幾丁質資源生物加工關鍵技術研究

幾丁質，又稱為甲殼質，是蝦蟹殼、發酵菌體細胞壁（真菌、酵母菌）、食用菌邊角料（金針菇等）等農業加工副產物中普遍存在的功能高分子，組織結構復雜，高度乙?；?，并與蛋白質、糖類、鈣質等結合緊密，常規加工方法容易產生二次污染，資源高值化利用難度大，成為影響產業發展的技術瓶頸和實踐難題。

近年來，科研人員圍繞幾丁質分離、精制、精深加工、衍生化開發等關鍵技術單元，構建以先進生物加工技術理念為指導思想的幾丁質資源的高效利用技術體系。Chen Jeen-Kuan（2011）從中國臺灣地區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，并證實其能產生N-乙酰氨基葡萄糖(NAG)。在該研究中，幾丁質降解因子(CDFs)被認為是幾丁質降解的關鍵因素。在幾丁質孵育條件下，誘導CDFs，將幾丁質轉化為NAG。結果表明，酶活性的最佳pH值約為7.0，酶切產物的最佳pH值為5.3。Kuroiwa T（2003）研究了使用填充床酶反應器連續生產殼聚糖寡糖的工藝條件對殼聚糖寡糖五聚體和六聚體產率的影響，在該反應器中，由于軸向混合而導致的目標中間寡糖產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率。 Ding Huipu等（2020）使用谷氨酸和堿性蛋白酶通過脫鈣（DC）和脫蛋白（DP）從新鮮蟹殼廢物中提取幾丁質。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，物料與液體的質量體積比為1∶10，灰分在75℃下脫鈣12 h后，幾丁質中甲殼素的質量分數為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。在質量體積比為1∶10的料液比和pH 9.0的條件下，幾丁質中的氮質量分數在55℃酶水解6 h后為6.63%±0.10%，幾丁質為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化為磷酸氫鈣，蛋白質轉化為氨基酸和多肽，可用作飼料添加劑。從蟹殼中提取幾丁質時的“谷氨酸酶解”是一個相對封閉的過程，具有反應溫和，大大減少了三廢的排放，原料綜合利用率高的優點。韓國專利KR20010085047(A)公開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、幾丁質酶、纖維素酶和溶菌酶中提取的0.1%~15%的酶對殼聚糖進行處理，并應用超聲波處理20~90 min；將殼聚糖在淡水中干燥溶解，制備相對分子質量為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。中國專利CN202011574278.1公開了一種高產甲殼素脫乙酰酶的菌劑組合，包括紅球菌HQcdag（Rhodococcussp.)，保藏編號CCTCC NO:M2020336，以及蠟狀芽孢桿菌CJPE209（Bacillus cereus），保藏編號CCTCC NO:M2015734。相比紅球菌單獨發酵，這兩株菌通過協同發酵將甲殼素脫乙酰酶的酶活提升了約14倍，且顯著縮短發酵時間。CN202110888253.7公開了一種魷魚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。該發明以魷魚扇形骨為原料，通過過氧化氫浸泡，利用過氧化氫爆炸濃度，使用可控爆破技術，將魷魚扇形骨進行氧化降解，獲得降解的甲殼素，添加復合酶，將氧化降解甲殼素進一步分解，并通過二氧化碳超臨界流體除雜，獲得的殼聚糖進行共聚物制備和接枝化反應，最后獲得殼聚糖的接枝共聚物。CN202110509320.X公開了一種制備甲殼寡糖的方法：使用研磨機對甲殼素水溶液進行研磨預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。

幾丁質及其衍生物在食品、醫藥、環保、化工等諸多領域有著廣泛的應用。研究人員有必要在其生物提取、生物精制、生物降解、生物轉化等關鍵環節進行更深入、更全面、更系統的研究，開展多酶聯合精制、微波-酶法協同可控降解、多菌強化發酵等產業技術的創新開拓，突破幾丁質加工用酶品種少、表達低的瓶頸，努力實現資源的全質化、綠色化利用。