酶法合成茶氨酸（CAS）研发为什么在国内卡壳？

杨顺楷   四川   成都

许久没有在科学网上更新博客文章。因为自2013年春起，分担了部分为有基础的民营企业选项目，培训从事生物化工前期的应用基础性实验研究工作人员，有了一定的进展。但是距离突破仍然有一定距离。因为选定的这一研发方向，基于我国发酵产业存在每年百万吨级的氨基酸GAS产品作为低值商品进入市场，恰好该企业选定此材料作为基础原料，率先在国内采用化学法加工成为市场稀缺的高值商品L-CAS进入市场。但是化学法工艺固有的弊端，如原料利用率低，高能耗，环保问题均是与发展低碳经济的绿色制造方向相悖，自然应该是走生物制造（生物转化）之路。

如何经过工业生物技术的研发，将此大宗低值氨基酸产品转化成为高值国内外市场看好的商品，就成为科技工作者应当选准的项目切入点。实际上，国内科研院所过去20年来已经在这一论题下作了大量的实验研究工作，发了不少文章，但是仍然没有多少进展；同期日本学者较长期规范性的R&D工作，终于率先在TY化学公司取得酶法工业开发L-CAS的初步成功。这就自然非常吸引国内人士眼球，尤其是国内优势地域，体制内握有话语权者优先占有有利位置，抢先组织队伍，多路人马齐上阵，大兵团作战，开展此项目实验研究。发了不少论文，最终选拔出高学历人才作为“领军人物”披挂上阵，直至拿下“国拨”数百万经费，仓促上马进入工业化开发。至今，项目执行结果据说生产线已经停产3年，弄得国家发改委没法验收。

于是，笔者不得不又从国内外文献调查着手，探究一下真相。国内中文搜索自然就是《百度》，国外文献借助谷歌，ISI等手段检索自然比较方便。现在将国内文献调查印象概述如下：

1.舆论文宣拟似以广告词开路，令人不明究里。例如说：

CZXXX生物科技有限公司是一家专业研发和生产L−CAS等手性物质的企业。是国内首家采用生物转化生产L-CAS的企业。
公司依托NJ师范大学生命科学研究院的强大技术力量，集合NJ大学、NJGY大学、JN大学等学校高新技术成果，使科技成果实现产业化。公司具有雄厚的资金实力和很强的技术开发能力及市场拓展能力。是否kj成果实现了产业化？
　　生产过程中不加入任何的化学催化剂，不需要高温、高压，使用的原料为L-GAXA和YA，因此，产品的安全性高。国家《125》中的生物制造（生物催化或生物转化）提纲中的应有之义，还需多说？

CZXXX生物科技有限公司应用生物转化法已建成年产30吨L-CAS，国内首家，全球第二；无锡XXXX公司已有L-CAS 300吨产能为国内唯一经由发酵转化生产L-CAS的企业。事实真相是：日本TY化学公司使用原料为L-GAXA和YA取得酶法工业开发L-CAS的初步成功，仍然存在有缺点，如酶活力低，副产物问题。听闻CZXXX生物科技有限公司，和无锡XXXX公司有如此高水平生物制造技术，特地派员考察。如情况属实，TY化学还想找他们代工（该产品）；据称上海CZ股份还专门调研过这个项目；业内人士称：估计酶法成本没优势，市场似不确定。

2.科研院所图书情报部门国内目前基本实现电子化，本所因经费问题停定了不少的纸质期刊。因此在追踪索查原始文献过程中，来自科技期刊数据库的“e-原始文献”已经面目全非，收到的电子版文献存在问题是正文无数据，甚至参考文献编排的年卷期都省略数字码，比如pH7,5，温度30〬C，参考文献[16],全部删去了“7.5”，“30”，“16”这些关键数字，试问这样的电子版文献还有何参考价值？国内中文文献追踪查阅无法进行，只好求助于国外英文科技期刊文献反向查阅原始中文文献论文；如前所述，如果利用数据库查找免费电子版文献，则出乱码或是给出无参考价值的电子文本。一句话：要付费（给钱）；真可谓“天下没有免费的午餐”。

3. 此外，利用美国的ISI作专题搜索文献也是非常方便的。国内的重点大学图书情报部门都购买了该检索系统，笔者上清华大学借助ISI检索：进不去；声称要收费，即使目前国内中文搜索手段《百度》被誉为可替代《谷歌》，但是一旦检索到有价值的文献资料，也是要收取费用。国内科研院所条块分割，国家重点院所及富裕地域的地方政府花巨资建立这些“数据库”，本意是要全方位服务于科研，有利科研工作顺利开展。但是，现实却是这些公益服务部门处处设卡，哪里还谈得上什麽服务，科技创新也只可能是一句口号而已。  笔者基于个人过去45年国内外从事微生物学转化的职业研究经历，围绕前述《生物制造》论题作了初步文献调查。发现过去20年来，涉及生物转化或微生物酶法合成领域，国内所发表的大量实验研究论文，以及各类科研院所导师培养研究生的毕业论文，包括硕士和博士学位论文的实验研究工作内容单薄，实验设计不规范，看不出对生物液体或发酵化学分析数据统计处理的定性定量过程；涉及酶法合成关键内容的制备实验往往缺失或不详，这样的生物转化应用基础研究结果难于积累生物代谢过程的真实知识，更何况还要进入经由中间试验，进行技术-经济学评估合格后，才谈得上基于工程概念上的工业化试制，酶法工业开发L-CAS才有成功的可能。 .

  生物转化或微生物酶法合成实验设计规范如下：

—定义所要进行的反应类型;

—供筛选研究的微生物菌株选择;

—建立底物和所预期代谢产物的生物液体分析方法学;

—菌种筛选实验研究;

—转化条件及其参数的最优化;

—制备规模实验研究

4.    酶法合成茶氨酸之所以重要，是因为它是替代由绿茶（叶）中植化提取工艺的有效技术途径。它可以将我国大宗低值的工业发酵产品GAS（产能过剩）转化成为高值的生理活性物质CAS。该生物制造产品在食品-医药工业中有重要用途，国内外市场前景广阔。茶氨酸的功能有优异的风味改良效果、抗忧郁症、有效改善睡眠质量、松弛镇静、抗焦虑，但不导致嗜睡、降血压功能、提高大脑功能、促进大脑对学习和记忆功能、增强免疫力、抗疲劳、增强抗肿瘤药物的疗效。茶氨酸的安全性问题。早在1985年，美国食品和药物管理局（FDA）就认可了茶氨酸，并确认茶氨酸是一般公认为安全的物质（GRAS），在使用过程中不作限制用量的规定。茶氨酸的用途：1）茶氨酸可以用在安神镇静药物中。2）可作为茶饮料的品质改良剂。3）可作为改善食品风味的添加剂。4）可作为功能食品的添加剂。5）茶氨酸可以用作抗肿瘤药物。6）茶氨酸可以用于降压药物。

由此可见，日本和中国学者在这一生物制造课题的研究方面的确作了许多工作。从文献调查看来日本学者做的实验研究是比较系统完备，故所以TY化学公司取得酶法工业开发L-CAS的初步成功，但是仍然有如前述的缺点；反观我国科技人员所做的工作较为零碎分散，所发论文数量多质量低。鉴于本生物制造R&D基础就是作为生物催化剂微生物酶类，由于该类酶有其固有的复杂性，因此对其精准的实验研究显得尤其重要。日本学者就又开始寻找其他较新的技术途径开展实验研究，同期或稍后国内的实验研究工作也做了不少工作。到如今，可以说基本上都集中在3种微生物酶类具有酶法合成茶氨酸的能力，即谷氨酰胺合成酶，g-谷氨酰转肽酶，以及g-谷氨酰甲胺合成酶。据笔者看来，估计g-谷氨酰甲胺合成酶酶法合成路线比较有竞争力。因为我国幅员广大，生态环境复杂多样，定向富集分离专性甲基营养菌株并非难事，我所在这一方面有比较好的C-1微生物代谢研究工作基础。选择出酶活/酶量均佳，且操作稳定性好的野生型菌株，集合工业微生物传统和/或细胞分子改造手段改良菌种，实现高性能的生物催化剂制造和有效使用是可操作的；从而达到酶法合成生物制造L-CAS的生物化工项目从技术-经济性角度评估是可行的，如果研发工作做到位，它与化学法工艺产品比较也是有竞争能力的。

5.   如标题所示，为什么酶法合成茶氨酸（CAS）研发或生物制造项目在国内卡壳，其根本原因在于不规范粗糙低水平的应用基础实验研究，急于上生产线进行产品开发。说白了，就是中高层科技行政官僚及“高学历”领军人才对于生物制造R&D的工程概念模糊，对于小试中试阶段科研成果鉴定没有资格的专家参加，不搞“五湖四海”，由小圈子内的行政人事包办，急于求成，怎能“不砸锅”；况且这种类似的氨基酸酶法合成新技术在国家层面的《九五攻关》也已经出现过类似的笑话，即民间横向途径已经突破百吨级工业化试制，已有产品上市，而拿了国家《九五攻关》项目的体制内人士团队还在“攻关”，最后还不是厚着脸皮硬撑着“鉴定验收”收场。

有鉴于此，笔者针对生物制造产业发发展过程的阶段性，提出技术研究阶段着重考察生物催化剂的高效及转化制备合成的稳定性和可重现性（5批合格样品）；中间试验阶段要有完整的技术-经济性评估数据资料，对于微生物酶法转化项目，评估的指标或要求可参考如下条款：

¨      生物催化剂制造成本

¨      原辅材料成本

¨      能源消耗（水电煤或气）成本

¨      设备折旧（12年计算）

¨      车间员工工资福利

¨      边际成本

上述5点就是笔者对国内有关酶法合成茶氨酸（CAS）研发项目又在国内出问题，经过文献调查得到的印象。评议不够正确的地方，或许有些偏颇，请指正。