聪明的气味

香水和香精(F&F)行业有着悠久的保密历史。经过多年的秘密工作，利用工程微生物生产的商用F&F分子正在慢慢进入市场。第一类化学品是主要的香料如广藿香，柚子的特色化合物诺卡酮，这是食品和食品行业的最爱。

2014年，瑞士芬美意公司推出了一种名为Clearwood的广藿香物质，这是第一种利用其生物技术平台生产的物质。虽然保密，但这一过程本质上是用酵母发酵糖，以产生广藿香合成酶。今年，芬美意利用一项“突破性”的生物技术工艺，更新了一种名为Ambrox的麝香香水，这种香水首次合成于20世纪50年代，是作为龙涎香的替代品，龙涎香是抹香鲸排泄的一种蜡状物质。

Ambrox由巩膜醇合成，巩膜醇是一种从鼠尾草花和叶中分离出来的二萜。几年前，芬美意的研究人员在基因工程中重建生物合成途径之前，描述了负责巩膜醇生物合成的酶大肠杆菌细菌。在发酵过程中使用这种酶的结果是今年推出的新型Ambrox Super，号称具有强烈的琥珀气味，带有“麝香和木质调性”。

其他一些食品和食品公司正致力于利用微生物生产诺卡酮，这是一种明显的柑橘分子。这种化学物质可以直接从葡萄柚或某些雪松树中提取。或者，它可以通过氧化橙子中另一种叫做瓦伦烯的风味成分来生产。

糖开关

替代路线生产诺卡酮的商业案例是明确的。通过氧化瓦伦丁生成的诺卡酮每公斤售价约为2000美元(1500英镑)，而从葡萄柚油中提取的诺卡酮每公斤售价高达4000美元。生产1公斤的诺卡酮需要大约40万公斤的葡萄柚，而生产100多万公斤的橙子只需要1公斤的瓦伦烯。

瑞士合成生物公司Evolva使用改良的面包酵母发酵糖来生产瓦伦烯，然后将其转化为诺卡酮。Evolva于2015年8月推出诺卡酮作为F&F成分，使用了其收购美国酵母发酵公司Allylix的生产工艺。

我们有一个六层楼高的大发酵罐。我们把发酵罐装满水和糖，然后加入我们的微生物

荷兰公司Isobionics也发酵糖来生产瓦伦烯，这次是使用Rhodobacter配有价烯合酶的。Isobionics首席执行官托因·詹森(Toine Janssen)表示，该公司通过氧化瓦伦烯来生产诺卡酮，但很快将引入一种非化学的“专有自动氧化工艺”来生产“天然”产品。

发酵过程就像酿造啤酒。我们有一个很大的100米^3.发酵罐，六层楼高。我们把发酵罐装满水和糖，然后加入我们的微生物，”詹森解释道。发酵之后，蒸馏过程收集所需的F&F分子。细菌随后被消灭，主要是为了让竞争对手无法收获和复制它们，而含糖的柑橘色肉汤则被用于农业用途。

Janssen说，与合成化学或自然提取相比，生物技术的F&F方法有几个优点。由于Isobionics生产自己的价烯，它不依赖于收成，不使用农药，也不受近年来影响橙子产量和价烯产量的绿化病的影响。Janssen补充说，合成酶也会产生一系列相关的化合物，就像在自然界中发生的那样。

Rhodobacter杨森说，这种物质最初是在湖泊环境中分离出来的，自然会产生“各种类异戊二烯”。“我们放入合成酶，然后发酵我们想要的东西。”For example, by switching to a patchoulol synthase enzyme, Isobionics also ferments patchouli fragrance. The patchoulol synthase produces five patchouli compounds, including patchoulol, in similar ratios to those made naturally.

这种细菌使用两种同时的生物合成途径来生产类异戊二烯。“我们有唯一一种具有双重途径的微生物——这就是为什么我们可以把更多的糖带到合成酶中，这就是为什么我们最终有更高的产量和更低的价格，”Janssen说。

他解释说，商业上成功的生产过程的关键在于为合成酶提供尽可能多的碳原子。为了做到这一点，异生化团队对细菌进行了调整，减少了一些同样使用碳原子的副过程。他们目前正在研究大约40个F&F分子，尽管Rhodobacter可以提供大约3000种产品，詹森说。

Isobionics于2008年从特种化学品公司帝斯曼剥离出来，最初充分利用了该公司的研发设施。它现在有自己的研发设施，但两家公司仍然保持密切关系，2014年DSM与Isobionics建立了独家合作伙伴关系，分销瓦伦烯和诺卡酮。

收集P450

在英国，牛津生物运输公司也计划推出“天然级诺卡酮”作为其第一款商业产品。牛津大学的这款衍生产品是基于化学家Luet Lok Wong开发的技术。牛津生物转化公司的首席执行官杰森·金说，在所有可能的产品中，诺卡酮具有“最好的商业案例”。他透露，下一个候选产品虽然尚未公开，但将在2016年底左右进入试点规模。

牛津生物转化公司目前以“小规模商业规模”从瓦伦烯中生产诺卡酮，并正在与英国De Monchy Aromatics公司合作进行商业化。在欧盟，该产品被归类为天然产品，涉及从瓦伦烯中产生酶。

该技术是围绕基因工程细胞色素P450酶构建的，该酶是超过21000个单加氧酶家族的一部分，通过插入氧原子来催化碳-氢键的激活。酶在植物、动物和细菌中起着至关重要的作用。例如，在人体中，细胞色素P450酶有助于肝脏中有毒化合物的代谢。在植物中，许多酶参与产生防御化学物质。

牛津大学生物转化研究小组从一种细菌中对P450进行了基因改造，这种细菌在许多栖息地都有发现芽孢杆菌megaterium．一种经工程改造的大肠杆菌用来生产酶。瓦伦烯和酶与水混合生成诺卡酮，从混合物中蒸馏出来。

金说，生产过程“相对简单”。我们不需要高压，不需要高温，也不需要挥发性有机溶剂。它是在室温和环境压力下的水中进行的。”Despite the apparent simplicity, the team had to ‘do a lot of learning to make it work’, he adds.

牛津生物运输公司拥有大量p450专利，在开发潜在新产品时可以对这些专利进行筛选。“这是我们艺术的一部分，”金说。“你如何设计突变体?”你需要替换哪些氨基酸来获得你想要的功能?”

首先，根据底物筛选突变P450s在体外看看目标化学物质是否合成了。“我们了解哪些是最合适的，然后再进行筛选，收集知识来创造新的突变体。”这是抽签的运气。你可能在第一次筛选时就得到一种非常好的酶，或者可能需要几个月的时间来设计略有不同的突变体来获得功能，”金说。

说到底，产品价格是至关重要的。他说:“看看我们现在生产的一些产品，我们正在使用一些相当便宜的天然基质，并使用P450将它们变成一些相当昂贵的天然风味产品。”

2016年3月，牛津生物转运公司在阿宾顿的米尔顿公园开设了一个新实验室。金表示，在员工不足20人的情况下，组建开发这项技术所需的混合科学家团队是一项相当大的挑战。他说:“有一个很大的生物学方面和一个很大的化学方面，所以我需要分子生物学家、微生物学家、生物化学家、酶学家、发现化学家、开发化学家、化学工程师和分析科学家。”“外包很棒，但拥有自己的团队也很棒，自从我们拥有自己的实验室以来，我们在九个月里取得了很多进展。”实验室里气氛很好，”金说。

酶在一起

金还是牛津大学酶项目的工业顾问委员会成员HydRegen．在凯莉·文森特(Kylie Vincent)的带领下，该团队在2013年的万博代理英国皇家化学学会(Royal Society of Chemistry)新兴技术竞赛中，凭借将酶安装在石墨珠上的氢项目(HydRegen)赢得了冠军。第一种酶将氢气分解成两个质子和两个电子。第二种酶利用这些电子将NAD+还原为NADH。NADH可以被第三种酶使用，它催化所需的化学转化。在自然系统中，细胞色素P450酶与小分子辅因子协同工作，如烟酰胺腺嘌呤二核苷酸的氧化还原偶联，NAD+/NADH。

HydRegen的项目经理霍利·里夫(Holly Reeve)解释说:“我们支持的这种酶用于香味和调味领域。”像P450这样的酶是第三步，NADH提供电子来还原氧气。

HydRegen团队刚刚获得了五年的研究资金，用于将这项技术推向市场。里夫说:“项目的一部分涉及到我们自己的定位，无论是在制药领域还是在食品和食品领域。”该团队还必须研究如何在更大范围内生产酶。“生物技术将对食品和食品行业产生巨大的影响，我们只是在寻找一种更好的方法来实现酶，”里夫说。

多功能分子

作为Evolva的首席执行官，尼尔•戈德史密斯(Neil Goldsmith)一直在寻找具有额外功能的F&F分子。澳门万博公司他说:“有趣的是，有些分子的用途不仅仅是调味和香料。”诺卡酮就是一个很好的例子，它被证明有击退和杀死蜱虫和蚊子的能力。它是一种“实质性的”F&F成分，在皮肤和布料上持续很长一段时间，这有助于它的有用性。

2016年4月，Evolva与美国疾病控制和预防中心签署了一项许可协议，授予其独家专利权，开发和商业化nootkatone作为控制蜱虫和蚊子的方法。然后，在7月，美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)下属的美国国家过敏和传染病研究所(National Institute of Allergy and Infectious Diseases)开始赞助研究，测试Evolva的诺卡酮对感染寨卡病毒的蚊子的抑制作用。这项研究将评估多种配方中的诺卡酮对携带病毒的野生型和抗杀虫剂蚊子的抗性。

生物技术将对香料行业产生巨大影响

目前诺卡酮的价格使它在防治昆虫方面过于昂贵。他说，杀灭蚊子的成本需要降低。传统能源无法达到这一目标，但通过降低价格，我们可以将其应用于其他领域，”戈德史密斯说。

他说:“一旦你有了一种你知道如何制作的东西，如果你能找到它的新特性，就会变得非常有趣。”在转换到实验室屏幕之前，对新属性的搜索从硅片开始。

由于在2014年收购了专注于计算的生物技术公司Prosarix, Evolva已经定制了计算机模型以及包含大约50万种自然产品信息的图书馆。在被收购之前，总部位于英国剑桥的prosarx已经与Evolva合作了几年。“我们一起开发了很多工具，特别是用于观察天然产物。当我们有了一个分子，我们可以让它与一系列目标进行比对，看看它是否击中了任何东西在网上这看起来可能很有趣，”戈德史密斯说。例如，与能量摄取或代谢相关的细胞目标可能指向可能的营养相关用途。

戈德史密斯指出，“自然界中有数百万个分子，其中大多数我们根本不用。”他最喜欢的例子之一与有趣的防晒剂有关——类真菌菌素氨基酸——天然存在于珊瑚中。“你不可能养殖珊瑚。制造它们的生物不能用于工业生产。如果我们能找到在酵母中制造它们的方法，那么你就有了新的天然防晒霜。他说，有了生物技术，整个世界都是他的。

艾玛·戴维斯(Emma Davies)是一名科学作家，居住在英国Bishop 's Stortford