幾丁質(zhì)資源生物加工關(guān)鍵技術(shù)研究

幾丁質(zhì)，又稱(chēng)為甲殼質(zhì)，是蝦蟹殼、發(fā)酵菌體細(xì)胞壁（真菌、酵母菌）、食用菌邊角料（金針菇等）等農(nóng)業(yè)加工副產(chǎn)物中普遍存在的功能高分子，組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜，高度乙酰化，并與蛋白質(zhì)、糖類(lèi)、鈣質(zhì)等結(jié)合緊密，常規(guī)加工方法容易產(chǎn)生二次污染，資源高值化利用難度大，成為影響產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)瓶頸和實(shí)踐難題。

近年來(lái)，科研人員圍繞幾丁質(zhì)分離、精制、精深加工、衍生化開(kāi)發(fā)等關(guān)鍵技術(shù)單元，構(gòu)建以先進(jìn)生物加工技術(shù)理念為指導(dǎo)思想的幾丁質(zhì)資源的高效利用技術(shù)體系。Chen Jeen-Kuan（2011）從中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)南部土壤樣品中分離到一種新的降解甲殼素的需氧菌——Chitinibacter tainanensis，并證實(shí)其能產(chǎn)生N-乙酰氨基葡萄糖(NAG)。在該研究中，幾丁質(zhì)降解因子(CDFs)被認(rèn)為是幾丁質(zhì)降解的關(guān)鍵因素。在幾丁質(zhì)孵育條件下，誘導(dǎo)CDFs，將幾丁質(zhì)轉(zhuǎn)化為NAG。結(jié)果表明，酶活性的最佳pH值約為7.0，酶切產(chǎn)物的最佳pH值為5.3。Kuroiwa T（2003）研究了使用填充床酶反應(yīng)器連續(xù)生產(chǎn)殼聚糖寡糖的工藝條件對(duì)殼聚糖寡糖五聚體和六聚體產(chǎn)率的影響，在該反應(yīng)器中，由于軸向混合而導(dǎo)致的目標(biāo)中間寡糖產(chǎn)率的降低是可以忽略的，載體的表面酶密度和底物溶液的流速顯著影響五聚體和六聚體的最大產(chǎn)率。 Ding Huipu等（2020）使用谷氨酸和堿性蛋白酶通過(guò)脫鈣（DC）和脫蛋白（DP）從新鮮蟹殼廢物中提取幾丁質(zhì)。DC和DP的最佳工藝條件如下：1）使用5 g/dL的谷氨酸溶液作為脫鈣劑，物料與液體的質(zhì)量體積比為1∶10，灰分在75℃下脫鈣12 h后，幾丁質(zhì)中甲殼素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.83%±0.027%。2）使用堿性蛋白酶作為酶水解劑，每克蟹殼添加1 500 U堿性蛋白酶。在質(zhì)量體積比為1∶10的料液比和pH 9.0的條件下，幾丁質(zhì)中的氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)在55℃酶水解6 h后為6.63%±0.10%，幾丁質(zhì)為92.25%±0.51%。谷氨酸作為脫鈣劑可以回收利用，回收率為77.42%±2.16%。蟹殼中的碳酸鈣被谷氨酸鈣轉(zhuǎn)化為磷酸氫鈣，蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化為氨基酸和多肽，可用作飼料添加劑。從蟹殼中提取幾丁質(zhì)時(shí)的“谷氨酸酶解”是一個(gè)相對(duì)封閉的過(guò)程，具有反應(yīng)溫和，大大減少了三廢的排放，原料綜合利用率高的優(yōu)點(diǎn)。韓國(guó)專(zhuān)利KR20010085047(A)公開(kāi)了一種制備高分子水溶性殼聚糖及其用于降低體脂的組成的方法。制備高分子水溶性殼聚糖的方法包括：用酸處理蝦殼和蟹殼中的殼聚糖；用從殼聚糖酶、幾丁質(zhì)酶、纖維素酶和溶菌酶中提取的0.1%~15%的酶對(duì)殼聚糖進(jìn)行處理，并應(yīng)用超聲波處理20~90 min；將殼聚糖在淡水中干燥溶解，制備相對(duì)分子質(zhì)量為220 000~1 000 000的殼聚糖；將殼聚糖冷凍干燥制備高分子水溶性殼聚糖，用于減少體脂的組合物包括量為0.001%~100%的高分子水溶性殼聚糖。中國(guó)專(zhuān)利CN202011574278.1公開(kāi)了一種高產(chǎn)甲殼素脫乙酰酶的菌劑組合，包括紅球菌HQcdag（Rhodococcussp.)，保藏編號(hào)CCTCC NO:M2020336，以及蠟狀芽孢桿菌CJPE209（Bacillus cereus），保藏編號(hào)CCTCC NO:M2015734。相比紅球菌單獨(dú)發(fā)酵，這兩株菌通過(guò)協(xié)同發(fā)酵將甲殼素脫乙酰酶的酶活提升了約14倍，且顯著縮短發(fā)酵時(shí)間。CN202110888253.7公開(kāi)了一種魷魚(yú)扇形骨制備殼聚糖及接枝共聚物的方法，其包括以下步驟：1）甲殼素的降解；2）酶解；3）純化；4）共聚物合成；5）共聚物接枝化合物合成。該發(fā)明以魷魚(yú)扇形骨為原料，通過(guò)過(guò)氧化氫浸泡，利用過(guò)氧化氫爆炸濃度，使用可控爆破技術(shù)，將魷魚(yú)扇形骨進(jìn)行氧化降解，獲得降解的甲殼素，添加復(fù)合酶，將氧化降解甲殼素進(jìn)一步分解，并通過(guò)二氧化碳超臨界流體除雜，獲得的殼聚糖進(jìn)行共聚物制備和接枝化反應(yīng)，最后獲得殼聚糖的接枝共聚物。CN202110509320.X公開(kāi)了一種制備甲殼寡糖的方法：使用研磨機(jī)對(duì)甲殼素水溶液進(jìn)行研磨預(yù)處理得到納米甲殼素，然后用甲殼素酶SbChiAJ143酶水解納米甲殼素，制得甲殼寡糖。

幾丁質(zhì)及其衍生物在食品、醫(yī)藥、環(huán)保、化工等諸多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。研究人員有必要在其生物提取、生物精制、生物降解、生物轉(zhuǎn)化等關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行更深入、更全面、更系統(tǒng)的研究，開(kāi)展多酶聯(lián)合精制、微波-酶法協(xié)同可控降解、多菌強(qiáng)化發(fā)酵等產(chǎn)業(yè)技術(shù)的創(chuàng)新開(kāi)拓，突破幾丁質(zhì)加工用酶品種少、表達(dá)低的瓶頸，努力實(shí)現(xiàn)資源的全質(zhì)化、綠色化利用。