特色园林植物活性物质的精深加工及其大健康产品的开发

    编者按：随着老龄化社会的来临、疾病谱的改变，人们保健身体、防治未病的意识越来越强，健康中国已经上升为国家战略，因此，精深加工天然活性物质制备功能食品、保健品等大健康产品意义重大。另一方面，我国园艺植物种类多、资源丰富，并且拥有源远流长的食疗食补养生传统文化，其中所蕴含的天然产物是值得深入研究与利用的资源宝库。开展园林植物活性物质的精深加工不仅能创制新型、高效系列大健康产品，显著提升园林植物综合利用效益，而且有利于促进园林植物与食品、保健品、生物医药等多领域、多学科、多产业的交叉融合。本研究立足现代林业创新驱动发展需求和满足人类健康需求，针对香水莲花、银杏、桂花等特色园林植物资源中富含的黄酮类、萜类、皂苷类等活性成分存在附加值低、生物利用度差，以及一些活性好、功能独特的活性单体在植物中含量极低等问题，利用现代生物技术，集成创新系列功能食品、营养健康品、美容护肤品的制备技术体系，为深度开发特色园林植物活性物质提供强有力的技术支撑。

    发展新质生产力是推动高质量发展的内在要求和重要着力点。科技创新是发展新质生产力的核心要素，同时要及时将科技创新成果应用到具体产业和产业链上，改造提升传统产业，培育壮大新兴产业，布局建设未来产业，完善现代化产业体系。另一方面，天然产物因其独特的结构及其多样性赋予了它具有多种与人类健康相关的生物活性，包括抗菌、抗炎、抗氧化、抗癌、提高免疫力等，并具有毒副作用小、活性强、作用机制独特、靶点广泛等优势。在健康中国已上升为国家战略的时代背景下，开发基于天然活性物质为原料或配方原料的功能食品、保健品、日用化妆品、药品等产品意义重大。

    我国园艺植物种类多、资源丰富，并且拥有源远流长的食疗食补养生传统文化，其中所蕴含的天然产物是值得深入研究与利用的资源宝库。开展园林植物活性物质的精深加工不仅能显著提升园林植物综合利用效益，而且有利于促进园林植物与食品、保健品、生物医药等多领域、多学科、多产业的交叉融合。但目前对植物类天然药物、天然活性物质，特别是对具有疾病防治、健康调节功效的特色园林植物天然产物的开发利用没有得到应有的关注和重视。

    1.天然化合物分离主要有三大思路，包括同时分离制备多组分活性物质；分离制备同一类型的组分；分离制备天然产物的某一活性单体。但无论哪种分离都存在提取得率低、纯度低等问题。如何对园艺植物资源中活性成分进行高效分离纯化，得到高产率、高纯度的活性物质是当前该研究领域的重点之一。研发思路是集成创新现代分离纯化技术，如利用生物酶破坏植物细胞壁、切断活性物质在植物中与其它组分的连接，使之更容易被萃取液溶出。

    2.天然植物中存在大量活性好、功能独特的稀有化合物，但含量极低。基于它们的主要结构与植物中富含的多组分结构一致，通过生物催化与转化，可将多组分活性物质转化为稀有组分。但需要研制特异性强、表达水平高、转化效率高的生物催化剂。

    3.一些天然化合物的活性、生物利用度不高；一些天然化合物药理活性的局限性限制了其应用范围。需要通过生物或化学法进行结构修饰。其中，生物转化体系中强大、多样、特定的生物酶体系可克服传统研究方法难以实现的化学结构改造或修饰的难题。

    4.普遍存在精深加工产品少、功效不显著、产品附加值低等问题。现在普遍使用的是植物粗提取物，没有进行分级分类精深加工。以功能为导向，开展天然产物功能性复合物的制备、新用途的研发及其应用领域的拓宽是显著提升园艺植物资源中活性成分的功效及其附加值的有效途径。

    如，香水莲花花色丰富、花香浓郁、适应性较强，是一种备受青睐的园林水生观赏花卉。同时，香水莲花是一种新型药食两用资源，富含黄酮、多酚、多糖、花色苷、植物甾醇、生物碱和挥发油等功能性次生代谢物，具有抗炎、抗氧化、抗衰老、增强免疫力、降脂降糖、保护肝脏、美容护肤等多种功效，在食品、医药、化妆品等领域具有较好的开发应用前景。但在加工利用方面存在许多迫切需要解决的问题：对香水莲花不同品种、不同部位（花、茎、叶）没有深入开展活性成分组成及其含量比较；富集和纯化有效物质新工艺的研究相对较少，未能集成创新现代分离、提取、精制等制备技术，没有研发和建立活性物的联产和全生物量利用技术；对于香水莲花生物活性物质的研发，缺少精深加工，基本都以粗提物、有效部位等混合成分为主；在产品开发方面，品质、功效、定位等均需要提升。

    团队立足现代林业创新驱动发展需求和满足人类健康需求，坚持以创制新型生物酶与提高天然活性物质或天然药物生物利用度、生物活性和附加值为研究目标，针对香水莲花、银杏、桂花等特色园林植物资源中富含的黄酮类、萜类、皂苷类等活性成分存在附加值低、生物利用度差，以及一些活性好、功能独特的活性单体在植物中含量极低等问题，深入开展了以下四个方面的工作。

    1.专用酶制剂的基因挖掘、改造及发酵生产。重点针对生物催化剂在应用方面的技术障碍，利用自然界庞大的微生物资源库、基因库挖掘新酶基因，构建多种基因工程高效表达系统，研究酶结构与功能的关系，研究开发生物催化剂的定向改造与酶多尺度分子模拟、分子设计技术，获得具有工业应用前景的新型生物催化剂。目前，创制了特异性强、具有水解和转糖苷功能的系列糖苷酶和系列甲氧基转移酶等10类40多种。其中多个酶及其应用在国内外属于首次被挖掘。如，成功研发了桂花香气释放专用酶高效制备技术，集成水解酶破壁技术，解决精油提取得率低的问题，精油得率提高55.4%，主要香气物质含量提高1倍以上。

    2.高效、绿色生物转化体系研究。围绕生物催化与生物转化过程中存在的复杂相态、底物传质和底物产物抑制等问题，研究催化过程中各种化学、物理因素对生物催化剂或生物转化系统的作用，以及在此作用下的构象变化与反应速度、转化率和立体选择性的关联；围绕林源典型黄酮、萜类、皂苷等活性物质的生物催化定向转化或修饰，构建均相、双相反应体系，并利用底物工程、反应工程技术手段，实现不溶、难溶底物的高效转化。通过酶的功能强化和有机组合，突破了选择性脱除黄酮糖苷、萜类皂苷、甾体皂苷中糖基或部分糖基制备高活性天然活性物质及其衍生物的关键技术，建立了定向转化天然植物中多种高含量的主要活性物质制备特定稀有活性成分单体的技术体系。目前已建立了生物酶定向催化与转化香水莲花、桂花、银杏提取物活性成分的技术体系，实现了异鼠李素（银杏特征黄酮单体）、二氢β-紫罗兰酮（桂花特征香气物质）等多种稀有天然活性物质的酶法高效制备。有关成果创新了天然化合物的制备技术，显著提升了产品的活性、功效，有效拓宽了产品的用途。

    3.天然活性物质及其衍生物的功效评价。比较了香水莲花、桂花、银杏提取物生物催化转化前后天然产物的活性差异，证实了通过酶的定向生物催化与转化能显著提升相关产品的生物活性。

    4.大健康食品、保健食品的开发。目前，正在以生物催化转化香水莲花、桂花、银杏等特色园林植物提取物活性成分制备得到的产物为基础，以功能为导向，通过配方的设计、活性的评价，研制系列功能食品和保健品等药食两用大健康产品；开发防治代谢性疾病(如高血脂、非酒精性脂肪肝、痛风、高尿酸、糖尿病、前列腺增生等)的活性物质及其功能食品/营养健康品；开发系列美容护肤等产品。

本期编辑：李青青