酶工程

平台利用最先进的AI技术和人工进化技术，结合海量的酶库资源，根据生化反应需求，设计、筛选及进化酶，创建或提升酶的反应性和选择性，并实践酶的产业化应用；基于高性能的生物酶搭建人工生物合成途径，实现细胞工厂的核心功能区块的构筑，为合成生物学在生物医药、生命健康、新型材料、现代农业等领域的广泛应用提供保障。

一、 天然产物提取

1. 超临界萃取
三相点是物质自身的特性。在临界点之上的物态称为超临界流体，它基本上仍是气态，但密度与液体相近，有很强的溶解力。超临界流体萃取技术：将超临界流体作为萃取剂，把一种成分（萃取物）从混合物（基质）中分离出来的技术。

图表 1超临界状态：二氧化碳相图

 

图表 2超临界二氧化碳萃取流程示意图（萃取沙棘油为例）

超临界流体CO ₂萃取与化学法萃取相比有以下突出的优点：
(1)可以在接近室温(35-40℃)及CO ₂气体笼罩下进行提取，有效地防止了热敏性物质的氧化和逸散。因此，在萃取物中保持着药用植物的全部成分，而且能把高沸点，低挥发度、易热解的物质在其沸点温度以下萃取出来；
(2)最干净的提取方法,由于全过程不用有机溶剂,因此萃取物绝无残留溶媒,同时也防止了提取过程对人体的毒害和对环境的污染,是100%的纯天然；
(3)萃取和分离合二为一，当饱含溶解物的CO ₂-SCF流经分离器时，由于压力下降使得CO ₂与萃取物迅速成为两相（气液分离）而立即分开，不仅萃取效率高而且能耗较少，节约成本；
(4)CO ₂是一种不活泼的气体,萃取过程不发生化学反应,且属于不燃性气体,无味、无臭、无毒，故安全性好；
(5)CO ₂价格便宜，纯度高，容易取得，且在生产过程中循环使用，从而降低成本；
(6)压力和温度都可以成为调节萃取过程的参数。通过改变温度或压力达到萃取目的。压力固定，改变温度可将物质分离；反之温度固定，降低压力使萃取物分离，因此工艺简单易掌握，而且萃取速度快。

2. 微波辅助萃取
微波辅助萃取是利用极性分子可迅速吸收微波能量的性质，将样品放在不吸收微波的样品杯中，加溶剂后置于密封的萃取罐中进行萃取。天然植物的有效成分往往包埋在细胞壁或液泡内，植物细胞壁主要是由纤维素构成的，具有一定的硬度，是植物有效成分提取的主要屏障。微波辐照导致细胞内的极性物质尤其是水分子吸收微波能量而产生大量的热，使细胞内温度迅速升高，液态水经汽化产生的压力可将细胞膜和细胞壁冲破，形成微小孔洞。进一步加热，细胞内部和细胞壁水分减少，细胞收缩，表面出现裂纹。孔洞和裂纹的存在使细胞外液体易于进入细胞内，溶解并释放细胞内产物。最近发展起来的动态微波萃取，由于萃取时随时引入新鲜溶剂，使得萃取效率更高，导出的萃取液与分析仪器在线联用，易于实现自动化。
微波辅助萃取具有下列优点：
(1)微波具有很强的穿透力，可使反应物内外部分同时均匀、迅速地加热,故萃取时间短，效率高。
(2)选择性好。基于结构不同的物质吸收微波能力不同的性质，可实现待测组分的选择性加热，进而与基体分离。
(3)可利用在非极性溶剂中加适量极性溶剂的方法来控制微波吸收能力的大小进而控制温度。
(4)密封操作能保证溶剂不损失，对环境友好。
(5)可同时萃取多个样品。以水为萃取剂，微波辅助萃取的平均提取率比常规水提法提高40%，时间缩短了一半。

3. 超声提取
超声提取是一种利用外场介入强化提取过程的技术。超声波具有三大效应：超声波使介质质点在其传播空间内产生振动，从而强化介质的扩散和传质的效应为其机械效应。所谓空化效应是指超声波使介质中溶解的气泡产生振动，当声压达到一定值时，气泡由于定向扩散而增大，形成共振腔，然后突然闭合，使其周围产生高达几千个大气压的压力，造成植物细胞壁及整个生物体在瞬间破裂，释放出有效成分。热效应是指超声波在传播过程中，声能可以不断被介质所吸收，吸收的能量几乎全部转变为热能，从而导致介质本身和待萃取成分温度升高，增大了有效成分的溶解度。这种吸收声能引起植物组织内部温度的升高是瞬时的，因此可使被提取成分的生物活性保持不变。此外，超声波的一些次级效应，如乳化、扩散、击碎、化学效应等也促进了植物中有效成分的溶解、扩散和与溶剂的充分混合。
与常规溶剂提取法相比,超声提取技术不需加热,耗时短、提出率高，不影响有效成分的生理活性，适于热敏性物质的提取。

4. 酶解技术
坚固的植物细胞壁是提取有效成分的主要屏障。特别是当植物中含有大量黏液质、果胶、淀粉时，这些成分一方面影响植物细胞中活性成分的浸出，另一方面也影响提取液的澄清度。选用恰当的酶,通过酶反应使细胞壁的组成成分和黏液质等杂质成分水解或降解而除去，则可加速有效成分的释放提取。该提取工艺可以分步提取植物材料中溶解性能差异较大的有效成分，而且充分利用了植物资源。

5. 加速溶剂萃取
加速溶剂萃取是在较高的温度(50～200℃)和压力(10.3～20.6Mpa)下用溶剂萃取固体或半固体样品的全新的处理方法。具有溶剂用量少、萃取时间短、回收率和精密度高等优点。
 

(1)天然药物合成化学—具有生物活性的天然产物的结构改造及全合成。
(2)生物无机天然药物—合成以生物活性天然产物为主体的物质，筛选抗痛风和抗幽门螺杆菌化合物。
(3)合成生物学—通过重组现有的基于DNA序列的功能组件，如调控序列，RNA，蛋白质等，实现对生命科学研究或者对生产生活有意义的新的菌种。
在生物系统的概念设计结束后, 所选取的零件将由DNA组装方法拼接。主要方法为限制性酶切或同源重组来完成拼接, DNA分子图谱需要精确到单个核苷酸分子来保证组装的准确性。图谱中碱基对数量众多, 这一步骤在CAD环境中完成。途径设计时，采用了模块化的设计思路，途径构建时，通过改变较少模块表达强度的方法实现多变量搜索策略，从而缩小路径通量的参数的搜索空间。

三、 天然产物应用开发

1. 功能性天然植化成分高效制备及产业化开发
重点研究可食用植物资源中的功能性成分如多糖、皂苷、黄酮、植物多酚、类胡萝卜素、低聚原花青素、多不饱和脂肪酸等的工业化提取、分离、纯化与精制技术，生物活性强化及活性保护关键技术，探索纳米结构脂质载体、固体脂质纳米粒、纳米乳液、脂质体等功能因子的胶体载运体系构建方法，以大幅改善低水溶性功能因子在储运过程中的稳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护肤品配方中的稳定性。

2. 功能性蛋白与肽类的研究制备及产品开发
利用蛋白水解酶高效定向水解植物中的蛋白质，制备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、神经活性肽、增强风味肽等），并开发相应的功能性食品及护肤品配发和产品，实现产业化。


3. 功能性脂质研究与产品开发
应用多酶生物破壁和多相分离耦合技术，和定向酶催化酯交换技术，研究、提取植物中的天然油脂，开发功能食品领域需求大的功能性油脂、类脂并实现产业化，如沙棘籽油。