作为平台分子的萜烯与萜类化合物

01概述与价值链

标记：[EC：REACH与食品香料监管（EU 1334/2008）| OECD：工业生物技术 | 监管机构：FDA（美国）、EFSA（欧盟）、REACH（欧盟）]

萜烯与萜类化合物——由五碳异戊烯基焦磷酸（IPP）与二甲基烯丙基焦磷酸（DMAPP）单元构建而成的类异戊二烯分子——正从植物提取与石化合成转向精密发酵，成为涵盖化妆品、香精香料、制药与燃料添加剂的平台化学品类别。Amyris率先实现了这一转变的规模化：其Biofene发酵平台利用工程化酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）将甘蔗来源的蔗糖转化为反式-β-法尼烯，随后经氢化与二聚化制成Neossance角鲨烷——这是一款获得美国农业部100%生物基认证及Ecocert认可的化妆品润肤剂，截至2025年底估计占据全球高纯度角鲨烷市场约40%的份额，产自其位于巴西的Barra Bonita工厂的四条独立发酵生产线。Manus Bio拥有将缬草烯等倍半萜转化为诺卡酮等含氧衍生物的专利酶技术（工程化细胞色素P450与SrKO氧化酶变体）。在欧洲，Evolva与Isobionics（已被巴斯夫收购）均实现了食品级纯度缬草烯的商业化生产——Isobionics以Valencene Pure品牌运营，自2020年起获得日本监管认可；Evolva则达到高达94%的纯度，符合欧盟香料规定——而Givaudan仍持续推出新的香料前体分子（Scentaurus PolyDoux，2026年2月），并保持其长期的萜烯衍生成分产品线。相比之下，中国目前主要是天然提取萜烯原料（柑橘加工副产物d-柠檬烯、松节油衍生物）的出口方，而非已获证实的、达到美欧同等规模的精密发酵平台。

作为平台分子的萜烯与萜类化合物的关键方向：

1. 甲羟戊酸（MVA）途径工程： 重新改造酵母天然的类异戊二烯途径——尤其是去除膜锚定结构域的截短型HMG-CoA还原酶（tHMGR），加上乙酰辅酶A与FPP合酶基因的额外拷贝——以最大化流向目标萜烯的代谢通量。
2. 萜烯合酶与氧化酶工程： 引入特定的合酶（柠檬烯合酶、法尼烯合酶）或氧化酶（SrKO类缬草烯氧化酶），将通用的异戊烯基焦磷酸前体转化为目标单萜、倍半萜或含氧衍生物。
3. 原位产物截留（ISPS）： 在发酵过程中持续将萜烯萃取至生物相容的有机相中，因为萜烯在水相浓度超过约1-2克/升时对宿主细胞膜具有毒性。
4. 催化下游转化： 对发酵获得的萜烯前体进行氢化或二聚化（例如将法尼烯转化为角鲨烷），以获得最终商业分子。

行业价值链

[糖类/脂质原料] ──> [发酵（MVA/MEP途径）] ──> [原位萃取与分离] ──> [催化精炼]
                                                                                  │
                                                                        （蒸馏／氢化）
                                                                                  │
                                                                                  ▼
[B2B放行：化妆品、香精香料、燃料] <─── [QA/QC与合规（REACH、ASTM D6866）] <─── [纯化]

价值链层级

该行业的跨领域技术：

• 截短型HMG-CoA还原酶（tHMGR）途径工程： 去除甲羟戊酸途径限速酶的膜锚定结构域，使其在高拷贝数下保持可溶且活性稳定——这是Amyris的Biofene平台背后的标准酵母工程手段。
• 萜烯合酶/氧化酶工程： 引入特定合酶（将GPP转化为柠檬烯的柠檬烯合酶）或工程化P450/SrKO类氧化酶（将缬草烯转化为诺卡酮），以获得精确的目标分子。
• 原位产物截留： 发酵过程中加入的有机溶剂覆盖层，持续将萜烯从有毒水相中移除——这是解决萜烯在超过约1-2克/升时膜毒性问题的标准方案。

02美国

美国拥有该平台规模最大的商业化生产商（Amyris），同时也是开发下一代含氧萜类化合物的酶工程专业公司的聚集地。

Amyris角鲨烷规模化发酵、Manus Bio氧化酶工程诺卡酮、2024年后向B2B转型

• Amyris： 其Biofene发酵平台利用工程化酿酒酵母将巴西甘蔗蔗糖转化为反式-β-法尼烯，随后氢化并二聚化为Neossance角鲨烷，截至2025年底估计占据全球高纯度角鲨烷市场约40%的份额，产自巴西Barra Bonita工厂的四条发酵生产线；公司于2024年完成第11章破产重组，转向为包括Givaudan与帝斯曼芬美意在内的合作伙伴提供B2B成分供应。
• Manus Bio： 拥有专利技术（2024-2026年间申请并获批），利用工程化细胞色素P450与SrKO类氧化酶（在细菌或酵母宿主细胞中表达）将缬草烯转化为诺卡酮、诺卡醇等含氧倍半萜。
• 监管背景： 美国FDA的GRAS（公认安全）路径仍是美国生产的萜烯用于食品、化妆品及香料应用的标准上市途径。

03中国

中国的萜烯行业仍以天然提取与原料出口为核心，尚未出现可与美欧同行相媲美、经证实达到规模化的精密发酵平台。

天然原料出口基础、面向出口商的REACH合规导向、尚无独立证实的发酵规模生产商

• 天然原料基础： 中国仍是全球天然提取萜烯原料的主要来源地——柑橘加工副产物d-柠檬烯与松科植物来源的松节油馏分——为下游香精香料、溶剂及特种化学品生产商提供原料。
• 出口合规导向： 向欧盟出口萜烯衍生化学品的中国出口商在REACH注册框架下运营，并日益寻求类似ISCC PLUS的可持续性认证，以满足买家要求。
• 发酵平台缺口： 与美国和欧盟不同，未能通过2026年现场信息源独立证实存在达到Amyris、Evolva或Isobionics同等规模的中国精密发酵萜烯生产商——该领域的建设进度落后于其天然提取的原料基础。

04欧盟

欧洲拥有两家独立的商业化缬草烯发酵生产商，以及一家持续推出新型萜烯相关成分的领先香精香料公司。

Isobionics/巴斯夫与Evolva的食品级缬草烯、Givaudan 2026年新香料前体推出、符合欧盟香料监管

• Isobionics（巴斯夫）： 以Valencene Pure品牌实现食品级纯度缬草烯的发酵商业化生产，自2020年起获得日本监管认可，并在巴斯夫旗下持续扩大生产规模。
• Evolva： 生产纯度高达94%的发酵法缬草烯，符合欧盟香料成分法规（EU 1334/2008）在食品及饮料应用中的要求。
• Givaudan： 于2026年2月推出Scentaurus PolyDoux——其香料前体产品系列的最新成员，并持续在2026年in-cosmetics Global展会上展示Active Beauty成分创新——这是其长期萜烯衍生成分产品线（广藿香醇、龙涎酮类分子）的一部分，与Amyris等合作伙伴并行。

05领先企业与研究机构

06技术栈与创新

萜烯平台技术栈将类异戊二烯途径工程与下游萃取及催化转化相结合，以获得特定的商业分子：

1. 甲羟戊酸途径工程（tHMGR）：
   • 截短HMG-CoA还原酶以去除其膜锚定结构域，使甲羟戊酸途径的限速酶在高表达水平下保持可溶且稳定——这是Amyris的Biofene等规模化酵母萜烯平台背后的核心工程手段。
2. 萜烯合酶与氧化酶工程：
   • 引入特定的末端酶——将通用异戊烯基焦磷酸前体转化为目标萜烯的合酶，或（如Manus Bio所用）将一种萜烯转化为诺卡酮等含氧衍生物的SrKO类氧化酶——决定了给定工程菌株最终产出的具体分子。
3. 原位产物截留（ISPS）：
   • 由于萜烯在水相浓度超过约1-2克/升时会对宿主细胞膜产生毒性，发酵罐中会持续加入有机溶剂相，随萜烯生成同步将其萃取出来，从而实现远高于其他方式所能达到的整体产率。

07价值链与生产管线

由反式-β-法尼烯生产发酵法角鲨烷的产业管线

┌───────────────────────────┐      ┌───────────────────────────┐
│ 1. 好氧补料分批式          │ ───> │ 2. 法尼烯原位萃取           │
│    酵母发酵                  │      │    （ISPS）                  │
└───────────────────────────┘      └───────────────────────────┘
                                                 │
                                                 ▼
┌───────────────────────────┐      ┌───────────────────────────┐
│ 4. 真空蒸馏至               │ <─── │ 3. 相分离与                 │
│    高纯度法尼烯              │      │    粗油回收                  │
└───────────────────────────┘      └───────────────────────────┘
              │
              ▼
┌───────────────────────────┐      ┌───────────────────────────┐
│ 5. 催化氢化制得             │ ───> │ 6. 过滤、QA/QC与           │
│    角鲨烷                     │      │    B2B放行                   │
└───────────────────────────┘      └───────────────────────────┘

阶段1：好氧补料分批式酵母发酵

携带截短型HMG-CoA还原酶及过表达法尼烯合酶的工程化酿酒酵母，以补料分批模式在甘蔗来源蔗糖上培养，随发酵进行分泌反式-β-法尼烯。

阶段2：法尼烯原位萃取（ISPS）

生物相容的有机溶剂相被持续引入发酵罐，将分泌的法尼烯从有毒水相中分配出来，随着滴度上升保护酵母免受膜损伤。

阶段3：相分离与粗油回收

发酵液经离心分离设备处理，分离为酵母生物质组分、水相组分与粗法尼烯油相，随后洗涤以去除残留的细胞培养固形物。

阶段4：真空蒸馏至高纯度法尼烯

粗油经真空蒸馏以脱除残留脂肪酸与酵母代谢物，得到满足后续催化转化所需高纯度的反式-β-法尼烯。

阶段5：催化氢化制得角鲨烷

纯化后的法尼烯在加压氢气下经金属催化剂氢化并二聚化，使其双键饱和，生成稳定的完全饱和角鲨烷（C30H62）。

阶段6：过滤、QA/QC与B2B放行

产品经过滤去除残留催化剂，通过气相色谱-质谱分析确认纯度与生物碳含量，包装后依据长期B2B供应协议发货给化妆品及制药生产商。