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把论文写在生产线上

2021-05-11 10:00:26    来源: 中国自然资源报    作者:赵宁

4月29日,自然资源部海洋生物资源开发利用工程技术创新中心(以下简称创新中心)2020年度学术会议在福建厦门召开。创新中心学术委员会对创新中心在科学研究、成果转化、平台建设、人才队伍建设、运行管理等方面取得的成绩给予充分肯定,一致认为创新中心以应用为目标开展海洋生物资源研究,在多个方面获得进展,对于促进海洋生物科技创新具有重要意义。

海洋生物资源是人类重要的食物来源,也是一座资源“宝库”。借助于现代生物技术开展海洋生物高值化利用研究,是实现海洋生物资源可持续利用的重要方向和突破口。

创新中心依托自然资源部第三海洋研究所建设,致力于生物资源特别是海洋生物资源的高值化研究和可持续开发利用技术创新,构建了海洋生物资源开发利用技术体系及相应的技术研发平台,技术水平总体处于国内领先,为我国生物资源特别是海洋生物资源高效化、高值化发展和绿色、可持续开发利用提供了强有力的技术支撑。

虾蟹壳中“掘宝”

过去,被剥离的虾蟹壳,常常被人们当作垃圾丢掉,或者将破碎后的虾蟹壳加工成为动物饲料。现在,这些虾蟹壳却可以“变废为宝”,成为具有高附加值的营养物质原材料。这样的“华丽转身”,得益于我国科研人员近些年来取得的研究成果。

临床研究发现,虾蟹壳中的氨基葡萄糖对于治疗骨关节炎具有很好的效果,且带有硫酸基团的氨基葡萄糖的保健效果,优于带有盐酸基团的氨基葡萄糖。

创新中心有关负责人介绍,在海洋三所开展该项技术攻关前,市场上的硫酸氨基葡萄糖产品均为含有20%氯化钠或氯化钾的复盐产品,对患有高血压、高钾症等疾病的患者具有一定的使用禁忌。

为开发出不含钾、钠、氯离子的高纯氨基葡萄糖产品,创新中心重点突破了多糖降解为单糖技术、杂质高效去除技术、产品高吸湿性的阻断技术以及产品规模化制备技术,制备出的高纯硫酸氨基葡萄糖产品纯度高达99%以上,且不含钾、钠、氯等离子,无使用禁忌。

目前,该项技术已在厦门蓝湾科技有限公司实现了成果转化。该公司已在厦门生物医药港建成了建筑面积达45000平方米的工业园区,具备年产高纯硫酸氨基葡萄糖300吨的生产能力,使其成长为具备高纯硫酸氨基葡萄糖产品批量生产能力的企业。

厦门蓝湾科技有限公司生产的氨糖产品曾入选《国家体育总局运动员营养品采购目录》,长期为中国女排等国家队运动员提供关节养护产品。目前,该款氨糖产品已进入全国30个省市的市场,让数十万骨关节炎患者受益,年销售额超亿元。海洋三所和厦门蓝湾科技有限公司开展科研成果转化的事例成为具有较高显示度的海洋生物科技成果转化典型案例。

酶解技术助力绿色生产

糖类是红藻特有的营养物质,在功能食品、化妆品、医药、农业等领域具有广阔应用前景。一般而言,生产者要先把糖类从红藻中提取出来,并进一步降解成可溶于水的小分子寡糖形式。这个过程涉及红藻细胞壁、糖类侧链基团等多个成分的降解,大多只能用酸水解法来完成。该方法虽然可以满足使用需求,但会对环境造成严重污染。

“利用酶解技术降解生物资源,从而获得活性资源,是实现绿色生产的有效方法,但原材料需要预先进行化学处理,这样才能满足酶解所需的条件。因此,大部分酶解技术的应用仍停留在实验室研究或小试阶段。”创新中心有关负责人说,该中心利用来自海洋微生物的“酶系”,解决了这一技术难题,并应用于红藻寡糖的生产中。

据介绍,创新中心通过来自同一个菌株的纤维素酶、淀粉酶、硫酸酯酶、琼胶酶等建立了联合酶解技术体系,这些来自同一菌株的酶,在大规模生产中具有良好的相容性,解决了联合酶解过程中效率较低的难题,且可在同一个反应体系中直接完成红藻的酶解,降低了生产成本。此外,采用联合酶解技术体系,可以避免酸碱等化学物质的使用,可最大限度地减少环境污染。

目前,该项技术成果已经实现转化,所生产的寡糖产品已经应用于化妆品、农用制品等领域,并逐步拓展至功能食品、医用材料等。

“量身定做”标准物质

标准物质是一种能提供一个或多个量值,用以判断其他测量值是否准确的物质,是产品生产过程中进行质量监控的重要组成部分。

近年来,创新中心建立了海洋生物活性物质国家标准物质/标准样品研发技术体系。该体系集制备纯化、检测分析、封装等技术于一体,可根据不同活性物质的活性、结构特征采用不同的技术组合,实现“量身定做”。

例如,创新中心采用膜分离技术和制备液相色谱技术相结合的方法,从河豚鱼卵巢中获得了河豚毒素(纯度大于99%),研制出我国海洋生物毒素领域第一个国家标准样品——河豚毒素国家标准样品。采用分子蒸馏技术和制备液相色谱技术相结合的方法,从鱼油和藻油中制备了多种不饱和脂肪酸酯化合物(纯度大于99%),并采用充氮隔氧的封装技术,保证了样品的稳定性,研制了DHA乙酯、EPA乙酯等不饱和脂肪酸酯国家标准样品。

目前,通过这套技术体系,创新中心研制出了河豚毒素、亚油酸甲酯、二十二碳六烯酸乙酯、章鱼肉碱、海藻糖等18种国家标准样品,为相关产品开发研究提供检测基准,解决了我国海洋生物资源产业急需的标准样品问题,加快了我国海洋生物资源开发利用的步伐。

“该技术体系不仅可用于海洋生物资源中生物活性物质标准样品/标准物质的研制,还有助于陆地生物资源等标准样品/标准物质的研制。”创新中心有关负责人说,目前该技术体系已为福建省两家企业提供了标准样品研制技术服务,并在逐步推广之中。

搭建公共服务平台

近年来,我国海洋生物产业发展速度逐步加快,对相关技术的需求越来越迫切。因此,创新中心基于产业发展需求,建立了海洋生物产业化中试技术研发公共服务平台、生物活性筛选与评价两大工程技术体系,为全国从事海洋生物资源研究开发的机构、企业提供服务。

海洋生物产业化中试技术研发公共服务平台是海洋三所与厦门海洋职业技术学院联合共建的新型第三方技术服务机构,重点开展生物资源开发利用技术研究、中试放大技术研究和科技成果的产业化技术研究。目前,该平台建有3000平方米的高标准研发场所,配备较为齐全的中试设备,可开展研发的技术,具体包括提取技术、分离技术、纯化技术、浓缩技术、干燥技术、粉碎技术等,可以根据用户需求提供中试放大服务,有效缩短了科技成果转化周期,促进更多研究成果进行产业化应用。多年来,该平台已为40余家企业和科研机构提供技术服务70余项,取得了良好的经济效益和社会效益。

据介绍,该平台的生物活性筛选与评价技术体系,主要面向海洋药物、保健品、功能食品等研发机构,可提供药理活性筛选和安全性评价等服务,为我国海洋新药的发现和大健康领域的发展提供技术支撑。该平台通过构建基因、细胞、动物等多个模型,以及研发分子、生化、病理等检测技术,建立了全方位的活性筛选与评价体系,可应用于不同海洋生物资源的活性筛选、作用机制探讨、动物水平的活性及安全性评价。

目前,该平台建成了抗肿瘤、免疫、代谢性疾病(糖、脂、骨、嘌呤等)、抗炎消肿止痛、解酒护肝等活性筛选与评价技术体系,为生物制品、生物提取物、生物材料等多种类型海洋生物资源的活性筛选与评价提供服务。其中,该平台在对福建省的海带、紫菜、马尾藻、石莼、石花菜等进行系统的生物活性评价后发现,这些藻类分别具有降糖、降脂、增强免疫力、通便等各类生物活性,可用于藻类高附加值产品开发,为海洋生物产业发展提供了技术支撑。

创新中心负责人表示,当前生物技术发展日新月异,为海洋生物资源开发利用提供了难得的发展契机,创新中心将依托现有平台与工程技术体系,持续开展技术创新与应用,努力实现生物资源的经济价值和生态价值,为自然资源管理提供技术支撑。

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