深度 | 始于2016,终于2023, 2'-岩藻糖基乳糖或将实现产业落地
Lisa 2023-03-09 2282
大胆预测,征求意见始于2016,终于2023, 2'-岩藻糖基乳糖(2'-FL)今年或将在法规方面有所突破,合成生物新原料从2023始扬帆起航。
文:Lisa


2月10日,国家食品安全风险评估中心再次发布2'-岩藻糖基乳糖(2'-FL)食品添加剂新品质的征求意见,这是自2016年以来第5次面向公众的征求意见。

图源:国家卫健委官网

#01

2'-岩藻糖基乳糖(2'-FL)的发现与开发历程

2’-岩藻糖基乳糖(2’-fucosyllactose,2’-FL)是母乳中主要的低聚糖。而母乳低聚糖(human milk oligosaccharides,HMOs)是母乳中第三丰富的营养成分,仅次于乳糖和脂肪,含量为5~15g/L。目前已鉴定出200多种不同类型寡糖,其中2’-岩藻糖基乳糖含量最高,约占总量的31%。

HMOs具有多样性的益生元低聚糖成分,在婴幼儿的生长发育中起重要作用。目前科研界重点研究的成分有:2’-岩藻糖基乳糖(2'-FL)、3-岩藻糖基乳糖(3-FL)、乳糖-N-新四糖(LNnT)、乳糖-N-四糖(LNT)、6’-唾液酸乳糖(6'-SL)和3’-唾液酸乳糖(3'-SL)等,而且2’-FL在科学研究和商业化进程中遥遥领先于其他组分。

图:2'-FL结构式
图源:卫健委官网

1900年德国Theodor Escherich的学生Moro发现,母乳中含有促进双歧杆菌增殖的因子。1954年Gyorgy证实,促进双歧杆菌增殖的因子大约是10个单糖组成的碳水化合物,当时称为“人乳糖”,后来科学界逐步揭示了HMOs的本质,对“双歧因子”HMOs中LNT、LNF-1、LNF-2等多个含氮单体成分做了分离纯化与结构鉴定。

图:母乳低聚糖HMO开发历程

研究发现,人类母乳中 HMOs 由 5 种单体组成:D- 葡萄糖(D-glucose,Glc)、D-半乳糖(D-galactose,Gal)、N-乙酰氨基葡萄糖(N-acetylglucosamine,GlcNAc)、L-岩藻糖(L-fucose,Fuc)和唾液酸(sialic acid,SA),这5种单体以不同比例结合,构成母乳中上千种HMOs。

目前产业化生产2'-FL的主要方式是生物合成微生物发酵法,是基于微生物自身(或模拟)的代谢机制,利用碳源和微生物自身细胞内的酶、代谢中间体及能量直接生物合成2'-FL,这种生产方式与其他合成法(化学合成、酶催化等)相比,环境友好、成本较低且可大规模生产。

#02

母乳低聚糖HMOs的法规进展

政策推动——HMOs的突破性进展(国内篇)

2'-FL作为国内首个生物合成技术而来的食品添加剂新原料,它的申报、审批过程见证国家对新技术革新的态度,下面我们一同回望这8年来2'-FL不凡的申报历程。

表1:2’-FL国内食品添加剂新原料受理统计

制图:植提桥

2016年之前国家已经受理了有关2'-FL作为营养强化剂的申报,从国家卫健委官网近年信息来看,2021年以来又受理了多款HMOs, 包括三款【2'-岩藻糖基乳糖(2'-FL)】和一款【乳糖-N-新四糖(LNnT)】,另外还有不少企业有意向申请同系列原料合法身份,包括食品添加剂新品种、新食品原料、营养强化剂等。

表2:2’-FL 5次征求意见及应用范围变化

制图:植提桥

从上表看出早在2016年,国家卫计委就发布了2'-FL作为食品营养强化剂的征求意见。之后的5年,没有任何动态,直到2021年,国家卫健委打开了国内转基因微生物食品添加剂的申报路径,正式开始受理和审批转基因微生物食品添加剂新品种,这一政策给基因改造的微生物发酵生产的2’-FL在中国的合规化铺就了光明大道,后来2年4次征求意见,可见行业内外对合规化审批的迫切。

表3:历年征求意见中——2’-FL菌种来源和供体明细

制图:植提桥

从表中看出,大肠杆菌被约定成为生产2'-岩藻糖基乳糖、乳糖-N-新四糖宿主菌。研究发现在生物合成技术中,大肠杆菌具有遗传背景清楚、基因操作方便、生长繁殖快、易于放大等特性,有明显的优势。

美国FDA、欧盟和我国现行征求意见中都明确大肠杆菌为生产菌,且国际范围内企业已有成功生产案例,如丹麦Glycom A/S公司(生产2’-FL、乳糖-N-新四糖、双岩藻糖基乳糖、乳糖-N-四糖)、美国GlycoSyn LLC公司(生产2’-FL)、比利时Inbiose 公司(生产2’-FL)均使用大肠杆菌K-12作为生产菌种,而德国Jennewein Biotechnologie GmbH公司(生产2’-FL)使用大肠杆菌BL21作为生产菌种。

国内大环境和政策推动2’-FL快速合法化

2’-FL从2021年开始有了审批新动态,是原因大环境有两个推动因素,转基因食品添加剂新原料申报政策的放开和国家《“十四五”生物经济发展规划》这两个政策:

★ 2021年,国家卫健委正式打开转基因食品添加剂新品种的申报路径,开始受理和审批基因编辑生物合成微生物食品添加剂新品种,要知道在以前,国家仅受理转基因酶制剂的申报,这个政策为生物合成食品添加剂新品种的研发和应用提供了更广阔的空间。

★ 国家发改委2022年5月发布《“十四五”生物经济发展规划》,提出发展合成生物学技术,鼓励研发“人造”新型食品。

在这两个政策推动,以及申报企业多年来已经做好了充分的准备,今年2’-FL被批准的概率很高。接下来,还会有更多的HMOs成分如乳糖-N-新四糖、3-岩藻糖基乳糖、6’-唾液酸乳糖等会被陆续受理、审批。
中国香港、中国台湾地区早先已经通过了2'-FL的监管许可。
2021年,中国台湾地区批准2'-FL可应用在婴儿配方食品、较大婴儿配方辅助食品以及7岁以下儿童乳粉或类似产品中,最大使用量1.2克/升,同时还规定了2'-FL的相关生产标准。
众多HMOs成分被批准为新型食品(国外篇)
欧盟
欧盟对HMOs 中的2'-FL持开放态度,从2015年开始通过了多款HMOs系列成分的安全性评估。
★ 2015年,欧洲议会和理事会关于新型食品法规(EU)2015/2283建立的新型食品清单,2'-岩藻糖基乳糖已被批准作为新食品原料(Novel Food),包括合成法来源、转基因大肠杆菌BL21菌株生产来源和转基因大肠杆菌K-12菌株生产来源。
★ 2019年11月,欧盟批准2’-岩藻糖基乳糖/二岩藻糖乳糖混合物作为新型食品投放市场。
★ 2022年更是加速HMOs多款成分作为新型食品的安全评估。

表4:2'-FL、LNnT等在欧盟的监管许可情况信息

信息来源:EFSA官网

制图:植提桥

目前欧盟已经批准了2'-岩藻糖基乳糖、乳糖-N-新四糖、乳糖-N-四糖,3'-唾液酸乳糖钠盐和6'-唾液酸乳糖钠盐等作为新型食品的身份,这些成分均可应用于婴幼儿奶粉和食品补充剂中。
美国
截至2023年2月,美国FDA官网已有15款HMOs系列成分,如2'-FL、6'-唾液乳糖钠盐(6'-Sialyllactose Sodium Salt)和3'-唾液乳糖钠盐(3'-Sialyllactose Sodium Salt)(单一成分或混合产品)等,经美国食品药品监督管理局(FDA)批准作为“一般公认安全”(GRAS)物质。
使用范围包括:婴幼儿配方奶粉以及烘焙食品、乳制品、饮料等普通食品类别。

表5:通过美国GRAS的HMOs系列成分汇总

信息来源:美国FDA官网
制图:植提桥
2015年9月由Glycom A/S公司进行化学合成的两种HMOs——2’-FL和乳糖-N-新四糖(LNnT),作为婴幼儿配方奶粉中的新型添加剂在美国获得第一批监管批准(并于2016年11月批准其微生物发酵产品)。
2016年,美国FDA批准了2 -FL和LNnt作为食品添加剂添加到食品中,规定了这两种添加剂的最大添加量、适用范围等。
2022年9月1日美国USP《食品化学法典》(FCC)发布了母乳低聚糖 HMO 2'-藻糖基乳糖的各论和USP标准:
● 描述:2'-岩藻糖基乳糖呈白色至灰白色粉末或聚结物。它是利用基因工程微生物发酵生产的。发酵后,将2'-岩藻糖基乳糖纯化、浓缩、干燥或结晶以生产商业成分。2'-岩藻糖基乳糖是一种三糖,由半乳糖、葡萄糖和岩藻糖各一分子组成,易溶于水。
● 功能:2'-岩藻糖基乳糖来源、益生元
● 含量: 采用HPLC-RI方法和相应的标准物质,外标法测定,结果不小于82%,以干计。2'-岩藻糖基乳糖+L-岩藻糖+D-乳糖+3,2'-二岩藻糖-D-乳糖的含量总和不小于92%。
澳新
澳大利亚新西兰食品标准局(FSANZ)于2019年12月首次批准了转基因微生物发酵产生的2'-FL和LNnT在婴儿配方食品和幼儿配方补充食品中的应用。
● 2021年11月8日,FSANZ对通过转基因大肠杆菌(E.co.coli)菌株发酵生产的2'-FL用于婴儿配方食品、较大婴儿配方食品和幼儿配方补充食品的应用申请发布批准报告。
● 2022年5月6日,澳新食品标准局发布了199-22号通知(批准A1233号申请),允许在婴儿配方食品中使用源自大肠杆菌K-12的2'-岩藻糖基乳糖(2'-FL),并规定了最大添加量为2.4 g/L(即粉末或液体形式)。
同时规定对产品标签的文字使用做了明确要求:添加2'-FL的产品标签禁止使用“母乳相同寡糖”或“母乳寡糖”以及“HMO”、“HiMO”或任何具有相同或相似含义的用语或缩写。
总体来说,国外的HMOs发展较早,且已经广泛用于婴幼儿乳粉、食品补充剂中。除了上面提到的国家和地区,新加坡、马来西亚、越南等国家也先后通过了2'-FL等的监管许可,开始投放到终端产品市场。
#03

全球主流供应商已分天下

全球范围内HMOs在2017年就已经规模化生产,当时行业内涌现了一批合成生物初创公司,之后大多数初创公司又被巨头收购,目前全球HMOs主流的原料供应商,包括Glycosyn、Elicityl SA、丹麦Glycom、InbioseNV、德国JenneweinBiotechnologie GmbH、ProZyme、菲仕兰、德国巴斯夫BASF等。
近几年,收购、合并,扩大规模和创立基地等行业大事件轮番在这些企业中上演。
海外巨头们的布局
★ 荷兰皇家帝斯曼集团(DSM)2020年收购丹麦生物技术公司Glycom,Glycom推出的GlyCare™ 2'-FL原料可应用于婴儿配方奶粉、婴儿和儿童营养和补充剂产品中。且2022年11月DSM母乳低聚糖(HMO)2’FL)在加拿大获批,可用于1至3岁的婴幼儿配方奶粉和营养补充剂。
★ 科汉森2020年收购德国Jennewein公司,开启科汉森HMOs市场新时代。JenneweinBiotechnologie GmbH是全球HMOs主要供应商之一,拥有6个商业化HMOs产品外,在全球有超200项专利授予。而且2022年6月,澳新食品标准局(FSANZ)批准了科汉森公司生产的母乳低聚糖2’-FL作为婴儿配方奶粉原料。
★ 巴斯夫2'-FL原料已经获得欧盟新资源食品认证,现正推动全球其它重要市场的监管批准。
★ 菲仕兰公司Aequival 2'-FL成分用于婴儿配方奶粉,目前已经被澳新食品标准局批准。
国内企业陆续进入
▲恒鲁生物是国内HMOs生产商代表,已经有两个品种的HMOs在国家卫健委的申报。2023.2.10恒鲁生物向国家卫健委提报LNTⅡ生产菌株的审批申请,开启了HMOs族群中核心糖(乳糖-N-三糖)生产菌株的国内安全性评估,且计划2023年6月前完成LNnT(乳糖-N-新四糖)的量产。
▲一兮生物2020年成功合成了HMOs中的2'-FL。在2022年11月,其HMOs顺利进入了正式生产阶段,在2023年或将在产能和应用方面全面开花。
▲嘉必优计划商业化生产3’-SL和2’-FL两个HMO单体。
▲芝诺科技除了研发HMOs中2’-FL,还开发其他的低聚糖。
▲量子高科,2022年被英国泰莱集团(Tate&Lyle)全资收购,量子高科专注微生态营养领域,在酶工程、微生物发酵技术上拥有绝对优势。
在国内,合成生物作为一项新兴的技术,自主开发的HMO,从生产到终端消费应用仍是一个空白的市场,另外,在政策和资本的推动下,会吸引更多企业加速布局这个产业。
#04

奶粉“新贵”母乳低聚糖

法规原因,国内自产的配方奶粉还不允许添加HMO成分,但在淘宝上搜索HMOs奶粉,提升免疫力是HMOs奶粉的热点方向。
2022年天猫国际《全球母婴行业新品趋势报告》数据显示,在过去五年中含有HMOs成分的婴幼儿配方奶粉新品数量增长了207%,产品多为外资品牌,根据跨境销售数据显示,HMOs奶粉2020年增长率高达360%。
长期研究发现,补充HMOs及复合物,对婴幼儿、成年人或特殊病患群体调节肠道菌群失衡、肠道功能不畅,促进肠道和身体健康有很大作用。
《全球母乳喂养数据》2017年数据显示,全球仅有40%的6个月龄以下儿童获得纯母乳喂养。此外,仅有23个国家的纯母乳喂养率高于60%,我国的母乳喂养率也是低于全球水平。信达证券测算,以HMOs 400元/公斤和母乳中1.4%的含量为假设计算,若全球婴配粉中均添加足量HMOs,市场规模为742亿元,中国婴配粉市场中HMO的市场规模为297亿元。

图:雅培心美力
图源:雅培海外京东自营店
雅培心美力HMO,添加了5种母乳低聚糖HMO,如2’-FL、3’-FL、3’-SL、6’-SL及LNT,且第2,3,4段配方奶粉都添加了益生菌、益生元,升级配方,采用革新发酵工艺生产而来。

图:雀巢能恩
图源:京东雀巢海外自营店
雀巢能恩全护5HMO+益生菌水解蛋白婴幼儿奶粉,添加了5种母乳低聚糖HMO,1种活性益生菌Bb-12,Phf-W乳清蛋白,采用100%低敏小分子成分。
目前市场上的HMOs乳粉,集中以国际大品牌出品,如惠氏启赋、荷仕兰、雅培、美素佳儿、海普诺凯1897、爱他美、合生元等,均推出了不同添加成分的HMOs奶粉,整体呈高端化配方升级的趋势。
#05

小结

当前在国内,HMOs的合法化审批通道已放开,2023年生物合成来源的母乳低聚糖或将迎来新的突破,以此作为里程碑,后期推动HMOs更多成分的持续申报与合法化进程。
目前在国际领域有食品原料身份的HMOs成分,如:2'-岩藻糖基乳糖(2'-FL)、3-岩藻糖基乳糖(3-FL)、乳糖-N-新四糖(LNnT)、3'-唾液乳糖(3'-SL)和6'-唾液乳糖(6'-SL)等,这些原料同样都会在国内陆续合法化推进。
市场上越来越多的HMOs新成分出现,消费者也会很快了解到它的价值,等更多的HMOs在国内合法化以后,它们将会被广泛添加在婴幼儿配方奶粉及其他食品中,未来发展空间会很大。

参考文献:

1、国家卫健委官网

2、EBH母婴时代,HMO国内应用相对严谨,深度价值还需探索,2022.8.9

3、科普|食品添加剂新品种征求意见之2'-岩藻糖基乳糖,特殊食品与添加剂,2021.11.08

4、欧美广泛应用的2'-岩藻糖基乳糖(2'-FL),有望成为国内下一个热点婴幼儿5、食品原料,植提桥,2021.8.26

6、《乳业科学与技术》:2’-岩藻糖基乳糖生物合成专利技术研究进展,乳业科学与技术,2021

7、新食品原料标准生效 | 2'-岩藻糖基乳糖,美药典USP,20221205

8、母乳低聚糖(HMOs)中的2'-岩藻糖基乳糖(2’-FL)在中国何时迎来批准的9、“春天”?CIRS食品合规互动,2022

10、澳新批准转基因大肠杆菌K-12生产的2’-FL用于婴儿配方食品,明确禁用“HMO”字样,恒鲁生物,20220513


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