科技日报记者 马爱平
日前，第二十一届中国专利奖评审结果公示。根据《中国专利奖评奖办法》，第二十一届中国专利奖共评选出中国专利金奖预获奖项目30项，中国外观设计金奖预获奖项目10项，中国专利银奖预获奖项目60项，中国外观设计银奖预获奖项目15项，中国专利优秀奖预获奖项目699项，中国外观设计优秀奖预获奖项目60项。
其中，华熙生物科技股份有限公司的“酶切法制备寡聚透明质酸盐的方法及所得寡聚透明质酸盐和其应用”技术获得了中国专利金奖。
“酶切法制备寡聚透明质酸盐的方法及所得寡聚透明质酸盐和其应用”技术究竟从何而来？它缘何能获得中国专利金奖？技术创新点和突破点在哪里？“酶切法”的诞生解决了哪些技术课题和技术难点？
齐鲁工业大学食品与生物工程学院院长、发酵工程专业硕士研究生导师王瑞明和该华熙生物首席科学家郭学平为科技日报记者掀开了这项技术的神秘面纱。
突破了化学降解法所面临的大规模生产难题
“2012年，在研发团队的不懈努力下，全球首次实现微生物酶切法规模化生产寡聚透明质酸，并首次实现透明质酸酶的规模化生产。”郭学平说。
当时，行业内生产低分子和寡聚透明质酸的主流方法是化学降解法。化学降解法需要的条件不仅非常苛刻，并且生产过程会对环境有所污染。
“我们利用透明质酸酶对透明质酸的结构特异性降解，工艺温和，解决了化学降解法所生产的透明质酸结构破坏、分子量分布不均等问题，且降解周期由化学降解法的12-15天缩短至5-6小时，生产效率显著提高，能耗显著降低。”郭学平表示。
王瑞明告诉科技日报记者，目前工业生产寡聚透明质酸或其盐的方法是化学降解法，由于含透明质酸酶的动物组织来源有限，有文献报道的微生物来源透明质酸酶发酵液单位酶活较低，不可能大规模制备透明质酸酶，也就不可能用酶法大规模生产寡聚透明质酸或其盐。
“酶切寡聚透明质酸技术实现高活性透明质酸酶的产业化，解决了无法大规模生产寡聚透明质酸的世界难题，极大地促进了透明质酸在医药、食品、化妆品行业的发展应用。酶切技术的实现，也解决了化妆品、保健食品、食品、医药领域中透明质酸的检测难题，为开发含透明质酸的终端产品提供了有效的检测工具。”王瑞明说。
我国在国际上首次使用微生物酶切法大规模生产低分子量透明质酸及寡聚透明质酸。凭借全球领先的低分子和寡聚透明质酸的酶切技术，及高、中、低多种分子量段的分段控制发酵和纯化精准控制技术，分子量范围实现低至2 kDa高至4,000 kDa的产业化技术突破。
此前，此项技术已获6项发明专利（其中2项中国专利、4项国外专利）和3项省市奖励（山东省科技进步奖、山东省专利奖、济南市专利奖）。
远高于国内外现有报道的透明质酸酶发酵水平
王瑞明解读，此次获得中国专利金奖的“酶切法”的技术创新点和突破点主要是：通过高通量筛选菌种及发酵优化，获得了高产透明质酸酶新菌种，其发酵液的透明质酸酶酶活达到105IU/ml，远高于国内外现有报道的透明质酸酶发酵水平；采用现代分离纯化工艺，优化透明质酸酶分离工艺，得到的透明质酸酶纯度达到95%以上，比活达到107IU/mg，且该酶非常稳定，用其降解高分子透明质酸制备寡聚透明质酸，成本显著降低，可用于大规模生产，解决了动物来源的透明质酸酶成本高的问题，在生化研究领域及寡聚透明质酸的生产方面有广阔的应用前景。
除此以外，建立透明质酸酶及寡聚透明质酸生产线，国际上首次用微生物酶法大规模生产寡聚透明质酸，分子量为3kDa～10kDa。与传统的化学法制备寡聚透明质酸相比，酶解法具有反应条件温和的特点，无污染，低耗能；酶切寡聚透明质酸产品纯度高，无结构破坏，与化学法制备的寡聚透明质酸相比，自由基清除能力、还原能力及抗紫外作用更强，应用于化妆品中防晒及晒后修复效果更好，酶切寡聚透明质酸促血管生成能力较强，可用于医药领域。
“该项目获得的高产透明质酸酶，不仅为透明质酸的进一步应用提供了技术保障，而且成为透明质酸研究及产品开发过程中不可或缺的研发工具，在透明质酸检测检验、眼用制剂、关节内制剂、术后防粘连剂、创伤愈合外用制剂及软组织填充剂的开发上意义重大。尤其是酶解与HPLC相结合测定透明质酸含量及结构完整性的新方法，提升了透明质酸行业标准，极大地促进了透明质酸在医药、食品、化妆品上行业的发展应用。”王瑞明表示。
广泛用于药品、医疗器械产品、化妆品等领域
郭学平介绍，将广泛用于药品、医疗器械产品、保健品、化妆品等领域。例如，酶切法生产小分子量的寡聚HA产品，因利于皮肤吸收，在原液类护肤产品中的应用取得消费者对功效的认可后，在大幅带动原液类护肤终端产品销售收入的同时，也反过来带动了寡聚HA相关原料的市场销售。
在郭学平看来，此次获奖将加快透明质酸产业的高速发展，使得透明质酸在更多的新领域得以广泛应用，随着微生物发酵生产透明质酸逐步实现大规模产业化，透明质酸在医药、生物医用材料、化妆品、食品等领域的应用得到极大的普及和推广，并逐渐扩展至新的应用领域，如肿瘤治疗、组织工程、药物载体、口腔、胃肠、耳鼻喉等，拓展透明质酸的应用领域。
“对于整个产业的发展来说可谓意义深远，该项专利技术得到国家的认可，将促进研发的深入进行，将会有更多的研发项目被建立，并在各个细分领域得以广泛应用和推广。”郭学平对此深有感触。
“目前国内外的透明质酸酶主要来源于动物组织和微生物发酵，动物组织来源有限，国内外文献报道中的透明质酸酶酶活较低，不能满足生产和检测的需求。我国采用高通量筛选菌种技术，筛得一株高产菌种，并通过发酵优化、分离工艺的优化，得到了高纯度、高比活的透明质酸酶，满足了生产和检测需求。”王瑞明介绍。
应用该酶制备的新产品--酶切寡聚透明质酸（商品名为纳诺HA）上市后在反响良好。凭借先进的发酵和酶切法生产技术水平，我国在国内、外透明质酸原料市场树立了自己的品牌。国内的销售网络遍布全国近三十个省、市、区，在国际市场上产品已销美国、日本、法国、韩国、加拿大、澳大利亚及欧盟各国，获得许多世界知名品牌化妆品企业的认可。该专利的实施，也卓有成效的推动了透明质酸在护肤品、彩妆、发用日用品等方面的广泛应用。
王瑞明表示，目前，该专利所述酶切寡聚透明质酸或其盐已经应用于食品、化妆品领域，添加至保健食品和化妆品中具有良好的功效。该专利所述的相关技术已应用于低分子透明质酸、寡聚透明质酸和超低分子量透明质酸产业化，以及透明质酸微生物限度检测、含量检测、二糖标准品制备、交联透明质酸抗酶降解能力检测等，还可应用于化妆品、保健品及滴眼液中透明质酸含量的检测，极大地推动了透明质酸酶发酵行业及透明质酸行业的发展。
对酶切技术上下游进行全方位的专利保护
随着我国科技的不断发展进步，中国发明专利申请数量近十年来逐渐攀升。据数据显示，2018年，中国的发明专利申请量达154.2万件，连续8年居世界首位，这一数据意味着我国企业及社会的知识产权保护意识、及技术创新能力有了大幅度的提升。
“国内生物发酵产业通过增强自主创新能力，生产技术水平显著提高，使产业规模持续扩大，像大宗发酵产品中的味精、赖氨酸、柠檬酸等产品的产量和贸易量位居世界前列，技术水平也居国际先进水平；某些小宗的发酵产品像我国的透明质酸的发酵水平也居国际先进水平，发酵产率达到了11～13g/L。”王瑞明说。
山梨醇、木糖醇、麦芽糖醇、甘露糖醇和酶制剂等产品处于快速发展阶段；生物基材料、化学中间体的生物制造等尚处于快速增长阶段；像透明质酸这种高附加值的产品种类少。
“随着各个国家环保意识的增强，生物发酵行业也追求高效、环保、低碳。酶切法制备寡聚透明质酸的技术正好契合了该特征。”王瑞明表示。
酶切法制备寡聚透明质酸相关技术已获得国家发明专利四项，PCT专利一项，并分别在欧洲、美国、日本、韩国授权，我国对酶切技术的上下游进行了国内国际全方位的专利保护。
“我国的大宗生物发酵产品所占比重偏高，高附加值产品数量少、品质还有待提高，产品应用技术发展相对缓慢；研发、生产及检测设备还不及国外一些发达国家的先进，制约了我国发酵工业快速发展；基因编辑、合成生物学方面的核心技术也有待提高。”王瑞明展望，未来我国生物发酵技术的研究方向可以从以下方面进行：用合成生物学技术来生产大宗化学品；药物中间体的生物合成；蛋白类新生物分子的发现与合成等。
