发酵制品:炙手可热的人乳寡糖技术正在造福孕妈和她的宝贝 HMOs(Human Milk Oligosaccharides)

企业   2024-07-24 11:05   陕西  

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发酵大会倒计时9天!

2024年3月4日,由蒙牛瑞哺恩牵头制定的《婴幼儿配方乳粉及调制乳粉中7种母乳低聚糖的测定》团体标准正式发布。该标准由上海市食品化妆品质量安全管理协会发布,在现有检测方法上做了突破性改变,解决了基质干扰影响较大、无法同时检测婴配粉及调制乳粉中7种母乳低聚糖等难点。
2023年10月7日,国家卫健委发布“三新食品”公告,批准两种母乳低聚糖为食品营养强化剂新品种,允许用于调制乳粉、婴幼儿配方食品、特殊医学用途婴儿配方食品。

1. 简述

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A Brief History of HMOs

HMOs(Human Milk Oligosaccharides)指的是人乳寡糖,它们是母乳中含量仅次于乳糖和脂肪的第三大固体成分,占母乳总碳水化合物含量的10%-15%。HMOs是复杂的碳水化合物,由5个或更多单糖通过糖苷键连接而成,具有独特的结构和功能。

HMOs在婴儿的健康发育中扮演着重要的角色。它们不仅作为益生元促进婴儿肠道中益生菌的生长,如双歧杆菌和乳酸杆菌,从而帮助建立和维护肠道微生态平衡,还有助于增强婴儿的免疫系统,对抗病原体感染。此外,HMOs还参与婴儿的大脑发育、代谢调节和肠道屏障功能的维护。近年来随着对HMOs研究的深入,科学家们发现HMOs具有多种生物活性,如抗粘附、抗感染、抗氧化等。这些发现使得HMOs在婴儿配方食品、功能性食品和医药领域具有广阔的应用前景。

由于HMOs的复杂性和多样性,其生产难度较大,成本也较高。目前,主要通过化学合成、酶法合成和发酵法等方法来生产HMOs。随着技术的不断进步和成本的降低,HMOs有望在未来得到更广泛的应用。

2. 知名企业

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Well-known enterprises

HMOs(Human Milk Oligosaccharides,人乳寡糖)在食品科学领域,尤其是婴幼儿配方奶粉领域,具有重要地位。以下是一些在HMOs领域知名的企业:

1. 科汉森(Chr. Hansen

科汉森的专家团队在不断挖掘HMO更多独特的健康益处。其研究表明,LNT有助于母乳喂养带给婴儿的益处,通过限制不需要的微生物生长来促进肠道微生态的平衡。而3-FL在哺乳过程中浓度会随着时间的推移增加,成为人类母乳中最丰富的HMO。科汉森为特定的HMO提供创新,灵活和高效的生产流程,这些产品在结构和功能方面相当于天然的母乳低聚糖。其HMO品质和相应的制造工艺经过量身定制,使这些产品能够在某些领域使用,例如适用于婴儿营养的功能性食品原料,特殊医疗用途食品 (FSMP),以及普通的功能性营养品。

2. 菲仕兰(FrieslandCampina)

菲仕兰持续关注婴幼儿免疫力和肠道健康,通过聚焦母乳成分研究,详细阐述了低聚糖在婴幼儿免疫与肠道健康方面的的积极影响。并且阐述了2'-FL,3'-SL和6'-SL等几种HMOs对婴儿免疫、肠道健康和大脑发育的潜在影响。该公司在荷兰开设了一家生产乳铁蛋白的新工厂来满足人们对乳铁蛋白日益增长的需求。荷兰新工厂建成后将使其乳铁蛋白的产能从每年20吨提高到80吨。荷兰新工厂的生产工艺除可帮助提升乳铁蛋白的产量外,还可确保产品的纯度达到95%以上。

3. 帝斯曼-芬美意(DSM-Fermentation Products)

帝斯曼-芬美意是营养、健康和美容领域最大的创新和创造团体之一,凭借近30,000人的强大团队和建立在一个多世纪先端科学基础上强大的技术能力,成为重塑、制造和组合重要营养素、香精和香氛的开拓者。该公司是世界上最大的益生菌、酶和霉菌毒素风险管理供应商之一,还提供多种具有影响力的创新产品,例如甲烷抑制剂Bovaer和鱼油藻类替代品Veramaris。

4. 杜邦(DuPont)

杜邦公司虽然它是一家在多个科技领域都有深厚积累的跨国公司,但在HMMOs领域的具体研发进展方面,可能并不像其在其他领域那样显著或广为人知。杜邦在生物技术和材料科学方面的专长为其在HMMOs的研发提供了潜在的基础。

5. 巴斯夫(BASF)

巴斯夫作为全球化工领域的巨头,在生物技术方面也有一定的布局,在HMMOs这一特定领域,巴斯夫的研发进展可能相对较为低调。巴斯夫在生物基化学品和功能性材料方面的研发能力,为其在HMMOs领域的研究提供了技术储备。

6. inbiose

Inbiose 是一家积极开发母乳低聚糖(HMO)的生物技术公司。2021 年 7 月 6 日的报道显示,Inbiose 向美国食品和药物管理局(FDA)提交申请,要求批准旗下四款 HMO 为“公认安全”(GRAS),包括 6′-唾液酸乳糖(6'sl)、3-唾液酸乳糖(3'sl)、乳糖-N-四糖(lnt)和乳糖-N-新四糖(lnnt)。该公司一直在开发一系列与人乳一致的母乳低聚糖,可以通过可持续的发酵过程进行工业化生产。

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7. 日本kyowahakko

日本协和发酵麒麟(Kyowa Hakko Kirin)在HMOs研发方面处于领先地位。该公司于2000年成为世界上首家建立HMOs工业规模大规模生产系统的公司。其HMOs的生产过程如下:糖类(起始材料)→微生物发酵→灭菌→纯化→HMOs。
1998年,该公司建立了通过发酵进行大规模糖链生产的技术,并因其“世界上第一个糖链工业级生产系统技术”于1999年获得日经BP技术奖在医疗和生物技术部分的奖项。2013年,建立了HMO工厂规模的制造方法。
2022年11月18日,其泰国子公司Thai Kyowa Biotechnologies Co., Ltd.的HMOs生产设施竣工,预计2023年开始向婴儿配方奶粉制造商和其他客户销售。
2024年1月16日,Kyowa Hakko Bio与新加坡科学技术研究局(A*STAR)旗下的新加坡临床科学研究所(SICS)达成合作,共同推进HMOs的研究。双方将联合开展前沿研究,旨在揭示HMOs的潜在益处,如通过促进肠道有益菌生长来改善肠道健康、支持免疫调节等。
目前,该公司已向美国食品和药物管理局通知其HMOs(2′-岩藻糖基乳糖(2′-fl)、3′-唾液乳糖(3′-sl)、6′-唾液乳糖(6′-sl))为一般认为安全(GRAS)的物质。Kyowa Hakko Bio 已开始在多个国家提交将2′-fl、3′-sl和6′-sl作为食品成分的批准申请,并正在努力开发其他 HMOs以扩展其产品线。

8. 蒙牛

蒙牛是中国乳制品行业的领军企业之一。2023年10月,蒙牛自主研发的母乳低聚糖(HMO)通过国家卫生健康委员会审批,成为首批获批企业中唯一一家中国本土企业。蒙牛早在2016年就联合国内外科研院所针对中国母乳中 HMOs 构成开展相关队列研究。其牵头制定的《婴幼儿配方乳粉及调制乳粉中7种母乳低聚糖的测定》团体标准,是国内首个使用液相色谱法同时检测婴配粉及调制乳粉中7种母乳低聚糖的检测方法标准。蒙牛致力于推动营养领先战略落地,在 HMOs 领域的技术成果和产业化方面取得了显著进展,突破了国外技术垄断,解决了我国在这一领域的“卡脖子”问题。

9. 一兮生物

该公司成立于2019年,位于苏州工业园区,是国内率先实现母乳低聚糖(HMOs)产业化的合成生物学企业。该公司以食品添加剂为切入点,多个管线正在研发之中或者已经产业化。其产品管线包括母乳低聚糖(HMOs)和饲用单细胞蛋白(SCP)等。公司的第二条产品管线饲用单细胞蛋白,通过微生物组合发酵以非粮原料生产,可减轻对进口大豆的依赖,助力国家粮食安全。2023年该企业完成近亿元 pre-a+轮融资,将用于现有管线的工艺迭代和产业化,以及新产品管线的研发。

10. 嘉必优

据2024年7月4日金融界消息,公司基于合成生物学技术,运用自身的技术研发平台,目前已经开发HMOs系列等多款产品及技术成果。公司设有完整工厂规模的工程技术平台,具备完整从菌株制备管理、发酵、后处理、产品精制、制剂、QA\QC等一整套工程技术基础设施及相应控制系统、专业技术人员、管理体系配套等,在已经积累的多年的工程技术经验加持下,保障合成生物学细胞工厂的发酵工程化得以顺利实施。

11. 芝诺科技

成立于2020年,是一家致力于利用合成生物学、发酵工程技术开发高附加值天然产物的创新型科技公司,专注研究母乳低聚糖和新型微生物色素。据悉,芝诺科技已经完成了二代菌株的研发,目前其母乳低聚糖产品管线拥有约10吨的产能,预估今年年底能够完成200吨产能产线的搭建

12. 青岛糖科学生物

该公司是一家由中美科学家联合创办,专注糖医药产品研发的国际化科技企业。公司近期研发布局包括人乳寡糖的酶法制备。目前已经推出了包括糖科学工具酶(糖基转移酶、糖核苷酸合成酶、PNGaseF)、糖核苷酸、糖标准品(单糖衍生物、寡糖、N-糖链、SGP糖肽、人乳寡糖)、糖芯片(N-glycan,HMO等)、糖缀合物的化学合成等系列产品。

13. 伊利

2021年6月,伊利母婴营养研究院同新西兰农业科学院、奥克兰大学医学与健康科学学院于权威SCI期刊Nutrients合作发表了关于母乳低聚糖(简称HMO)对认知和行为影响的综述文章,系统介绍了添加HMO的配方相比对照,对大脑发育的促进作用,是中国乳企首发HMO在大脑认知功效领域的权威SCI论文

14. 飞鹤

2023年首届全国母婴营养学术大会期间,飞鹤举行了婴幼儿配方奶粉临床项目研讨会,宣布正式启动含 HMOs 婴幼儿配方奶粉的临床喂养试验,是国内首家进行该临床喂养试验的企业。其含 HMOs 婴幼儿配方奶粉采用极致母乳化配方,添加了 HMOs 并依据中国妈妈不同泌乳时期母乳中 HMOs 变化趋势设计了不同段位的含量,还依据飞鹤母乳脂肪酸研究结果设定了相关营养成分的配比,使整体配方更贴近中国母乳成分。此外,飞鹤针对 HMOs 的应用进行了专利布局,不断拓展奶粉活性营养物质研发的边界。

15. 君乐宝

2023年10月,君乐宝举办HMO奶粉发布会,推出升级添加HMO(母乳低聚糖)成分的奶粉,其旗下小小鲁班“诠维爱未来”奶粉全新升级。近年来,君乐宝奶粉相继与全球头部HMO生产商帝斯曼-芬美意集团、澳大利亚查尔斯特大学、北京大学医学部等国内外著名产学研机构和HMO相关领域专家展开长期深度科研合作。

16. 宜品

2023年10月,宜品乳业成功推出国内首款HMO羊奶粉——宜品蓓康僖儿童羊奶粉。该款产品中含CBP(初乳碱性蛋白)、DHA、ARA、玉米黄质、叶黄素、乳铁蛋白等多种配方成分,将进一步满足儿童成长阶段身高、脑部发育、视力、免疫、肠道健康、营养均衡相关的多种营养需求。

17. 恒鲁生物

恒鲁生物在HMMOs领域的研发进展更为明确和显著。恒鲁生物作为一家专注于绿色先进生物制造技术研究和功能性活性物质产业化开发的企业,已经在HMMOs领域取得了重要的突破。例如,恒鲁生物在国内首创合成了多种人乳寡糖(HMOs),并成功实现了乳糖-N-三糖(LNTⅡ,HMOs族群的一种)的大规模量产以及高纯度结晶。这一成就不仅填补了国内在该领域的空白,还为中国在HMMOs领域的产业化发展奠定了坚实的基础。恒鲁生物的研发进展表明,该公司在HMMOs领域具有强大的研发实力和创新能力,有望在未来继续推动该领域的技术进步和产业发展。

HMOs 的结构


3. 发酵法HMOs

/Fermentation method

关于HMOS(Human Milk Oligosaccharides,人乳寡糖)的生产,发酵法生产的一些信息如下:

1. 工作菌

HMOS的生产主要依赖于微生物发酵法,常用的微生物类型包括大肠杆菌(如大肠杆菌K12和大肠杆菌BL21)。这些菌种被广泛应用于HMOs的工业化生产中,因为它们具有高效合成HMOs的能力,并且可以通过基因工程手段进行进一步优化。

2. 发酵周期

发酵周期的长短受多种因素影响,包括微生物菌株的特性、培养基的组成、发酵条件(如温度、pH值、溶氧量)等。因此,不同生产厂家或不同生产批次之间的发酵周期可能会有所不同。然而,一般来说,HMOS的发酵周期相对较长,需要数天到数周的时间来完成整个发酵过程。具体的发酵周期需要根据实际生产情况进行调整和优化。

3. 发酵得率

HMOS的最大产量同样受到多种因素的影响,包括微生物菌株的产能、发酵条件的优化程度、分离纯化技术的效率等。随着生产技术的不断进步和优化,HMOS的产量也在逐步提高。然而,由于生产过程中的复杂性、不确定性和保密性,很难给出一个具体的最大生产得率。不过,一些先进的生产企业和研究机构已经实现了HMOS的大规模生产,并且产量已经达到了较高的水平。

4. 最大产能

在HMOS生产领域,不同公司的生产能力和产量存在差异。目前,国内已经有多家企业具备了HMOS的产业化生产能力,如一兮生物。根据公开信息,一兮生物在安徽省黄山市太平经济开发区建立的HMOs产线规划产能可达上万吨,其中一期设计HMOs满产产能可达3000吨/年,二期规划产能可达10000吨/年。这表明一兮生物在HMOS生产领域具有较大的规模和实力。然而,需要注意的是,不同公司的产量数据可能随时间发生变化,并且具体产量还需考虑多种因素的综合影响。

4. HMOs化学法

/Chemical method

Milk Oligosaccharides,人乳寡糖)的化学法生产具体流程是一个复杂且精细的过程,其关键在于通过一系列化学反应来合成具有特定结构和生物活性的寡糖。需要注意的是,由于化学法生产HMOs在效率和环保性方面存在诸多挑战,且难以完全模拟母乳中HMOs的天然结构和功能,因此在实际应用中并不常见。具体生产流程如下:
1.糖苷键形成:通过糖苷化反应,将两个或多个糖类单体通过糖苷键连接起来形成寡糖。这通常需要使用催化剂(如酸、酶或金属离子)来促进反应的进行。
2.结构修饰:根据需要,对初步合成的寡糖进行进一步的化学修饰,如脱保护、氧化、还原、糖基化等,以获得具有特定结构和生物活性的HMOs。
3.纯化:通过色谱、结晶等方法对反应产物进行纯化,以去除杂质并提高HMOs的纯度。
4.后处理:对纯化后的HMOs进行干燥和储存,以保持其稳定性和活性。
5.进行质量控制和检测,以确保HMOs的质量和安全性符合相关标准和法规要求。
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