建立稀有糖研究院(所)項目建議書

1、建立稀有糖研究院（所）項目建議書(2009年草稿)1、概述1.1.1項目名稱：建立稀有糖研究院（所）項目建議書主辦單位名稱：法定代表人： 1.1.2編制的依據(jù)和原則依據(jù)：1990年至2009年國內(nèi)已有的稀有糖生產(chǎn)科研項目的生產(chǎn)經(jīng)營狀況以及國際、國內(nèi)技術(shù)開發(fā)趨勢；依據(jù)：2006年1月2009年5月國際、國內(nèi)稀有糖的市場和原料資源狀況；依據(jù)：國家有關(guān)鼓勵資源綜合利用和支持發(fā)展的重點高新技術(shù)的相關(guān)政策； 1.1.3項目提出的背景、投資的必要性和經(jīng)濟意義2、項目簡介在過去的很長一段時間內(nèi),糖只是作為生物體內(nèi)能量轉(zhuǎn)化和結(jié)構(gòu)組成的物質(zhì)被認識.直到上世紀60年代,糖類作為信息分子的生物學功能才逐漸為人們所認

2、識.尤其是1988年,當牛津大學生化系的德韋克首先提出糖生物學(Glycobiology)這一新名詞以來,標志著對糖及糖的衍生物(包括糖蛋白,糖脂和蛋白聚糖)的研究,已逐漸成為世界生物學研究的新熱點. 近些年來,同時隨著分子藥理學的發(fā)展,我們發(fā)現(xiàn)臨床上許多藥物,其實都是通過作用于分子糖而產(chǎn)生效用的,例如我們早已熟知的一些抗生素類藥物,紅霉素,萬古霉素等.國內(nèi)外也出現(xiàn)了大量致力于開發(fā)糖類藥物的生物醫(yī)藥公司甚至一些大牌的生物制藥公司,如Bayer（拜耳）,Roche（羅氏）,也發(fā)花費了大量財力物力在糖類藥物的開發(fā)上1.因此,大量糖工程設(shè)計的藥物也應(yīng)運而生,其中,抗凝血藥物Lovenox,Fragm

3、in,治療白內(nèi)障藥物Healon,抗流感藥物Relenza,Tamiflu,以及Hib疫苗等,相繼投入市場2. 糖類藥物的最大優(yōu)勢就是毒副作用小。糖類在人體內(nèi)可以水解，變?yōu)闋I養(yǎng)和能量，這對治療癌癥有格外重要的意義。目前大部分抗腫瘤藥物為核酸藥物，毒副作用很強。    此外，糖類藥物應(yīng)用范圍廣泛，可以抗炎癥、抗血栓等等，其使用范圍還在不斷開發(fā)研究當中。 國外從上世紀年代開始研發(fā)糖類藥物。法國已經(jīng)生產(chǎn)出人工合成的個糖的寡糖抗血栓新藥，并于年在美國、日本和歐洲一些國家上市。中國國內(nèi)目前還沒有自主研發(fā)的糖類藥物。人們對生命過程中糖的功能的研究同時導致了所謂糖類藥物，正因為

4、糖參與了生命的幾乎全部過程，糖類藥物對治療各種疾病都顯示了巨大的前景，如免疫系統(tǒng)疾病，心血管系統(tǒng)疾病，神經(jīng)系統(tǒng)疾病，感染性疾病，癌癥，炎癥等等?？梢哉f，每一個糖功能的新發(fā)現(xiàn)都會馬上引發(fā)一場藥物研究的大競賽。 其實，糖類化合物一直是一類最重要的藥物之一。值得特別指出的是糖生物學和糖類藥物的發(fā)展為中醫(yī)中藥的研究與發(fā)展提供了一個極好的機遇，這是因為兩者之間有著密切的聯(lián)系。糖藥物的最重要特點是，他們中間的大多數(shù)是作用于細胞表面。因為糖類或糖復合物主要分布在細胞表面，參與細胞和活性分子的相互作用，而且往往是一系列生理和病理過程的第一步，如果這第一步被阻斷了，有關(guān)的生理和病理過程也就不能隨之發(fā)生，由于多數(shù)

5、以糖類為基礎(chǔ)的藥物的作用位點是在細胞表面，而不進入內(nèi)部，因此，這類藥物對整個細胞，進而對整個機體的干擾，就這一點而言，由于糖類藥物靶向定位到機體中特定部位，不僅能進一步減少是副作用，而且能降低糖藥物的使用劑量。因此不僅可以作治療疾病的藥物，而且可以作為保健類藥物。糖類物質(zhì)作為藥物的主要功能有以下幾個方面1 對免疫系統(tǒng)的影響  2 多糖、寡糖藥物降血糖的作用   3 抗輻射   4 抗病毒作用  5 抗類風濕關(guān)節(jié)炎的糖類藥物   6 以糖類物質(zhì)為基礎(chǔ)的疫苗    各國

6、政府對糖生物學研究的支持 日  本       1989年日本創(chuàng)刊了糖科學與糖工程動態(tài)(TIGG)雜志。同年日本政府科學技術(shù)廳提出關(guān)于“糖工程基礎(chǔ)與應(yīng)用研究推進戰(zhàn)略”的咨詢，經(jīng)過專家評議后成為詳盡的戰(zhàn)略方案，于1991年由科學技術(shù)廳、厚生省、農(nóng)林水產(chǎn)省和通商產(chǎn)業(yè)省聯(lián)合實施“糖工程前沿計劃”，總投資百億日元。該計劃包括：糖工程和糖生物學。后者又分為糖分子生物學、糖細胞生物學。同時，成立了“糖工程研究協(xié)議會”作為協(xié)調(diào)機構(gòu)。這協(xié)議會編輯出版了專著糖工程學。   美  國 

7、      美國能源部于1986年資助佐治亞大學創(chuàng)建了復合糖類研究中心(CCRC)，建立復合糖類數(shù)據(jù)庫(CCSD)，相關(guān)的計算機計劃也稱為糖庫計劃(Carbank  Project)。1990年底已收集了6000個糖結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，1992年增加到9200個(包含在20000份記錄中)，1992年底有關(guān)的記錄增加到22000份，1996年增加到42000份。1996年一年中增加的數(shù)量為1991年的4倍。   歐  洲       歐

8、盟19941998年的研究計劃中有一項“歐洲糖類研究開發(fā)網(wǎng)絡(luò)”計劃(European  Carbohydrate  Plaform)。其目的是攜帶歐洲各國的糖類研究和開發(fā)，以強化歐洲在糖類基礎(chǔ)研究以及將研究成果轉(zhuǎn)化為商品方面與美國、日本的競爭能力。   蛋白質(zhì)、核酸和糖是構(gòu)成生命的三類大分子，蛋白質(zhì)和核酸的研究已經(jīng)成為生命科學中的熱點問題。糖類的研究一度被人遺忘，只有少數(shù)科學家在苦苦探索著糖類的奧秘，糖類研究成了生命科學中的灰姑娘。然而，隨著蛋白質(zhì)和核酸（主要是基因的研究）中更多的奧秘被人類知曉，糖類的重要性也浮出水面，成為了醫(yī)學研究

9、的“甜蜜之點”，糖類研究這個“灰姑娘”等來了屬于她自己的馬車。科學家認為，糖類的研究將像一個人見人愛的“甜蘋果”一樣，獲得更多科學家的青睞，將成為生命科學研究中的新熱點。 稱為攻克疾病的“甜蘋果” 各國的醫(yī)學研究人員正研究糖是如何影響帕金森氏病、早老性癡呆癥和像艾滋病那樣的傳染病的發(fā)展。最近的研究結(jié)果表明，糖復合物表面糖鏈結(jié)構(gòu)的改變和很多疾病的發(fā)生是相伴隨的。 病毒、細菌、真菌、寄生蟲等病原體，為了能進入細胞內(nèi)，首先必須和細胞表面的糖類結(jié)合。最常見的流感病毒的感染就是它先和宿主細胞表面的帶有唾液酸的糖鏈結(jié)合。一些病原體還能分泌一些外毒素作為攻擊宿主的武器，如霍亂毒素、白喉毒素等。在植物中也有類

10、似的毒素，如蓖麻毒素。這些毒素也能和糖脂或糖蛋白表面的糖鏈結(jié)合，然后轉(zhuǎn)運進入細胞，并干擾細胞內(nèi)的不同類型的生化反應(yīng)。 抵抗疾病的糖藥物來源很廣，其中大多數(shù)是天然存在的化合物，例如多糖類的糖苷類。這和當前回歸自然的潮流相一致，而且可以和開發(fā)中草藥相結(jié)合。這些以糖類為基礎(chǔ)的藥物，不僅可用于人類，還可以用作農(nóng)藥，比起傳統(tǒng)的化學農(nóng)藥來，以糖類為基礎(chǔ)的生化農(nóng)藥對環(huán)境的污染更小。 在碳水化合物研究領(lǐng)域中，糖按來源和生產(chǎn)和應(yīng)用的數(shù)量、歷史可分為常見糖類，如蔗糖（白糖）、葡糖糖、麥芽糖（飴糖）、乳糖等為常見糖，另一類叫稀有糖（日本稱為稀少糖）國際糖協(xié)會（ISRS）對稀有糖的定義為“在自然界中存在但含量極少的一

11、類單糖及其衍生物”。盡管在自然界中含量極少，這些物質(zhì)卻在膳食、保健、醫(yī)藥等領(lǐng)域中發(fā)揮著非常重要功能。例如，木糖醇是一種功能性甜味劑，具有降血糖、改善肝功能、防齲齒、減肥等功能；D-塔格糖具有低熱量、低吸收、抗齲齒、降血糖、改善腸道菌群及良好的理化性質(zhì)等優(yōu)點；D-阿洛酮糖是一種低能量、不消化的蔗糖替代品；D-阿洛糖具有抑制活性氧、抑制癌細胞增殖等功能；L-系列糖可以作為各種化學產(chǎn)品、藥品的生產(chǎn)原料。稀有糖的生理功能研究將是未來人們研究的熱點，隨著科技的不斷發(fā)展，人們的認識逐漸提高，稀有糖的功能將不斷被發(fā)掘和利用。稀有糖的重要的研究內(nèi)容。通過糖基多樣化方法（Glycorandomazition）對

12、某些藥物的糖基結(jié)構(gòu)修飾已被證明能提高活性、降低毒性和克服抗藥性，對紅霉素、萬可霉素、柔紅霉素和蝴蝶霉素的糖基改造也都取得了進展。事實證明，以藥物分子中的糖基作為切入點進行藥物的修飾可以獲得更“像藥的”（drug-like）結(jié)構(gòu)類似物。因而具有很高的應(yīng)用價值。稀有糖（uncommon sugars）是常見糖（葡萄糖、半乳糖等）分子中至少有一個羥基被氫原子或其他基團取代所形成的化合物。世界上70%的藥物先導化合物是直接從天然產(chǎn)物中衍生出來的。并且大部分是含糖化合的二級代謝物。許多抗生素藥物中都含有一個或多個稀有糖結(jié)構(gòu)（Scheme 1）。稀有糖在抗生素藥物中對其生物活性具有十分重要的影響，具有多功

13、能，從影響藥物動力學到直接與細胞靶如蛋白質(zhì)，DNA和RNA等相互作用。已確定的它們起著重要作用的方面包括：細胞的粘合與細胞-細胞識別作用，受精，蛋白質(zhì)折疊，神經(jīng)生物學，外源移植和免疫應(yīng)答中的靶識別作用。由于稀有糖的特殊生物作用，利用稀有糖修飾現(xiàn)有藥物和天然產(chǎn)物已成為新藥開發(fā)研究的前沿和熱點研究領(lǐng)域之一，也是最有希望獲得具有更高臨床應(yīng)用價值的新藥的方法之一。國家發(fā)改委、科技部、商務(wù)部于2004年將“療效突出的新型化學合成藥、新型抗生素藥物、手性小分子藥物、合成多肽藥物、核酸類藥物、糖類藥物以及作用新靶點的天然藥物和貴重金屬藥物?！绷腥氘斍皟?yōu)先發(fā)展的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重點領(lǐng)域指南。國家發(fā)展和改革委員會食

14、品工業(yè)“十一五”發(fā)展綱要中第六章：“十一五時期食品工業(yè)發(fā)展的重點行業(yè)及區(qū)域布局”明確提出：“重點抓好稻谷、小麥、玉米、大豆和薯類的精加工與綜合利用，。進一步發(fā)展應(yīng)用前景廣、市場需求潛力大的淀粉糖、有機酸、聚乳酸、變性淀粉、多元醇等深加工產(chǎn)品”。國家農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)“十一五”發(fā)展規(guī)劃第三章“重點領(lǐng)域與相關(guān)區(qū)域布局”中明確提出發(fā)展專用變性淀粉、玉米淀粉、多元醇、乳酸、淀粉基生物材料等精深加工產(chǎn)品”。項目還符合國家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導目錄（2007年本）（征求意見稿）第一類“鼓勵類”第十六章“輕工”第15類“天然食品添加劑原料及生產(chǎn)技術(shù)開發(fā)應(yīng)用”中的規(guī)定。該項目是國家鼓勵發(fā)展的產(chǎn)業(yè)化項目?？萍疾?、財政

15、部、國家稅務(wù)總局關(guān)于高新技術(shù)企業(yè)認定管理辦法中規(guī)定的“國家重點支持的高新技術(shù)領(lǐng)域”之中有：“天然物質(zhì)中提取或通過發(fā)酵提取的新的有效單體及其制劑；用拆分或合成等方法制得的已知藥物中的單一光學異構(gòu)體及其制劑；”（包含糖及衍生物類產(chǎn)業(yè)技術(shù)）“采用細胞大規(guī)模培養(yǎng)、生物轉(zhuǎn)化技術(shù)開發(fā)生物資源和中藥資源，包括：動植物細胞大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)、發(fā)酵法生產(chǎn)瀕危、名貴、緊缺藥用原料和動植物組織中分離提取生物活性物質(zhì)原料及新藥等?！保ò羌把苌镱惍a(chǎn)業(yè)技術(shù)） “由糖合成手性純天然化合物和其類似物的開發(fā)技術(shù)；有生物活性的新型糖類和糖醇類等?！比幪岬教羌把苌镱惍a(chǎn)業(yè)技術(shù)。 糖類藥物和保健品、化妝品、食品、工業(yè)用糖中使用稀

16、有糖的品種功能多，開發(fā)難，生產(chǎn)的附加值巨大。特別是一些常見功能糖企業(yè)品種更新改造的最熱點項目。稀有糖研究項目開發(fā)的6個主要方面1、 新資源的利用型研究；即充分尋找本地區(qū)的農(nóng)、林、牧、副、漁及工業(yè)的副產(chǎn)物、廉價的自然植物等綜合提取各種功能性稀有糖、稀有糖醇，特別是高附加值的稀有糖類，應(yīng)為本項目的重點；避免重復建設(shè)和克隆式技術(shù)項目，走新資源型創(chuàng)新的道路；2、 新功能的應(yīng)用型開發(fā)；即借鑒日本等發(fā)達國家對稀有糖的功能研究經(jīng)驗，與國內(nèi)幾個著名院校合作建立企業(yè)自己的稀有糖研發(fā)中心，以功能開發(fā)為技術(shù)支撐，穩(wěn)步切入市場；以關(guān)愛人類健康為宗旨，推進糖類藥物和手性化合物的應(yīng)用進程；以實事求是的科學態(tài)度給社會以安全

17、、有效、經(jīng)濟的適用工業(yè)化技術(shù)方法；3、 新技術(shù)、新產(chǎn)品的多樣型開發(fā)；功能糖極稀有糖的市場發(fā)展特點是具有周期性起伏變化的規(guī)律，從多年的行業(yè)發(fā)展看，單一品種在品種周期性時企業(yè)難度困難期造成倒閉、癱瘓，再遇到品種暢銷期時也難以翻身自救，故本項目立足于多技術(shù)種類和多品種的發(fā)展新思路，以應(yīng)對變化莫測的市場變化，多品種的用途可涵蓋醫(yī)藥原料、食品原料、生物、輕化工等諸多行業(yè)，以豐補歉，未雨綢繆；4、 新方法的環(huán)保型開發(fā)；本項目采用對植物水解以最先進的太陽能和空氣熱泵聯(lián)用制熱的節(jié)能環(huán)保技術(shù)，以最前沿的因素差結(jié)晶分離替代傳統(tǒng)的樹脂分離，以最先進的生物轉(zhuǎn)化法替代傳統(tǒng)的化學合成法，以綠色、環(huán)保、低能耗的先進科研方法

18、替代傳統(tǒng)的高危、高污染和高耗能科研方法，以創(chuàng)新的綠色科研造福于人類社會；5、 新項目的綜合型開發(fā)；充分利用國內(nèi)大型生物、化工企業(yè)和高等院校的專業(yè)人才，整合各生物工程、化學工程、熱能利用工程、自動化控制、藥物應(yīng)用等先進技術(shù)要素，走非糧生物化工（稀有糖類等）和生物能源（乙醇）綜合開發(fā)的高效益新途徑；6、 新策略的規(guī)模型開發(fā)。該項擬以“市場先行、科研與銷售一體化、積木式柔性裝置、分步提高”的科研策略進行，打破“傳統(tǒng)科研發(fā)展老路，并以整個國際為行業(yè)規(guī)?；鶞?，建設(shè)大規(guī)模的功能性稀有糖研究項目，該項目無論單品種實驗?zāi)芰?，還是綜合品種實驗?zāi)芰Χ剂庍_到國際性水平，以規(guī)模效應(yīng)提升抗風險能力和回報社會。此外，稀

19、有糖除有藥用價值外，對保健品、和食品也有巨大作用。人類對食品的要求，首先是吃飽，其次是吃好。當然這兩個要求得以滿足之后，就希望所攝入的食品對自身健康有促進作用，于是出現(xiàn)了功能性食品，其中較為有代表性的功能性糖及糖醇有：木糖醇、麥芽糖醇、乳糖醇、阿拉伯糖醇、木糖等。他們除了營養(yǎng)和感覺外，還具有調(diào)節(jié)生理活動的功能，故稱其為功能性糖及糖醇。糖及糖醇除食用功能外，還兼具有其他工業(yè)用途，特別是藥用和醫(yī)用價值較高，還具有其他待開發(fā)科研價值，有些糖和糖醇也可成為稀有糖和糖醇。1992年，原國家輕工業(yè)部發(fā)出了關(guān)于糖、甜味素等化學合成甜味劑限產(chǎn)限用的通知。而玉米糖或醇是一種多元糖和醇，所以在有機合成方面用途很廣

20、，具統(tǒng)計世界上糖醇銷售量約300萬噸，其中木糖醇需求量約15萬噸，而且以糖醇為原料制取工業(yè)品的比例不斷上升，特別在食品工業(yè)方面，應(yīng)用于滿足不同人群需要的健康食品配料，如防齲齒食品、糖尿病人食品、高血脂和肥胖病人食品等。由于糖醇類具有一定生理活性，屬營養(yǎng)性甜味劑，在口感方面，也遠較糖精、二肽甜味劑等高甜度甜味劑優(yōu)越。糖醇甜度、粘度、吸濕性、熔解熱等性能好，適用于各種食品，因此被稱為新型的生物糖源，視為糖類的換代產(chǎn)品。因此發(fā)展玉米糖醇工業(yè)完全符合我國的產(chǎn)業(yè)政策，有利于提高和促進我國食品加工業(yè)技術(shù)水平的發(fā)展。黨的十六屆五中全會提出：“要加快建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會，大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，加大環(huán)境保

21、護力度，切實保護好自然生態(tài)，認真解決影響經(jīng)濟社會發(fā)展特別是嚴重危害人民健康的突出的環(huán)境問題，在全社會形成資源節(jié)約的增長方式和健康文明的消費模式”。國家當前優(yōu)先發(fā)展的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重點領(lǐng)域指南第一條第2款也將“主要農(nóng)副產(chǎn)品的貯藏、加工、流通先進技術(shù)與設(shè)備”列為優(yōu)先發(fā)展的重點。國家發(fā)展和改革委2004年發(fā)布的資源綜合利用目錄13條“利用制糖廢渣、濾泥、廢糖蜜生產(chǎn)的電力、造紙原料、建材產(chǎn)品、酒精、飼料、肥料、賴氨酸、檸檬酸、核甘酸、木糖，以及利用造紙污泥生產(chǎn)的肥料及建材產(chǎn)品；第41條將“利用玉米芯生產(chǎn)木糖、木糖醇、糖醛、糖醇”列為綜合利用重點。本建議研究的是以玉米芯、稻、麥草等植物或基礎(chǔ)原料的糖及糖醇

22、類產(chǎn)品，木糖、異麥芽糖、阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖、麥芽糖、赤蘚糖及用這些功能性糖加氫還原制成的木糖醇、阿拉伯糖醇、半乳糖醇、甘露糖醇、麥芽糖醇、赤蘚糖醇，這些功能性糖及多元醇在生產(chǎn)當中都會隨其產(chǎn)出一些副產(chǎn)物，如母液、廢樹脂、廢活性炭、廢渣等。特別是母液大多富含多種目標產(chǎn)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%；其他稀有糖約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%。赤蘚糖醇母液中有：水份49%；赤蘚醇27%；甘露糖

23、醇18%；丙三醇14%；山梨醇1%。這類母液可以通過許多化學和物理等分離手段將其中的有效成分分離出來，如使用SMB(模擬移動床法)乙醇萃取法等，目前國內(nèi)較為經(jīng)濟和適用的分離技術(shù)為JFL法，每噸木糖母液可提出含量95%的晶體木糖25%左右，剩余母液還可以制作醬色。木糖醇母液每噸可提出98.5%的晶體木糖醇20%以上，還可提出35%的半乳糖醇，如進一步研究提取技術(shù)可能還可提取阿拉伯糖、阿拉伯糖醇、半乳糖等稀有糖醇，目前國際國內(nèi)一些科研部門也都積極研究分離方法，但公開很少。該技術(shù)投入相對比從原始原料提取加工木糖、木糖醇、半乳糖醇、麥芽糖醇成本要低得多，成品可以作為商品出售，剩余物還可制成商品出售增加

24、附加值，越稀有的糖或糖醇附加值就越高。3、建議技術(shù)研究的簡要內(nèi)容充分利用功能性糖和糖醇的副產(chǎn)品資源，分離提取功能性糖和糖醇（木糖、木糖醇、麥芽糖醇），進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），還可進一步提取醫(yī)用和食用色素；擴大JFL法分離技術(shù)的應(yīng)用范圍，發(fā)揮該技術(shù)的經(jīng)濟價值和社會價值。4、項目技術(shù)發(fā)展計劃初期：利用現(xiàn)有的成熟技術(shù)可從木糖和木糖醇母液中提取粗品木糖（含量98.5%）利用提取的木糖加氫后制成木糖醇（98.5%）;利用木糖醇母液提取木糖醇和半乳糖醇；剩余母液復配制成煙草保濕劑、食品添加劑、蓄電池抗氧化劑、鑄造粘合劑、等產(chǎn)品。項目建成后應(yīng)進一步研究從木糖母液中提取阿拉伯糖，衍生核糖、核糖醇等；從木糖醇中提取阿拉伯糖醇、半乳糖醇、衍生D-塔格糖等。 5、建設(shè)規(guī)模一期：為稀有糖基礎(chǔ)實驗室和