几丁质资源生物加工关键技术研究

几丁质，又称为甲壳质，是虾蟹壳、发酵菌体细胞壁（真菌、酵母菌）、食用菌边角料（金针菇等）等农业加工副产物中普遍存在的功能高分子，组织结构复杂，高度乙酰化，并与蛋白质、糖类、钙质等结合紧密，常规加工方法容易产生二次污染，资源高值化利用难度大，成为影响产业发展的技术瓶颈和实践难题。

近年来，科研人员围绕几丁质分离、精制、精深加工、衍生化开发等关键技术单元，构建以先进生物加工技术理念为指导思想的几丁质资源的高效利用技术体系。Chen Jeen-Kuan（2011）从中国台湾地区南部土壤样品中分离到一种新的降解甲壳素的需氧菌——Chitinibacter tainanensis，并证实其能产生N-乙酰氨基葡萄糖(NAG)。在该研究中，几丁质降解因子(CDFs)被认为是几丁质降解的关键因素。在几丁质孵育条件下，诱导CDFs，将几丁质转化为NAG。结果表明，酶活性的最佳pH值约为7.0，酶切产物的最佳pH值为5.3。Kuroiwa T（2003）研究了使用填充床酶反应器连续生产壳聚糖寡糖的工艺条件对壳聚糖寡糖五聚体和六聚体产率的影响，在该反应器中，由于轴向混合而导致的目标中间寡糖产率的降低是可以忽略的，载体的表面酶密度和底物溶液的流速显著影响五聚体和六聚体的最大产率。 Ding Huipu等（2020）使用谷氨酸和碱性蛋白酶通过脱钙（DC）和脱蛋白（DP）从新鲜蟹壳废物中提取几丁质。DC和DP的最佳工艺条件如下：1）使用5 g/dL的谷氨酸溶液作为脱钙剂，物料与液体的质量体积比为1∶10，灰分在75℃下脱钙12 h后，几丁质中甲壳素的质量分数为0.83%±0.027%。2）使用碱性蛋白酶作为酶水解剂，每克蟹壳添加1 500 U碱性蛋白酶。在质量体积比为1∶10的料液比和pH 9.0的条件下，几丁质中的氮质量分数在55℃酶水解6 h后为6.63%±0.10%，几丁质为92.25%±0.51%。谷氨酸作为脱钙剂可以回收利用，回收率为77.42%±2.16%。蟹壳中的碳酸钙被谷氨酸钙转化为磷酸氢钙，蛋白质转化为氨基酸和多肽，可用作饲料添加剂。从蟹壳中提取几丁质时的“谷氨酸酶解”是一个相对封闭的过程，具有反应温和，大大减少了三废的排放，原料综合利用率高的优点。韩国专利KR20010085047(A)公开了一种制备高分子水溶性壳聚糖及其用于降低体脂的组成的方法。制备高分子水溶性壳聚糖的方法包括：用酸处理虾壳和蟹壳中的壳聚糖；用从壳聚糖酶、几丁质酶、纤维素酶和溶菌酶中提取的0.1%~15%的酶对壳聚糖进行处理，并应用超声波处理20~90 min；将壳聚糖在淡水中干燥溶解，制备相对分子质量为220 000~1 000 000的壳聚糖；将壳聚糖冷冻干燥制备高分子水溶性壳聚糖，用于减少体脂的组合物包括量为0.001%~100%的高分子水溶性壳聚糖。中国专利CN202011574278.1公开了一种高产甲壳素脱乙酰酶的菌剂组合，包括红球菌HQcdag（Rhodococcussp.)，保藏编号CCTCC NO:M2020336，以及蜡状芽孢杆菌CJPE209（Bacillus cereus），保藏编号CCTCC NO:M2015734。相比红球菌单独发酵，这两株菌通过协同发酵将甲壳素脱乙酰酶的酶活提升了约14倍，且显著缩短发酵时间。CN202110888253.7公开了一种鱿鱼扇形骨制备壳聚糖及接枝共聚物的方法，其包括以下步骤：1）甲壳素的降解；2）酶解；3）纯化；4）共聚物合成；5）共聚物接枝化合物合成。该发明以鱿鱼扇形骨为原料，通过过氧化氢浸泡，利用过氧化氢爆炸浓度，使用可控爆破技术，将鱿鱼扇形骨进行氧化降解，获得降解的甲壳素，添加复合酶，将氧化降解甲壳素进一步分解，并通过二氧化碳超临界流体除杂，获得的壳聚糖进行共聚物制备和接枝化反应，最后获得壳聚糖的接枝共聚物。CN202110509320.X公开了一种制备甲壳寡糖的方法：使用研磨机对甲壳素水溶液进行研磨预处理得到纳米甲壳素，然后用甲壳素酶SbChiAJ143酶水解纳米甲壳素，制得甲壳寡糖。

几丁质及其衍生物在食品、医药、环保、化工等诸多领域有着广泛的应用。研究人员有必要在其生物提取、生物精制、生物降解、生物转化等关键环节进行更深入、更全面、更系统的研究，开展多酶联合精制、微波-酶法协同可控降解、多菌强化发酵等产业技术的创新开拓，突破几丁质加工用酶品种少、表达低的瓶颈，努力实现资源的全质化、绿色化利用。