性和選擇性，并實踐酶的產(chǎn)業(yè)化應用；基于高性能的生物酶搭建人工生物合成途徑，實現(xiàn)細胞工廠的核心功能區(qū)塊的構筑，為合成生物學在生物醫(yī)藥、生命健康、新型材料、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)等領域的廣泛應用提供保障。

一、 天然產(chǎn)物提取

1. 超臨界萃取
三相點是物質自身的特性。在臨界點之上的物態(tài)稱為超臨界流體，它基本上仍是氣態(tài)，但密度與液體相近，有很強的溶解力。超臨界流體萃取技術：將超臨界流體作為萃取劑，把一種成分（萃取物）從混合物（基質）中分離出來的技術。

圖表 1超臨界狀態(tài)：二氧化碳相圖

 

圖表 2超臨界二氧化碳萃取流程示意圖（萃取沙棘油為例）

超臨界流體CO ₂萃取與化學法萃取相比有以下突出的優(yōu)點：
(1)可以在接近室溫(35-40℃)及CO ₂氣體籠罩下進行提取，有效地防止了熱敏性物質的氧化和逸散。因此，在萃取物中保持著藥用植物的全部成分，而且能把高沸點，低揮發(fā)度、易熱解的物質在其沸點溫度以下萃取出來；
(2)最干凈的提取方法,由于全過程不用有機溶劑,因此萃取物絕無殘留溶媒,同時也防止了提取過程對人體的毒害和對環(huán)境的污染,是100%的純天然；
(3)萃取和分離合二為一，當飽含溶解物的CO ₂-SCF流經(jīng)分離器時，由于壓力下降使得CO ₂與萃取物迅速成為兩相（氣液分離）而立即分開，不僅萃取效率高而且能耗較少，節(jié)約成本；
(4)CO ₂是一種不活潑的氣體,萃取過程不發(fā)生化學反應,且屬于不燃性氣體,無味、無臭、無毒，故安全性好；
(5)CO ₂價格便宜，純度高，容易取得，且在生產(chǎn)過程中循環(huán)使用，從而降低成本；
(6)壓力和溫度都可以成為調節(jié)萃取過程的參數(shù)。通過改變溫度或壓力達到萃取目的。壓力固定，改變溫度可將物質分離；反之溫度固定，降低壓力使萃取物分離，因此工藝簡單易掌握，而且萃取速度快。

2. 微波輔助萃取
微波輔助萃取是利用極性分子可迅速吸收微波能量的性質，將樣品放在不吸收微波的樣品杯中，加溶劑后置于密封的萃取罐中進行萃取。天然植物的有效成分往往包埋在細胞壁或液泡內，植物細胞壁主要是由纖維素構成的，具有一定的硬度，是植物有效成分提取的主要屏障。微波輻照導致細胞內的極性物質尤其是水分子吸收微波能量而產(chǎn)生大量的熱，使細胞內溫度迅速升高，液態(tài)水經(jīng)汽化產(chǎn)生的壓力可將細胞膜和細胞壁沖破，形成微小孔洞。進一步加熱，細胞內部和細胞壁水分減少，細胞收縮，表面出現(xiàn)裂紋。孔洞和裂紋的存在使細胞外液體易于進入細胞內，溶解并釋放細胞內產(chǎn)物。最近發(fā)展起來的動態(tài)微波萃取，由于萃取時隨時引入新鮮溶劑，使得萃取效率更高，導出的萃取液與分析儀器在線聯(lián)用，易于實現(xiàn)自動化。
微波輔助萃取具有下列優(yōu)點：
(1)微波具有很強的穿透力，可使反應物內外部分同時均勻、迅速地加熱,故萃取時間短，效率高。
(2)選擇性好。基于結構不同的物質吸收微波能力不同的性質，可實現(xiàn)待測組分的選擇性加熱，進而與基體分離。
(3)可利用在非極性溶劑中加適量極性溶劑的方法來控制微波吸收能力的大小進而控制溫度。
(4)密封操作能保證溶劑不損失，對環(huán)境友好。
(5)可同時萃取多個樣品。以水為萃取劑，微波輔助萃取的平均提取率比常規(guī)水提法提高40%，時間縮短了一半。

3. 超聲提取
超聲提取是一種利用外場介入強化提取過程的技術。超聲波具有三大效應：超聲波使介質質點在其傳播空間內產(chǎn)生振動，從而強化介質的擴散和傳質的效應為其機械效應。所謂空化效應是指超聲波使介質中溶解的氣泡產(chǎn)生振動，當聲壓達到一定值時，氣泡由于定向擴散而增大，形成共振腔，然后突然閉合，使其周圍產(chǎn)生高達幾千個大氣壓的壓力，造成植物細胞壁及整個生物體在瞬間破裂，釋放出有效成分。熱效應是指超聲波在傳播過程中，聲能可以不斷被介質所吸收，吸收的能量幾乎全部轉變?yōu)闊崮?，從而導致介質本身和待萃取成分溫度升高，增大了有效成分的溶解度。這種吸收聲能引起植物組織內部溫度的升高是瞬時的，因此可使被提取成分的生物活性保持不變。此外，超聲波的一些次級效應，如乳化、擴散、擊碎、化學效應等也促進了植物中有效成分的溶解、擴散和與溶劑的充分混合。
與常規(guī)溶劑提取法相比,超聲提取技術不需加熱,耗時短、提出率高，不影響有效成分的生理活性，適于熱敏性物質的提取。

4. 酶解技術
堅固的植物細胞壁是提取有效成分的主要屏障。特別是當植物中含有大量黏液質、果膠、淀粉時，這些成分一方面影響植物細胞中活性成分的浸出，另一方面也影響提取液的澄清度。選用恰當?shù)拿?通過酶反應使細胞壁的組成成分和黏液質等雜質成分水解或降解而除去，則可加速有效成分的釋放提取。該提取工藝可以分步提取植物材料中溶解性能差異較大的有效成分，而且充分利用了植物資源。

5. 加速溶劑萃取
加速溶劑萃取是在較高的溫度(50～200℃)和壓力(10.3～20.6Mpa)下用溶劑萃取固體或半固體樣品的全新的處理方法。具有溶劑用量少、萃取時間短、回收率和精密度高等優(yōu)點。
 

(1)天然藥物合成化學—具有生物活性的天然產(chǎn)物的結構改造及全合成。
(2)生物無機天然藥物—合成以生物活性天然產(chǎn)物為主體的物質，篩選抗痛風和抗幽門螺桿菌化合物。
(3)合成生物學—通過重組現(xiàn)有的基于DNA序列的功能組件，如調控序列，RNA，蛋白質等，實現(xiàn)對生命科學研究或者對生產(chǎn)生活有意義的新的菌種。
在生物系統(tǒng)的概念設計結束后, 所選取的零件將由DNA組裝方法拼接。主要方法為限制性酶切或同源重組來完成拼接, DNA分子圖譜需要精確到單個核苷酸分子來保證組裝的準確性。圖譜中堿基對數(shù)量眾多, 這一步驟在CAD環(huán)境中完成。途徑設計時，采用了模塊化的設計思路，途徑構建時，通過改變較少模塊表達強度的方法實現(xiàn)多變量搜索策略，從而縮小路徑通量的參數(shù)的搜索空間。

三、 天然產(chǎn)物應用開發(fā)

1. 功能性天然植化成分高效制備及產(chǎn)業(yè)化開發(fā)
重點研究可食用植物資源中的功能性成分如多糖、皂苷、黃酮、植物多酚、類胡蘿卜素、低聚原花青素、多不飽和脂肪酸等的工業(yè)化提取、分離、純化與精制技術，生物活性強化及活性保護關鍵技術，探索納米結構脂質載體、固體脂質納米粒、納米乳液、脂質體等功能因子的膠體載運體系構建方法，以大幅改善低水溶性功能因子在儲運過程中的穩(wěn)定性和作用的靶向性，提高其生物利用率及在功能性食品和護膚品配方中的穩(wěn)定性。

2. 功能性蛋白與肽類的研究制備及產(chǎn)品開發(fā)
利用蛋白水解酶高效定向水解植物中的蛋白質，制備具有特定生理活性的多肽/寡肽（包括抗氧化肽、免疫活性肽、抗菌肽、神經(jīng)活性肽、增強風味肽等），并開發(fā)相應的功能性食品及護膚品配發(fā)和產(chǎn)品，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。


3. 功能性脂質研究與產(chǎn)品開發(fā)
應用多酶生物破壁和多相分離耦合技術，和定向酶催化酯交換技術，研究、提取植物中的天然油脂，開發(fā)功能食品領域需求大的功能性油脂、類脂并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，如沙棘籽油。