FFL“抗氧化”功能食品创新技术合集 | 麦角硫因、岩藻黄素、非瑟酮、谷胱甘肽、花椒素、多甲氧基黄酮

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FFL研究分析了国内外最受欢迎的“抗氧化”功能食品原料，并针对当前原料生产技术痛点进行洞察，在FFL科研库中找到对应技术解决方案，提供给业内人士参考。欢迎联系FFL了解创新技术详情。

                                                                       

整理｜王紫馨

编辑｜王嘉怡

来源｜未来食品实验室

原料一：麦角硫因

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抗氧化作用

麦角硫因在体外和体内均具有较强的抗氧化能力，一般通过检测其对1,1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基、羟基自由基等清除能力来评价其体外抗氧化作用，而其体内抗氧化作用则是通过检测生物体内氧化损伤的生物标志物来直接证明。具体抗氧化机制包括以下四个途径：直接清除ROS和活性氮、螯合二价金属阳离子、激发某些抗氧化酶的活性和抑制血红素蛋白(血红素和肌红蛋白等)的氧化作用。

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生产技术

麦角硫因是一种具有广阔应用前景的高附加值氨基酸衍生物，具有独特的生物学功能，特别是作为优良的抗氧化剂引起了人们广泛的关注。其制备方法包括天然生物提取法、化学合成法和生物合成法。而当前的商业生产麦角硫因的方法主要依赖于从天然生物中提取或化学合成，这两种方法具有成本高、产率低等问题。生物合成法中的微生物发酵法相比于其他方法，具有原料成本低、生产工艺简单、安全环保可持续生产等优势，是大规模工业生产的理想方式。然而天然合成途径弱，前体物组氨酸，腺苷蛋氨酸和半胱氨酸的协同供应困难等制约了麦角硫因的合成。因此亟需开发一种高效、经济且安全、可靠的麦角硫因生产方式以满足市场的需求，研究者们为此做出了诸多尝试。

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技术内容

针对现有技术的不足，该技术构建一种生产麦角硫因的大肠杆菌基因工程菌株，该菌株对麦角硫因合成模块、前体物组氨酸、半胱氨酸和腺苷蛋氨酸合成模块进行了系统性改造，实现大肠杆菌中麦角硫因的高效、稳定生产，属于基因工程技术领域。

该技术中的基因工程菌以大肠杆菌为宿主，异源过表达Microcoleus sp.PCC 7113来源的egtD基因，Methylobacterium pseudosasicola来源的egtB基因，Neurospora crassa来源的egt2基因，Corynebacterium glutamicum的ATP转磷酸核糖基酶突变体编码基因hisG*；并且过表达hisDBCHAFI基因簇，丝氨酸转乙酰酶突变体CysE (M201R) 编码基因，磷酸甘油酸脱氢酶酶突变体SerA (H344A/N364A) 编码基因，腺苷蛋氨酸合酶突变体MetK (I303V) 编码基因；并且不表达色氨酸酶基因tnaA。在2L发酵罐上进行分批补料发酵，培养60h可生产麦角硫因7.2g/L，未有其它副产物的显著积累。该技术中麦角硫因的发酵生产方法中其生产量和生产强度为目前报道的最高水平，并且发酵过程中无需添加L组氨酸和L半胱氨酸，可显著降低生产成本。

图1 EGT发酵过程曲线

原文详细链接：https://mp.weixin.qq.com/s/tlv5vDgjti2BWNI3A-CMGQ

原料二：岩藻黄素

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抗氧化作用

岩藻黄素可通过猝灭单线态氧、清除自由基、清除活性氧等途径发挥抗氧化功能。岩藻黄素的抗氧化活性与丙二烯结构、环氧基、羟基有关，丙二烯结构在其他色素中很罕见，与其他色素相比，岩藻黄素与其代谢物岩藻黄醇的抗氧化能力较强，可减轻自由基对体内生物大分子和细胞的损伤，有效预防慢性病和动脉粥样硬化。

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生产技术

目前岩藻黄素的主要是从海带、裙带菜等大型褐藻中提取获得。大型褐藻生长周期长且受季节限制，含量一般在0.1～1mg·g-1之间。由于大型褐藻多糖含量高，导致岩藻黄素提取效率低、产物纯度低，因此目前褐藻来源的岩藻黄素藻油价格高昂、含量低，纯品供应能力难以满足市场需求。

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技术内容

此技术的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种提高硅藻中岩藻黄素产量的方法。该方法获得的硅藻（尤其是三角褐指藻）藻粉干重高、岩藻黄素产量及产率高，且人工光源克服了自然光的昼夜交替并易于控制，降低了生产成本方法成本低，所制备的水溶性岩藻黄素微粒安全性高，可广泛用于食品体系中。

此技术将硅藻接种至培养基中，在培养光光照条件下培养至对数生长期，其中，培养光为红蓝混合光，其红光与蓝光的比例为100～0:0～100。获得的对数生长期的硅藻细胞，在诱导光（改变LED红蓝光的比例）光照条件下，同时在培养基中补充氮源继续培养，以提高岩藻黄素产量。其中，诱导光为在培养光的基础上添加纯蓝光（单色光）获得的光质，该培养光与纯蓝光的光强比为1～4:1～2。即在混养条件下通过两步法，采用不同比例LED红蓝光分别促进细胞生长及岩藻黄素产量提高，即先利用红蓝组合光促进细胞生长，待三角褐指藻细胞生长至对数生长期，改变LED红蓝组合光的光谱比例并补充氮源，以提高岩藻黄素的产量。岩藻黄素产量比持续白光培养时显著提高了27 .86％，比红蓝光一步法（未改变红蓝光配比的培养）时显著提高了31 .90％，岩藻黄素产率达到7.02mg·L -1·d -1，是目前已知报道的最高值。

图1 三角褐指藻在白光的不同光照强度下生物量浓度及岩藻黄素产量的变化

图2 三角褐指藻在第一阶段中不同培养光下生物量浓度及岩藻黄素产量的变化

图3 三角褐指藻在第二阶段（第6天）切换纯蓝光并补充不同种类氮源条件下生物量浓度及岩藻黄素产量的变化

图4 三角褐指藻在第二阶段（第6天）补充纯蓝光和胰蛋白胨下生物量浓度及岩藻黄素产量的变化

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原料三：非瑟酮

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抗氧化作用

非瑟酮具有强大的抗氧化性，有助于中和自由基，减少氧化应激对细胞的损害。当非瑟酮通过细胞膜传播时，可以与多种氧化还原相关的信号通路相互作用。 这些途径主要是NF-κB，Nrf2，MAPK和PI3K / Akt，因此非瑟酮能够通过多种机制发挥其有效的抗氧化活性，例如增强酶促和非酶促细胞内抗氧化剂，螯合过渡金属离子并充当氧化还原酶活性的底物。另外临床前模型表明，非瑟酮可提高细胞内谷胱甘肽水平，谷胱甘肽是一种对细胞存活很重要的自由基清除剂。

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生产技术

目前有关非瑟酮提取的相关研究主要集中在以漆树科植物作为来源进行制备，且制备工艺复杂多样，例如从黄栌干燥枝叶、茎枝中，从黄杨木中，从余甘子中等制备非瑟酮。这种从天然产物中大规模提取黄酮类化合物存在产率低、成本高昂等突出问题。因此，需要一种从有效部位和有效活性成分进行针对性提取，提高非瑟酮纯度，提供具有良好活性的漆黄素的方法。

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技术内容

针对现有技术的不足，该技术提供了一种能够提高非瑟酮纯度的提取方法及其实际应用。该方法得到的非瑟酮纯度较高，特异性强，并且具有较高的体外尿酸盐转运蛋白1抑制活性，开辟了非瑟酮的新用途。

该技术将洋甘草进行超微粉碎，过筛，得到超细粉末；将其浸泡于乙醇中，采用超声辅助提取，过滤收集滤液，重复提取过滤，合并滤液得到粗提物；将粗提物减压浓缩得到浸膏，所述浸膏用水复溶后，用有机溶剂萃取，分离得到萃取液，重复萃取并合并萃取液；将上述萃取液经由大孔树脂粗分、层析柱细分级、高效液相色谱纯化后，干燥即可得到非瑟酮。由此提取得到的非瑟酮的纯度为95%以上，最高可达98.48%，其能够竞争性结合尿酸盐转运蛋白1的活性位点从而使得抑制尿酸盐转运蛋白1的IC50达到12.77 µmol/L。因此，将该技术提取的非瑟酮用于制备防治高尿酸血症中的药物和/或保健品中将具有良好的推广和应用价值。

图1 超声功率对漆黄素提取纯度的影响

图2 温度对漆黄素提取纯度的影响

图3 乙醇洗脱浓度对漆黄素提取纯度的影响

图4 甲醇洗脱浓度对漆黄素提取纯度的影响

原文详细链接：https://mp.weixin.qq.com/s/fwN1yt-XkvuLU67C-zYV-Q

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原料四：谷胱甘肽

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抗氧化作用

谷胱甘肽是通过巯基与自由基结合，从而加速自由基的排泄，谷胱甘肽作为体内一种重要的抗氧化剂，能清除掉人体的自由基。由于GSH本身易受某些物质氧化，所以它在体内能够保护许多蛋白质和酶等分子中的巯基不被有害物质氧化，从而保证蛋白质和酶等分子生理功能的正常发挥。谷胱甘肽、硫辛酸都是通过巯基结构与自由基结合，从而加速自由基的排泄，与VC、VE的效果更佳。

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生产技术

胱甘肽(GSH)是所有生物中含量最多的非蛋白质硫醇化合物，具有抗氧化剂、解毒剂和免疫助推器的能力，广泛应用于医疗、食品和化妆品行业。发酵法生产谷胱甘肽的出发菌株主要是酿酒酵母，最近，在无乳链球菌中发现了一种谷胱甘肽双功能酶(GshAB)，它可以直接催化前体谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸合成GSH，伴随两分子ATP的消耗。发酵法生产谷胱甘肽可能存在细胞膜屏障、底物限制和产物运输等问题，而全细胞催化需要添加大量ATP，导致成本高。

三磷酸腺苷(ATP)是生物体内必需的高能磷酸化合物，它为活细胞内的合成、运输、信息传递等过程提供能量。在酶催化中，ATP通常作为基团转移的辅助因子，参与生产高价值的产品。近年来，多聚磷酸盐激酶(PPK)催化的无机聚磷酸盐与ATP的可逆反应备受关注。双功能的多聚磷酸盐激酶PPK利用廉价易得的磷酸盐(polyP)作为底物，属于PPK2Ⅲ类，既可以催化腺苷生成二磷酸腺苷，也可催化二磷酸腺苷生成三磷酸腺苷。如何将多聚磷酸盐激酶应用于谷胱甘肽生产中，并提高谷胱甘肽的产量及转化率，成为亟待解决的问题。

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技术内容

为解决上述技术问题，本技术通过分子对接和定点突变，理性设计来扩大多聚磷酸盐激酶的双底物polyP6和ADP通道腔，并提高多聚磷酸盐激酶的比酶活，将筛选获得的聚磷酸盐激酶突变体用于生产谷胱甘肽，通过发酵菌体生产并积累GshAB和多聚磷酸盐激酶，收集菌体后破细胞得到裂解液，该裂解液具有内源性的ATP可启动再生系统的优点，避免谷胱甘肽胞内生产过程中细胞屏障和复杂的通路修饰等问题，快速在体外重构谷胱甘肽的生产通路。偶联ATP再生体系后，可以减少ATP的使用，对生产体系优化后可以实现高效生产谷胱甘肽。

该技术在定点突变前ChPPK的比酶活为605±2.1 U/mg，突变后，双突变酶ChPPKK81HK103V展现最高的催化活性，比酶活为1972±2.5 U/mg。另外ChPPKK81HK103V的再生体系实现了酶催化生产谷胱甘肽的高产量、高转化率和高经济价值的统一。在获得该高效的PPK突变酶后，生物催化反应中添加ChPPKK81HK103V可以显著提高ATP再生的效率和可持续性，对体系优化后可提高催化的效率和底物转化率，节省需能反应的成本。

图1 双酶偶联的发酵液生产谷胱甘肽的产量及体系的优化

原文详细链接：https://mp.weixin.qq.com/s/fp4K5pJeSnEfmkuyJFfBZw

原料五：花椒素

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抗氧化作用

研究显示，花椒素WGX-50中的黄酮类化合物可以通过对细胞内代谢产生的自由基进行消除和清除，降低氧化应激，减轻氧化损伤，从而发挥抗氧化效果。

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技术内容 

相关研究结果显示花椒素WGX-50可以穿过血脑屏障，减少小鼠大脑皮层中Aβ淀粉样蛋白的积累，提高痴呆小鼠的认知能力；在细胞水平可以抑制Aβ淀粉样蛋白的聚集、改善Aβ诱导的细胞凋亡、抑制免疫细胞活性、调控异常的炎症和抗氧化通路等来预防阿尔茨海默症的发生，表明其对阿尔茨海默症有预防和治疗作用，有可能作为预防和治疗阿尔茨海默症的潜在药物。

研究还发现WGX-50具有显著的抗皮肤衰老和抗氧化的功效，可以在动物组织水平促进胶原蛋白、弹性蛋白的再生和抑制胶原蛋白、弹性蛋白的降解，在细胞水平抑制黑色素形成相关基因表达、加强角质层水离子通道蛋白基因的表达、减少炎症和抗氧化等。

人体功效评价结果显示WGX-50具有保湿、美白、祛黄、提亮、淡化老年斑、减少皱纹和修复皮肤屏障的功效。近期试验探究发现WGX-50能通过调控胰岛素信号的改善延长小鼠和秀丽隐杆线虫两个模式生物的健康寿命，它也可以通过抑制线粒体ROS和铁死亡途径来保护DOX诱导的心脏毒性，为WGX50作为心脏保护的有前途的药物候选物提供了新的见解。

以上数据表明WGX-50作为药食两用的食物，面对老龄化社会可以延长健康寿命和提高生活质量，减少失智或者生活不能自理的失能老人及家庭的负担。

图1 WGX-50抗阿尔兹海默症的试验验证

图2 WGX-50保湿、抗衰、美白、抗炎的基因测试结果

图3 WGX-50延长线虫生命实验结果

原文详细链接：https://mp.weixin.qq.com/s/fP3J24XQ80owtqQ_7d2j4A

原料六：多甲氧基黄酮

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抗氧化作用

多甲氧基黄酮（PMFs）表现出较强的抗氧化活性，这是因为PMFs上有供电子的基团——羟基和甲氧基，同时C环上的羰基电子能够离域，从而具有清除氧化自由基的能力。柑橘中的川陈皮素清除自由基和抗脂质过氧化的活性较强，而橘皮素具有较强的抗亚油酸氧化作用。

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生产技术

目前，PMFs常用的制备流程为“醇提-树脂富集-快速制备色谱纯化”，其中树脂富集是关键步骤，所用填料多为硅胶、大孔吸附树脂、凝胶和C18等，该方法虽然具有广适性，但是该方法的溶剂消耗大、环境污染严重、工艺复杂、产品损失大限制了工业化应用。现有技术亦有尝试寻找一种环境友好、富集高效、成本低廉的PMFs富集技术代替树脂法。如枳实或陈皮经粉碎、醇提、多次回流提取、溶媒萃取、二次溶媒萃取、活性炭脱色、乙醇溶解、结晶制备橘皮素、川陈皮素，含量大于95％。该方法虽然避免了使用树脂，也减少了溶剂消耗量，但并未完全摒弃有机溶剂的使用。

因此，开发和建立一种环境友好、成本低廉、工艺简单、经济环保、全水相富集制备PMFs的方法，对PMFs功能挖掘和柑橘产业高质量发展具有重要的研究价值。

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技术内容

此技术提供了一种全水相制备柑橘多甲氧基黄酮的绿色方法，该方法不使用树脂、不使用有机溶剂、环保安全、工艺简单、成本低廉，本方法制备的多甲氧基黄酮富集程度高，便于后续的纯化。按照此技术可以制备得到相对含量为65％以上的多甲氧基黄酮，并且得到的多甲氧基黄酮对癌细胞具有显著的抑制作用。结果表明对人肺癌A549细胞、人结肠癌HCT116细胞、人前列腺癌DU145细胞、人黑色素瘤SK-MEL-1细胞、人肝癌HepG2细胞以及人乳腺癌细胞MCF-7均有抑制作用。

此技术将柑橘属植物的带皮全果或果皮与水混合，粉碎，离心，收集液相组分得到中间液。将其与活性酵母溶液混合，酶解20～28h后，得到的酶解液与盐酸混合，酸解9～11h，离心后取得沉淀与乙醇溶液混合，浸提2～4次，合并浸提液，浓缩，得到多甲氧基黄酮。其中中间液与活性酵母溶液的体积比为1：1.5～2.5，沉淀与乙醇溶液的质量体积比为1g：1～2mL。

表1 制备得到的多甲氧基黄酮对多种癌细胞增殖活性的影响

图1 高效液相分析不同方法制备得到的多甲氧基黄酮样品中的主要成分

图2 高效液相分析制备多甲氧基黄酮单体化合物

原文详细链接：https://mp.weixin.qq.com/s/vnQRFAklrFxu3U-6f5m0tQ

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