建立稀有糖研究院(所)项目建议书创新

1、建立稀有糖研究院（所）项目建议书（2009 年草稿 ）1、概述1.1.1 项目名称： 建立稀有糖研究院（所）项目建议书主办单位名称： 法定代表人：1.1.2 编制的依据和原则依据： 1990 年至 2009年国内已有的稀有糖生产科研项目的生产经营状况以及国际、国内技术开发趋势；依据：2006年 1月 2009年 5月国际、国内稀有糖的市场和原料资源状况；依据：国家有关鼓励资源综合利用和支持发展的重点高新技术的 相关政策；1.1.3 项目提出的背景、投资的必要性和经济意义2、项目简介在过去的很长一段时间内 , 糖只是作为生物体内能量转化和结构组成的物质被认识 .直到上世纪 60 年代,糖类作为信

2、息分子的生物学功能才逐渐为人们所认识 . 尤其是 1988 年, 当牛津大学生化系的德韦克首先提出糖生物学 （Glycobiology） 这一新名词以来 , 标志着对糖及糖的衍生物 （包括糖蛋白 ,糖脂和蛋白聚糖 ）的研究 ,已逐渐成为世界生物学研究的新热点 . 近些年来,同时随着分子药理学的发展 , 我们发现临床上许多药物 , 其实都是通过作用于分子糖而产生效用的, 例如我们早已熟知的一些抗生素类药物 , 红霉素 , 万古霉素等 . 国内外也出现了大量致力于开发糖类药物的生物医药公司甚至一些大牌的生物制药公司, 如 Bayer （拜耳） ,Roche （罗氏） ,也发花费了大量财力物力在糖类

3、药物的开发上 1. 因此 ,大量糖工程设计的药物也应运而生 , 其中 , 抗凝血药物 Lovenox,Fragmin, 治疗白内障药物Healon, 抗流感药物 Relenza,Tamiflu, 以及 Hib 疫苗等 , 相继投入市场 2. 糖类药物的最大优势就是毒副作用小。 糖类在人体内可以水解，变为营养和能量，这对治疗癌症有格外重要的意义。目前大部分抗肿瘤药物为核酸药物，毒副作用很强。此外，糖类药物应用范围广泛，可以抗炎症、抗血栓等等，其使用范围还在不断开发研究当中。国外从上世纪8 0年代开始研发糖类药物。法国已经生产出人工合成的5个糖的寡糖抗血栓新药，并于2002年在美国、日本和欧洲一些

4、国家上市。中国国内目前还没有自主研发11的糖类药物。人们对生命过程中糖的功能的研究同时导致了所谓糖类药 物，正因为糖参与了生命的几乎全部过程， 糖类药物对治疗各种 疾病都显示了巨大的前景，如免疫系统疾病，心血管系统疾病，神经系统疾病，感染性疾病，癌症，炎症等等。可以说，每一个糖功能的新发现都会马上引发一场药物研究的大竞赛。其实，糖类化合物一直是一类最重要的药物之一。 值得特别指出的是糖生物学和糖类药物的发展为中医中药的研究与发展提供了一个 极好的机遇，这是因为两者之间有着密切的联系。糖药物的最重要特点是， 他们中间的大多数是作用于细胞表j K面。因为糖类或糖复合物主要分布在细胞表面， 参与细胞

5、和活性 分子的相互作用，而且往往是一系列生理和病理过程的第一步， 如果这第一步被阻断了， 有关的生理和病理过程也就不能随之发 生，由于多数以糖类为基础的药物的作用位点是在细胞表面， 而 不进入内部， 因此， 这类药物对整个细胞， 进而对整个机体的干 扰，就这一点而言，由于糖类药物靶向定位到机体中特定部位， 不仅能进一步减少是副作用， 而且能降低糖药物的使用剂量。 因 此不仅可以作治疗疾病的药物，而且可以作为保健类药物。糖类物质作为药物的主要功能有以下几个方面1对免疫系统的影响2多糖、寡糖药物降血糖的作用3抗辐射4抗病毒作用5抗类风湿关节炎的糖类药物6 以糖类物质为基础的疫苗各国政府对糖生物学研

6、究的支持 日本1989年日本创刊了糖科学与糖工程动态（TIGG）杂志。同年日本政府科学技术厅提出关于“糖工程基础与应用研究推进战略”的咨询，经过专家评议后成为详尽的战略方案， 于 1991 年由科学技术厅、厚生省、农林水产省和通商产业省联 合实施“糖工程前沿计划”，总投资百亿日元。该计划包括： 糖工程和糖生物学。后者又分为糖分子生物学、糖细胞生物学。同时，成立了“糖工程研究协议会”作为协调机构。这协议会 编辑出版了专著糖工程学。美国美国能源部于 1986 年资助佐治亚大学创建了复合糖类研究中心（CCRC）,建立复合糖类数据库（CCSD）,相关的计算机 计划也称为糖库计划 （Carbank Pr

7、oject） 。1990 年底已收集 了 6000个糖结构数据， 1992年增加到 9200个（包含在 20000份记录中 ） ，1992年底有关的记录增加到 22000 份， 1996年增加到 42000份。1996年一年中增加的数量为 1991年的 4倍。欧洲欧盟19941998年的研究计划中有一项 “欧洲糖类研究开发网络”计划 (European Carbohydrate Plaform) 。其目的是携带欧洲各国的糖类研究和开发，以强化欧洲在糖类 基础研究以及将研究成果转化为商品方面与美国、日本的竞争 能力。蛋白质、核酸和糖是构成生命的三类大分子，蛋白质和核 酸的研究已经成为生命科学中的

8、热点问题。糖类的研究一度被 人遗忘，只有少数科学家在苦苦探索着糖类的奥秘，糖类研究成了生命科学中的灰姑娘。然而，随着蛋白质和核酸（主要是 基因的研究）中更多的奥秘被人类知晓，糖类的重要性也浮出 水面，成为了医学研究的“甜蜜之点”，糖类研究这个“灰姑 娘”等来了属于她自己的马车。科学家认为，糖类的研究将像 一个人见人爱的“甜苹果”一样，获得更多科学家的青睐，将 成为生命科学研究中的新热点。称为攻克疾病的“甜苹果”各国的医学研究人员正研究糖是如何影响帕金森氏病、 早老 性痴呆症和像艾滋病那样的传染病的发展。最近的研究结果表 明，糖复合物表面糖链结构的改变和很多疾病的发生是相伴随 的。病毒、细菌、真

9、菌、寄生虫等病原体，为了能进入细胞内， 首先必须和细胞表面的糖类结合。最常见的流感病毒的感染就 是它先和宿主细胞表面的带有唾液酸的糖链结合。一些病原体 还能分泌一些外毒素作为攻击宿主的武器，如霍乱毒素、白喉 毒素等。在植物中也有类似的毒素，如蓖麻毒素。这些毒素也 能和糖脂或糖蛋白表面的糖链结合，然后转运进入细胞，并干 扰细胞内的不同类型的生化反应。抵抗疾病的糖药物来源很广，其中大多数是天然存在的化 合物，例如多糖类的糖苷类。这和当前回归自然的潮流相一致， 而且可以和开发中草药相结合。这些以糖类为基础的药物，不仅可用于人类，还可以用作农药，比起传统的化学农药来，以 糖类为基础的生化农药对环境的污

10、染更小。在碳水化合物研究领域中，糖按来源和生产和应用的数量、 历史可分为常见糖类，如蔗糖（白糖）、葡糖糖、麦芽糖（饴糖）、 乳糖等为常见糖，另一类叫稀有糖（日本称为稀少糖）国际糖协 会（ISRS）对稀有糖的定义为 “在自然界中存在但含量极少的一 类单糖及其衍生物”。尽管在自然界中含量极少，这些物质却在 膳食、保健、医药等领域中发挥着非常重要功能。例如，木糖醇 是一种功能性甜味剂，具有降血糖、改善肝功能、防龋齿、减肥 等功能；D-塔格糖具有低热量、低吸收、抗龋齿、降血糖、改善肠道菌群及良好的理化性质等优点；D-阿洛酮糖是一种低能量、不消化的蔗糖替代品；D-阿洛糖具有抑制活性氧、抑制癌细胞增 殖等

11、功能；L-系列糖可以作为各种化学产品、药品的生产原料。稀有糖的生理功能研究将是未来人们研究的热点，随着科技 的不断发展，人们的认识逐渐提高，稀有糖的功能将不断被发掘 和利用。稀有糖的重要的研究内容。通过糖基多样化方法 （Glycorandomazition ）对某些药物的糖基结构修饰已被证明能提高活性、降低毒性和克服抗药性，对 红霉素、万可霉素、柔红霉素和蝴蝶霉素的糖基改造也都取得了 进展。事实证明，以药物分子中的糖基作为切入点进行药物的修饰可以获得更“像药的” ( drug-like )结构类似物。因而具有很 高的应用价值。稀有糖( uncommonsugars )是常见糖(葡萄糖、半乳糖等

12、) 分子中至少有一个羟基被氢原子或其他基团取代所形成的化合 物。世界上 70%的药物先导化合物是直接从天然产物中衍生出来的。并且大部分是含糖化合的二级代谢物。 许多抗生素药物中都含有一个或多个稀有糖结构( Scheme 1)。稀 有 糖在抗生素药物中对其生物活性具有十分重要的影响，具有多功能， 从影响药物动力学到直接与细胞靶如蛋白质，DNA和RNA等相互作用。已确定的它们起着重要作用的方面包括：细胞的粘合与细胞- 细胞识 别作用，受精，蛋白质折叠，神经生物学，外源移植和免疫应答 中的靶识别作用。由于稀有糖的特殊生物作用， 利用稀有糖修饰现有药物和天 然产物已成为新药开发研究的前沿和热点研究领域

13、之一， 也是最 有希望获得具有更高临床应用价值的新药的方法之一。国家发改委、科技部、商务部于 2004 年将“疗效突出的新 型化学合成药、 新型抗生素药物、 手性小分子药物、 合成多肽药 物、核酸类药物、 糖类药物以及作用新靶点的天然药物和贵重金 属药物。 ”列入当前优先发展的高技术产业化重点领域指南国家发展和改革委员会食品工业“十一五”发展纲要中 第六章：“十一五时期食品工业发展的重点行业及区域布局” 确提出： “重点抓好稻谷、小麦、玉米、大豆和薯类的精加工与综合利用，。进一步发展应用前景广、市场需求潜力大 的淀粉糖、有机酸、聚乳酸、变性淀粉、多元醇等深加工产品”。国家农业部农产品加工业“十

14、一五”发展规划第三章“重点领域与相关区域布局”中明确提出发展专用变性淀粉、玉米淀粉、多元醇、乳酸、淀粉基生物材料等精深加工产品”。项目还符合 国家产业结构调整指导目录（2007年本）（征求意见稿）第一类“鼓励类”第十六章“轻工”第15类“天然食品添加剂原料及生产技术开发应用”中的规定。该项目是国家鼓励发展的产业化项目。科技部、财政部、国家税务总局关于 高新技术企业认定管 理办法中规定的“国家重点支持的高新技术领域”之中有:“天然物质中提取或通过发酵提取的新的有效单体及其制剂；用拆分或合成等方法制得的已知药物中的单一光学异构体及 其制剂；”（包含糖及衍生物类产业技术）“采用细胞大规模培养、生物转

15、化技术开发生物资源和中药资源，包括：动植物细胞大规模培养技术、 发酵法生产濒危、名贵、紧缺药用原料和动植物组织中分离提取生物活性物质原料及新药等。”（包含糖及衍生物类产业技术）“由糖合成手性纯天然化合物和其类似物的开发技术;有生物活性的新型糖类和糖醇类等。”三处提到糖及衍生物类产业技术。糖类药物和保健品、化妆品、食品、工业用糖中使用稀有糖的品种功能多， 开发难， 生产的附加值巨大。 特别是一些常见功能糖企业品种更新改造的最热点项目。稀有糖研究项目开发的 6 个主要方面1、新资源的利用型研究；即充分寻找本地区的农、林、牧、副、渔及工业的副产物、廉价的自然植物等综合提取各种功能性稀有糖、 稀有糖醇

16、， 特别 是高附加值的稀有糖类， 应为本项目的重点； 避免重复建设和克隆式技术项目，走新资源型创新的道路；2、新功能的应用型开发；即借鉴日本等发达国家对稀有糖的功能研究经验， 与国内几 个著名院校合作建立企业自己的稀有糖研发中心， 以功能开发为 技术支撑， 稳步切入市场； 以关爱人类健康为宗旨， 推进糖类药 物和手性化合物的应用进程； 以实事求是的科学态度给社会以安全、有效、经济的适用工业化技术方法；3、新技术、新产品的多样型开发；功能糖极稀有糖的市场发展特点是具有周期性起伏变化的 规律，从多年的行业发展看， 单一品种在品种周期性时企业难度 困难期造成倒闭、瘫痪，再遇到品种畅销期时也难以翻身自

17、救， 故本项目立足于多技术种类和多品种的发展新思路， 以应对变化 莫测的市场变化， 多品种的用途可涵盖医药原料、 食品原料、 生 物、轻化工等诸多行业，以丰补歉，4、新方法的环保型开发；本项目采用对植物水解以最先进的太阳能和空气热泵联用 制热的节能环保技术， 以最前沿的因素差结晶分离替代传统的树 脂分离，以最先进的生物转化法替代传统的化学合成法， 以绿色、 环保、低能耗的先进科研方法替代传统的高危、 高污染和高耗能科研方法，以创新的绿色科研造福于人类社会；5、新项目的综合型开发；充分利用国内大型生物、 化工企业和高等院校的专业人才， 整合 各生物工程、化学工程、热能利用工程、自动化控制、药物应

18、用 等先进技术要素， 走非粮生物化工 （稀有糖类等） 和生物能源 （乙醇）综合开发的高效益新途径；6、新策略的规模型开发。该项拟以“市场先行、 科研与销售一体化、 积木式柔性装臵、 分步提高”的科研策略进行，打破“传统科研发展老路，并以整 个国际为行业规模基准，建设大规模的功能性稀有糖研究项目， 该项目无论单品种实验能力， 还是综合品种实验能力都力争达到 国际性水平，以规模效应提升抗风险能力和回报社会。此外，稀有糖除有药用价值外， 对保健品、 和食品也有巨大 作用。人类对食品的要求， 首先是吃饱， 其次是吃好。 当然这两个 要求得以满足之后，就希望所摄入的食品对自身健康有促进作 用，于是出现了

19、功能性食品， 其中较为有代表性的功能性糖及糖除了营养和感觉外， 还具有调节生理活动的功能， 故称其为功能 性糖及糖醇。糖及糖醇除食用功能外，还兼具有其他工业用途， 特别是药用和医用价值较高， 还具有其他待开发科研价值， 有些 糖和糖醇也可成为稀有糖和糖醇。1992 年，原国家轻工业部发出了关于糖、甜味素等化学 合成甜味剂限产限用的通知 。而玉米糖或醇是一种多元糖和醇， 所以在有机合成方面用途很广， 具统计世界上糖醇销售量约 300万吨，其中木糖醇需求量约 15 万吨，而且以糖醇为原料制取工 业品的比例不断上升， 特别在食品工业方面， 应用于满足不同人 群需要的健康食品配料， 如防龋齿食品、 糖

20、尿病人食品、 高血脂 和肥胖病人食品等。 由于糖醇类具有一定生理活性， 属营养性甜 味剂， 在口感方面， 也远较糖精、 二肽甜味剂等高甜度甜味剂优 越。糖醇甜度、粘度、吸湿性、熔解热等性能好，适用于各种食 品，因此被称为新型的生物糖源， 视为糖类的换代产品。 因此发 展玉米糖醇工业完全符合我国的产业政策， 有利于提高和促进我 国食品加工业技术水平的发展。环境党的十六届五中全会提出： “要加快建设资源节约型、 友好型社会， 大力发展循环经济， 加大环境保护力度， 切实保护好自然生态，认真解决影响经济社会发展特别是严重危害人民健 康的突出的环境问题， 在全社会形成资源节约的增长方式和健康 文明的消

21、费模式” 。国家当前优先发展的高技术产业化重点领 域指南第一条第 2 款也将“主要农副产品的贮藏、加工、流通 先进技术与设备” 列为优先发展的重点。 国家发展和改革委 2004年发布的资源综合利用目录 13 条“利用制糖废渣、滤泥、 废糖蜜生产的电力、造纸原料、建材产品、酒精、饲料、肥料、 赖氨酸、柠檬酸、核甘酸、木糖，以及利用造纸污泥生产的肥料 及建材产品；第 41 条将“利用玉米芯生产木糖、木糖醇、糖醛、 糖醇”列为综合利用重点。本建议研究的是以玉米芯、 稻、麦草等植物或基础原料的糖及糖 醇类产品，木糖、异麦芽糖、阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖、麦芽糖、 赤藓糖及用这些功能性糖加氢还原制成的木糖

22、醇、 阿拉伯糖醇、 半乳 糖醇、甘露糖醇、麦芽糖醇、赤藓糖醇，这些功能性糖及多元醇在生 产当中都会随其产出一些副产物，如母液、废树脂、废活性炭、废渣 等。特别是母液大多富含多种目标产物，如木糖母液木糖母液中有： 水份 15% 30%；木糖 30%50%，阿拉伯糖 10% 20%；葡萄糖 7%10%，半乳糖 3% 5%；其他稀有糖约 10%。木糖醇母液中有：水份： 15%30%；木糖醇 40%50%；阿拉伯糖醇： 15%20%山梨醇： 10% 15%；半乳糖醇： 3% 5%；其他糖醇： 10%。赤藓糖醇母液中有：水份 49%；赤藓醇 27%；甘露糖醇 18%；丙三醇 14%；山梨醇 1%。这类母

23、液可以通过许多化学和物理等分离手段将其中的有效成分分离出来， 如使用SMB模拟移动床法）乙醇萃取法等，目前国内较为经济和适用的 分离技术为JFL法，每吨木糖母液可提出含量95%勺晶体木糖25%左右，剩余母液还可以制作酱色。木糖醇母液每吨可提出98.5%的晶体木糖醇 20%以上，还可提出 35%的半乳糖醇，如进一步研究提取技术可能还可提取阿拉伯糖、 阿拉伯糖醇、 半乳糖等稀有糖醇， 目 前国际国内一些科研部门也都积极研究分离方法， 但公开很少。 该技 术投入相对比从原始原料提取加工木糖、 木糖醇、 半乳糖醇、 麦芽糖 醇成本要低得多， 成品可以作为商品出售， 剩余物还可制成商品出售 增加附加值，

24、越稀有的糖或糖醇附加值就越高。3、建议技术研究的简要内容充分利用功能性糖和糖醇的副产品资源， 分离提取功能性糖和糖 醇（木糖、木糖醇、麦芽糖醇） ，进一步提取稀有糖和糖醇（半乳糖 醇、半乳糖、阿拉伯糖、阿拉伯糖醇等） ，还可进一步提取医用和食 用色素；扩大JFL法分离技术的应用范围，发挥该技术的经济价值和 社会价值。4、项目技术发展计划初期：利用现有的成熟技术可从木糖和木糖醇母液中提取粗品木糖含量 98.5%）利用提取的木糖加氢后制成木糖醇（ 98.5%）; 利用木 糖醇母液提取木糖醇和半乳糖醇； 剩余母液复配制成烟草保湿剂、 食 品添加剂、蓄电池抗氧化剂、铸造粘合剂、等产品。项目建成后应进步研究从木糖母液中提取阿拉伯糖， 衍生核糖、 核糖醇等； 从木糖 醇中提取阿拉伯糖醇、半乳糖醇、衍生 D-塔格糖等。5 、建设规模 一期： 为稀有糖基础实验室和中等规模的中试实验室； 二期：为国