核心结论：齐墩果酸、熊果酸、人参皂苷与积雪草苷同属由角鲨烯衍生而来的五环三萜类活性物，共用同一条骨架合成主干，差异发生在骨架之后的氧化与糖基化修饰。据 2025 年《合成生物学》期刊综述，五环三萜已在酿酒酵母细胞工厂中实现克级供给——齐墩果酸在 100 L 生物反应器中达到 4.07 g/L，熊果酸达到 2.33 g/L，人参皂苷 CK 达到 5 g/L。这意味着过去高度依赖植物提取、天然含量常处于万分级的三萜类抗衰原料，正在具备按需放大的工程化供给条件。
对品牌方与配方师而言，判断这类原料能否落地，关键已不再是"有没有菌株"，而是三条能力是否闭环：骨架通路的代谢通量能否稳定支撑产量，下游分离纯化能否把成本压到商业可接受，以及放大之后批次一致性是否可交付。本文以齐墩果酸为主线，拆解三萜类原料的合成主干、使能技术，以及它从摇瓶走向百升级反应器的真实路径。
图 1 酿酒酵母既可提供自身代谢物（海藻糖、β-葡聚糖、氨基酸、蛋白等），也可通过外源基因导入合成非天然产物，两类物质共同构成化妆品活性成分来源。图源：左一萌等，《合成生物学》2025，6（2）：233-253。
一、抗衰赛道为什么盯上了五环三萜
三萜是一类由 30 个碳原子构成骨架的天然化合物，在化妆品中被关注的核心成员包括齐墩果酸（oleanolic acid，OA）、熊果酸（ursolic acid，UA）、人参皂苷与积雪草苷。文献对其作用方向有明确归纳：齐墩果酸可改善真皮胶原蛋白、增加皮肤弹性，在化妆品中定位为紧致抗衰方向；熊果酸以镇静、抗氧化方向见长；人参皂苷能提高角质层含水量、降低皮肤水分散失值、减少面部皱纹，在化妆品中用于美白抗皱；积雪草苷作为润肤剂，常用于改善皮肤泛红、不适与修护类配方。四者的作用场景高度集中在抗衰、紧致、修护三大板块，这正是近两年功效护肤竞争最激烈的位置。
但三萜的天然供给一直很紧张。齐墩果酸与熊果酸互为同分异构体，分子式同为 C30H48O3，在橄榄、迷迭香、苹果皮等植物中常以结构类似物共存，提取后需要多轮分离才能拿到高纯度单体；人参皂苷在人参中的含量随参龄、产地与炮制方式大幅波动；积雪草苷更是痕量成分。产地、季节、采收年限的天然差异，直接传导为原料批次的成分差异，这对追求功效可复现的功效护肤产品并不友好。
更现实的一层是纯度。三萜类活性物在植物提取物中通常与同分异构体、糖苷、色素共存，配方端拿到的是"混合物"，很难围绕单一分子建立清晰的剂量—功效关系。细胞工厂路线之所以被寄予期待，正是因为它把供给对象从"某一种植物的提取物"切换为"某一种结构明确的分子"，让配方端第一次可以像对待合成单体一样，讨论含量、杂质谱和批次一致性。
二、三萜骨架的合成主干：两个分支点决定产物
理解三萜的发酵路线，只需要抓住两个分支点。酿酒酵母以葡萄糖为起点，经糖酵解生成乙酰辅酶 A，进入甲羟戊酸（MVA）途径生成异戊烯基焦磷酸（IPP）与二甲基烯丙基焦磷酸（DMAPP），二者缩合逐步延长碳链至法尼基焦磷酸（FPP，C15）。第一个分支点就在 FPP：一路由红没药醇合酶（BBS）等催化生成倍半萜，另一路由角鲨烯合酶（ERG9）催化两分子 FPP 缩合成角鲨烯（C30），完成从倍半萜向三萜的碳数跃迁。角鲨烯随后经角鲨烯环氧酶（ERG1）氧化为 2,3-氧化角鲨烯。
第二个分支点发生在 2,3-氧化角鲨烯之后，也正是齐墩果酸与熊果酸的分水岭：经 β-香树脂醇合酶（βAS）环化得到 β-香树脂醇，再由齐墩果酸合酶（OAS）催化生成齐墩果酸；另一支经 α-香树脂醇合酶（αAS）得到 α-香树脂醇，再经细胞色素 P450 酶（CYP450）与细胞色素 P450 还原酶（CPR）协同氧化生成熊果酸。人参皂苷与积雪草苷则是在这条三萜骨架上继续接入糖基，由各类糖基转移酶（UGT）完成最后的修饰步骤。
图 2 酿酒酵母萜类活性物合成途径：绿色模块为单萜、黄色模块为倍半萜、蓝色模块为三萜。三萜模块中，角鲨烯经 ERG1、βAS／OAS 或 αAS／CYP450-CPR 分别通向齐墩果酸与熊果酸。图源：左一萌等，《合成生物学》2025，6（2）：233-253。
这条主干图对配方端有一个直接价值：它把"三萜类原料"从模糊的概念拆成了可核对的技术坐标。看到一款标注三萜来源的发酵原料时，可以顺着主干追问三个问题——它指向的是骨架产物还是糖基化产物，对应的关键酶是哪些，最终交付的是单体还是含骨架衍生物的混合体系。问清这三点，比比较总三萜含量更能判断原料的实际技术含量。
三、使能技术：让"能合成"变成"能放大"
通路搭通只是起点。外源基因导入后，产量往往停留在毫克级，真正的工程工作量集中在四类使能技术上。
第一类是多拷贝整合。把限速酶基因在染色体上做多拷贝，是提升通量最直接的手段。酿酒酵母基因组中天然存在两类高拷贝整合位点：Ty 反转录转座子的 δ 序列（约 400 个散布于染色体）与核糖体 DNA（rDNA，拷贝数从 100 到 1000）。文献报道，咖啡酸生产菌株在引入 δ 序列多拷贝整合、构建 19 拷贝菌株后，产量较初始菌株提升约 50 倍；白藜芦醇途径通过 rDNA 介导的多拷贝整合（关键酶拷贝数分别提升至 8.43、8.64 和 11.16）结合补料分批发酵，产量提升约 36 倍。
第二类是区室化工程。酿酒酵母细胞内存在线粒体、过氧化物酶体、内质网、脂滴、液泡等多个细胞器。把长途径的不同模块分布到不同细胞器，可以提高底物与酶的局部浓度，同时把中间产物对细胞的负担隔离在局部。这一策略在三萜方向已有直接成果：将原人参萜二醇合酶（PPDS）靶向定位到脂滴后，底物转化效率提高了 394%，人参皂苷 CK 滴度达到 5 g/L；在过氧化物酶体中合成角鲨烯、并杂交构建细胞质与过氧化物酶体双重代谢菌株后，角鲨烯滴度达到 11.0 g/L；通过敲除磷脂酸磷酸酶（PAH1）促使内质网扩增，则促进三萜类与三萜皂苷的积累。
第三类是转运工程。三萜类分子在胞内大量积累会造成细胞负担，把产物转运到胞外是另一种释放产能的方式。过表达内源 ABC 转运蛋白 PDR15 后，α-红没药醇的胞外产量提高了 138.9%；在维生素 E 相关研究中，PDR11 与 YOL075C 的过表达使胞外生育三烯酚分别增加 1.34 倍和 1.36 倍。相比只盯着细胞内滴度，转运工程让"胞外可回收量"成为新的优化目标，这对下游提取同样友好。
第四类是组合基因组工程与多细胞体系。三萜途径涉及大量竞争支路与辅因子平衡，逐个试错的效率很低。以 CRISPR-AID 为代表的三功能正交体系，可同时实现基因敲除、转录激活与转录抑制，让多个靶点一次完成组合优化。更进一步，人工多细胞体系把复杂途径拆给不同菌株分工完成——文献已实现酿酒酵母与 Hyphozoma roseonigra 共培养合成（-）-龙涎二醇（644.2 mg/L），以及大肠杆菌—酿酒酵母跨物种体系以蔗糖与葡萄糖混合碳源合成 3.47 g/L 红景天苷。对三萜这类涉及多步氧化修饰的长途径，分工协作的思路具备明显吸引力。
图 3 四类关键使能技术：（a）多拷贝整合；（b）区室化策略；（c）转运体工程；（d）多细胞体系。图源：左一萌等，《合成生物学》2025，6（2）：233-253。
四、齐墩果酸的三代跃迁：从 1.23 到 4.07 g/L
齐墩果酸是三萜类原料中放大路径最完整的一个案例，它用三代菌株改造，走完了从计算设计到百升级放大的全过程。
第一代解决的是"路径怎么搭"。研究者在酿酒酵母中整合 GgbAS、MtCYP716A12 与 MtCPR 三个基因，构建出工程菌株 OA07，并建立酿酒酵母基因组尺度代谢模型（GEM），结合通量平衡分析（FBA）与 OptKnock 计算框架进行虚拟代谢工程，在 5 L 自动发酵罐中获得 1.23 g/L 的齐墩果酸。这一代的意义不在于滴度，而在于建立了"先算后改"的设计方法——用模型预测敲除与过表达靶点，再动手改造菌株。
第二代解决的是"通量怎么提"。在 OA07 基础上，研究者进一步过表达 HMG-CoA 还原酶与 β-香树脂醇合酶，并引入鼠源鲨烯单加氧酶（rSE）与植物源细胞色素 b5 来调控齐墩果酸的合成通路；同时使用糖诱导型启动子 P-ADH2 控制 rSE 的表达，把菌体生长与产物合成在时间上解耦，避免"长得好就产得少"的互相牵制。5 L 发酵罐补料分批发酵中，产量提升到 3.89 g/L。
第三代解决的是"能不能放大"。同一路线在 100 L 生物反应器中达到 4.07 g/L，这是文献所述目前报道的最高水平。值得注意的是，从 5 L 到 100 L，产量并未出现常见的放大衰减，反而略有提升——这通常意味着工艺参数已经具备较好的传递性。
图 4 齐墩果酸的三代改造路径与规模演进。数据来源：左一萌等，《合成生物学》2025，6（2）：233-253。
优科观察：齐墩果酸案例中最值得配方端关注的一点，是"解耦"这个动作。糖诱导启动子把发酵过程切成两个阶段——先长菌体，再产产物，本质上是把碳源与能量按时间重新分配。三萜类原料的产业化难点之一，正是产物合成通路与菌体生长会争夺同一条乙酰辅酶 A 供给，凡是在实验室里"长得快、产得少"的现象，多半源于此。优科生物在发酵原料研发中，把菌种与底物筛选、发酵过程控制、活性表征与批次一致性作为同一个体系来设计，也正是因为发酵类原料的真实水平，往往由过程控制决定，而不是由单一指标决定。
五、同一骨架、四种产物：三萜家族的量级差异
同一条主干，不同产物的工程难度并不相同。齐墩果酸只需完成两段环化与一步氧化，通路较短；熊果酸多一步 CYP450 介导的氧化，且 P450 酶与还原酶（CPR）的适配性直接影响转化效率；人参皂苷与积雪草苷则需要在骨架上继续糖基化，糖基转移酶的种类与活性成为限速环节。这解释了为什么四类产物的滴度相差两到四个数量级。
| 产物 | 文献报道滴度 | 发酵规模 | 关键改造策略 |
|---|---|---|---|
| 人参皂苷 CK | 5 g/L | 摇瓶 | PLN1 蛋白将 PPDS 靶向脂滴，底物转化效率提高 394% |
| 齐墩果酸 | 4.07 g/L | 100 L 生物反应器 | 糖诱导启动子 P-ADH2 解耦生长与合成 |
| 熊果酸 | 2.33 g/L | 5 L 自动发酵罐 | 组合优化 ALD6、MPC2 与 rHMGR、ADA、GAPC |
| 人参皂苷 Ro | 0.53 g/L | 5 L 自动发酵罐 | 挖掘类纤维素合酶并筛选两个糖基转移酶 |
| 积雪草苷 | 772.30 μg/L | 5 L 自动发酵罐 | 鉴定 5 种 C28 糖基转移酶，结合途径工程从头合成 |
表 1 三萜类抗衰活性物在酿酒酵母中的合成水平。数据来源：左一萌等，《合成生物学》2025，6（2）：233-253。表中滴度为文献报道的细胞工厂产量，发酵规模与碳源条件不同，不宜直接横向比较。
图 5 三萜类抗衰活性物的合成水平与关键改造策略对照。数据来源：左一萌等，《合成生物学》2025，6（2）：233-253。
熊果酸的演进尤其能说明"适配性"的分量。早期研究在 5 L 罐中仅获得 123.27 mg/L，随后通过优化细胞色素 P450 酶与 CPR 的适配性、结合脂滴区室化策略，滴度提升到 1132.9 mg/L；再通过组合优化两个乙酰辅酶 A 相关基因（ALD6、MPC2）与三个参与 NADH/NADPH 供给的基因（rHMGR、ADA、GAPC），最终达到 2.33 g/L。每一步提升都来自对特定瓶颈的针对性解决，而不是简单地把基因拷贝数往上堆。
这一规律对采购方有直接参考意义：评估一款三萜类发酵原料时，"用了什么菌"信息量有限，"解决了哪一个限速环节"才真正决定它能否稳定供货。能够明确说出限速靶点与解决策略的供应商，通常在批次一致性上更有保障。
六、从文献滴度到配方添加量：三个口径不能混用
三萜类原料最容易出问题的地方，是把不同口径的数字直接对比。发酵罐滴度（g/L）、供应商建议添加量（%）、已上市产品使用信息与历史最大使用量（%），三者来源不同、用途不同，不能线性换算。
| 口径 | 典型出处 | 用途 | 使用注意 |
|---|---|---|---|
| 发酵罐滴度 | 学术文献 | 证明该通路在工程上的可达性 | 不是成品添加量，也不等于终端功效 |
| 体外与机制研究浓度 | 细胞与酶学实验 | 说明原料在特定通路上的活性方向 | 实验体系浓度与真实配方暴露量不同 |
| 供应商建议添加量 | 原料技术资料 | 功效与成本平衡下的推荐值 | 属推荐值，随剂型与配伍调整 |
| 已上市使用信息 | 安全评估与登记资料 | 安全评估的参照上限 | 属上限值，不等于推荐添加量 |
表 2 发酵原料评价中四类浓度口径的用途与边界。推荐值与上限值相差数倍到数十倍属于正常现象，前者是功效与成本平衡的结果，后者是安全评估的参照，混用会造成对原料用量的误判。
还有一层需要区分：文献中的三萜滴度是"细胞工厂生产了多少"，而不是"成品用了多少"，更不是"皮肤获得了什么"。从发酵罐到原料商品再到配方成品，中间要经过分离纯化、制剂化、添加与配方体系的多重传递，每一步都会有损失与折算。把文献数字直接写进产品宣称，既不符合事实，也会在功效评价环节带来麻烦。
相应地，三萜类发酵来源原料在功效宣称上应落在舒缓、紧致、抗皱、修护等已明确的功效类别，走规范的功效评价路径。文献中不得直接搬用的表述包括抗炎、抗菌等来自药理与体外研究语境的词汇，正确的做法是回到化妆品功效评价体系，用斑贴、人体功效评价等合规方法建立自己的证据。
七、产业化路径上的下一段
把视线从单点产量移到整条链条，三萜类原料的产业化还需要跨过三段路。
第一段是途径解析的完整性。三萜皂苷的糖基化步骤涉及多种糖基转移酶的组合，部分产物的完整通路仍在解析中，这直接决定了能否把产物的结构做得更单一、更可控。积雪草苷当前滴度仍处于微克级，正是这一环节的体现。
第二段是放大与成本。摇瓶与吨级发酵之间的产率差异，是生物制造普遍面临的问题。齐墩果酸在 5 L 与 100 L 之间保持了产量稳定，提供了可参照的放大样本；但不同产物对溶氧、传质与温度控制的敏感程度不同，放大工艺需要逐案验证。
第三段是下游与合规。三萜类原料分离纯化难度较高，且发酵来源的物质身份认定、杂质谱与安全评估资料，都需要按中国现行法规路径逐步建立。对品牌方而言，这意味着选择供应商时应把"能不能提供完整技术资料与批次数据"放在与"产量水平"同等重要的位置。
从更长的时间尺度看，人工智能与机器学习正在进入酶功能预测与途径设计环节，计算模拟与高通量筛选的结合有望进一步缩短细胞工厂的优化周期。三萜类原料从毫克级走向克级用了十余年，从克级走向更稳定的工业级供给，节奏预计会更快。
对优科生物而言，三萜类原料的价值不只在产物本身，也在其背后的方法论——菌株与底物的匹配、发酵过程的精准控制、活性表征与质量一致性，构成的是同一套能力。优科生物围绕红茶、玫瑰、青蒿、金银花、侧柏叶等中国特色植物建立的植物发酵融合技术体系，与细胞工厂路线共享"菌种—底物—工艺—评价"的闭环逻辑；而面向品牌方的定制发酵开发，则把这种能力延伸到具体产品目标上。
常见问题解答
三萜类抗衰原料目前有哪些已经实现发酵量产？
据 2025 年《合成生物学》期刊综述，齐墩果酸在 100 L 生物反应器中达到 4.07 g/L，是文献报道的最高水平；熊果酸在 5 L 自动发酵罐中达到 2.33 g/L；人参皂苷 CK 达到 5 g/L。人参皂苷 Ro 与积雪草苷分别为 0.53 g/L 与 772.30 μg/L，仍处于较早的工程阶段。
齐墩果酸和熊果酸是同一种物质吗？
不是。二者互为同分异构体，分子式同为 C30H48O3，但骨架分支不同：角鲨烯经 2,3-氧化角鲨烯后，一支经 β-香树脂醇合酶与齐墩果酸合酶生成齐墩果酸，另一支经 α-香树脂醇合酶与细胞色素 P450 酶、P450 还原酶生成熊果酸。在植物提取物中常共存，需要分离才能得到高纯度单体。
发酵罐滴度能直接换算成配方添加量吗？
不能。发酵罐滴度说明的是细胞工厂的生产能力，供应商建议添加量是功效与成本平衡后的推荐值，已上市使用信息是安全评估的参照上限，三者来源与用途不同。从发酵液到配方成品还要经过分离纯化、制剂化与添加等多个环节，不能线性换算。
为什么脂滴与过氧化物酶体这类细胞器能提高产量？
三萜类分子亲脂性强，在细胞质中大量积累会带来负担。把合成模块放到脂滴、过氧化物酶体或线粒体中，可以提高底物与酶的局部浓度，同时把中间产物隔离在局部区域。文献中，将酶靶向脂滴后底物转化效率提高 394%，人参皂苷 CK 滴度达到 5 g/L；在过氧化物酶体中合成角鲨烯的菌株达到 11.0 g/L。
评估三萜类发酵原料时应该重点看什么？
建议核对三件事：产物指向的是骨架产物还是糖基化产物，对应的关键酶与限速环节是什么；交付形态是结构明确的单体还是含骨架衍生物的混合体系；以及能否提供随批 COA、含量与杂质谱数据及批次一致性说明。相比比较笼统的总三萜含量，这三点更能反映原料的真实技术水平。
参考资料
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延伸阅读：复合发酵物与单一活性物的两条研发路线。