生物法制備海藻寡糖關鍵技術研究

我國是海藻產業大國，海藻資源開發利用由來已久。海藻多糖是存在于海藻細胞中的大分子糖類物質，在海藻中含量很高，具有吸濕保濕活性、抗氧化、抑菌、降血糖血脂、抗腫瘤等功效，已廣泛應用于保健食品、醫藥、化工原料、肥料、飼料等領域。但由于多糖的溶解性較差，生物利用度也較低，大大限制了應用。海藻寡糖是多糖通過物理、化學或酶解方法處理后得的降解產物，不僅保留了其活性成分，其溶解性和生物利用率也得到很大提高。目前，海藻寡糖已成為海洋生物資源開發領域的研究熱點。

江南大學和中國海洋大學等對生物法制備海藻寡糖關鍵技術進行了深入的研究，包括菌株的篩選及重組、制備工藝優化、產品的純化、應用等方面。如中國專利CN201911398032.0公開了一株產褐藻膠裂解酶的產黑假交替單胞菌，該產黑假交替單胞菌已于2019年11月18日保藏于中國典型培養物保藏中心，保藏地址為中國武漢大學，保藏編號為CCTCC NO：M 2019947。該菌株在25～37℃發酵1%~4%海帶一天內可完全降解塊狀海帶(0.5～1）cm×（0.5～1）cm，海帶降解率達到70%；可產褐藻膠裂解酶，酶活達到54.5 U/mL，比酶活達到545 U/mg，該酶水解海藻酸鈉可以制備聚合度為2~4的褐藻寡糖。CN201810441314.3公開了一株產褐藻膠裂解酶的約氏黃桿菌，從土壤及河水樣品中分離出約氏黃桿菌(Flavobacterium johnsoniae)WX-11，即約氏黃桿菌CGMCC No.14444。該發明還公開了利用此菌種制備褐藻膠裂解酶及對含有褐藻酸鹽的高粘原料的降粘處理。該約氏黃桿菌WX-11所產的褐藻膠裂解酶可降解海藻酸鈉，生成具有生物活性的褐藻寡糖。CN201810325487.9公開了一種重組褐藻膠裂解酶及其構建方法及應用，其涉及的褐藻膠裂解酶Aly-Cob來源于環境樣品，利用基因工程的方法將該褐藻膠裂解酶的基因克隆到表達載體上，獲得可異源表達褐藻膠裂解酶的重組菌株，該菌株發酵產生的褐藻膠裂解酶Aly-Cob具有降解海藻酸鈉制備褐藻寡糖的功能。CN200310105726.3公開了一種用古羅糖醛酸裂合酶制備古羅糖醛酸寡糖的方法，其將弧菌Vibro sp.WYB發酵得到的α-1，4-L-古羅糖醛酸裂合酶加到含有多聚古羅糖醛酸或者褐藻膠的水溶液中，在25~40℃和pH 6~8的磷酸鹽緩沖液中恒溫酶解12~24 h，再將溫度升高到60~80℃，旋轉濃縮，濃縮液用BioGel-P2或者Sephadex-G10柱脫鹽，合并含糖組分，冷凍干燥得到寡糖混合物，該寡糖混合物采用Superdex30或者BioGel-P6填料分離，并用0.1~0.3 mol/L氯化鈉或者碳酸氫銨水溶液洗脫，用紫外或示差檢測器檢測。該發明操作簡單，容易控制，得到的酶專一性強、活力高、穩定性好，獲得的古羅糖醛酸寡糖可作為功能食品添加劑和植物促生長劑等。CN201710008519.8提供一株高產褐藻膠裂解酶的海洋燦爛弧菌(Vibiro splendidus)OU02株，其保藏編號為CGMCC No.13478，可用于生產制備褐藻膠裂解酶，可以降解褐藻膠產生具有潛在生物學活性的褐藻寡糖。CN202210054809.7提供一種應用納豆芽孢桿菌對巖藻寡糖混合物進行單糖脫除及純化的方法，將納豆芽孢桿菌接種含有單糖的巖藻寡糖混合物，獲得含有巖藻寡糖、納豆芽孢桿菌和納豆激酶的發酵液，離心分離上清液和菌體，上清液超濾獲得寡糖濾出液和納豆激酶截留液，濾出液經過濃縮干燥，獲得純度大于85%的巖藻寡糖，離心菌體重懸后循環使用，納豆激酶截留液濃縮凍干成粉。CN201010594011.9涉及了一種利用基因工程菌株耦合發酵合成人乳巖藻糖基化寡糖的方法，主要是利用基因工程技術構建代謝工程菌株實現代謝途徑中關鍵酶的高效表達，進而在體外實現人乳巖藻糖基化寡糖的生物合成，此方法構建的工程菌株能增加這種酶基因的拷貝數，提高酶的表達量從而能高效合成人乳巖藻糖基化寡糖，為工業化低價合成人乳低聚糖提供一條可行途徑。CN201710030991.1提供一株高產巖藻多糖降解酶菌株，其保藏編號為CGMCC No.13477。該發明的微生物菌株用于生產巖藻多糖降解酶，降解巖藻多糖硫酸酯，產生具有潛在生物學活性的寡聚巖藻糖硫酸酯。CN201811408665.0提供一種功能性κ-卡拉膠寡糖的酶解制備方法，以麒麟菜為原料采用高溫水提法提取卡拉膠，利用發酵制備獲得的κ-卡拉膠裂解酶降解卡拉膠制備κ-卡拉膠寡糖，實現紅藻資源的高值化利用。

目前，盡管科學家們對海藻寡糖的結構、活性及其應用等已進行了廣泛的研究。但海藻寡糖開發還存在一些技術瓶頸，如海藻寡糖的具體作用機制、高效制備方法等，未來的發展方向主要集中在從分子水平上闡明海洋功能寡糖的作用機制、工程菌的構建以及發酵生產工藝優化等方面，進一步推動我國海藻資源的高值利用。