甲壳素酶学研究现状
甲壳素脱乙酰酶的研究及应用进展
Ｋｅ ｒ ｓ Ｃｈｔ ｙｗｏ ｄ ： ｉ ｎ； Ｃｈｔ ｅ ｃ ｔ ｌｓ ： Ｃｈｔｓ ｎ ｉ ｉ ｎｄ ａ ｅｙ ａｅ ｉ ｉ ａ ｏ
甲壳 素 ，又 称几 丁 质 （ ｈｔ ） 广 泛存 在 但 浓碱法反应 过程不易控制，常常会影 响到产 品 ｃｉｎ ｉ 于许 多无 脊 椎动 物 的外 壳或 角质 层 以及 真菌 、
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２９（ １期 ０． 第５ ） ０４ 总 ５
时 间
研究人
主要事 件
主要研究 内容
１ ７拄 Ａｒ ９３ 从接合菌纲 的双相型真菌Ｍｕｏ ｕ ｉ ｃ ｒｏ ｘｉ ｒ 中发现 了 ａｉ ｋ等 Ｃ Ａ Ｄ
１ ８焦 Ｋ ９２ 从植物病原体Ｃ ｌｔｔｃｕ ｌｄｍｕｈａｕ ｏｅ ｒ ｈｍ ｎ ｅ ｔｉ ｍ中提 ｌｏ ｉ ｉ ｎ ａ ｓ等［ ｕｓ 】 取到Ｃ 并进行 了部分纯化 ＤＡ
２ ９ （ １ 期） ０ ． 总第 ０４ ５ ５
山 东 食 晶 发 酵
甲壳 素脱 乙酰酶的研究 及应用进展
刘 丽 赵 祥颖 田延 军 杨 丽萍 张 家祥 韩延 磊 刘建 军 ’
（ １山东 师范 大学 生命 科 学学 院 济南 ２ ０ １） ５０ ４
（ ２山东省食品发酵工程重点实验室 济南 ２０ １ ） ５ ０３
化 方 法 和相 关 性 质 的研 究 以后 ，就掀 起 了对 Ｃ ＤＡ
甲壳 素脱 乙酰化 生产壳 聚糖的方法常见的有
化 学 法 和 酶 法 ， 目前 大 都 采 用 浓 碱 热 解 法 生 产 。
的研 究热 潮 ，下 表 是 近 年 来 国 内外 对 ＣＤ Ａ产生 菌
的研 究 现状 。
Ａｂ ｔａ ｔ Ａｎ ｏ ｅ ｖ ｅ ｏ ｈ ｔ ｅ ｃ ｔ ｌｓ ｒ ｄ ｃ ｉ ｎ ｏ ａ ｔ ｒａ ａ ｄ ｐ ｒ ｃ ｔ ｎ ｏ ｈ ｔ ｅ ｃ ｔ ｌ ｓ ， Ａｓ ｓｒｃ： ｖ ｒ ｉｗ ｆｃ ｉ ｎ ｄ ａ ｅｙ ａ ｅ ｐ ｏ ｕ ｔ ｆｂ ｃ ｅ ｉ ｎ ｕ ｉ ａ ｉ ｆｃ ｉ ｎ ｄ ａ ｅ ｙ ａ ｅ ｉ ｏ ｉ ｆ ｏ ｉ ｗｅ ｌ ｓｔ ｅ ｃ ｉ ｎ ｄ ａ ｅ ｙ ａ ｅ ｏ ｅ ｐ ｙ ｉ ａ ｎ ｈ ｍ ｉａ ｒ ｐ ｒｉ ｓ ｂ ｏ ｏ ｉ ａ ｕ ｃ ｉｎ， ｍ ｏ ｅ ｕ ａ ｉ ｌ ｇ ｌ ａ ｈ ｔ ｅ ｃ ｔ ｓ ｆｔ ｈ ｓｃ ｌ ｄ ｃ ｅ ｃ ｌ ｏ ｅ ｔ ， ｉ ｌ ｇ ｃ ｌ ｎ ｔ ｈ ｉ ｌ ｈ ａ ｐ ｅ ｆ ｏ ｌ ｃ ｌｒｂ ｏ ｏ ｙ ｒ ｓ ａ ｃ ｒ ｆ ｅ ａ ｄ ｉ ｐ ｌ ａｉ ｎ ｉ ｐ ｏ ｐ ｃｅ ． ｅ ｅ ｒ ｈ ｐ ｏ ｌ ， ｎ ｓａ ｐ ｉ ｔ ｒ ｓ ｅ ｔ ｄ ｉ ｔ ｃ ｏ Ｓ
壳聚糖酶
微生物壳聚糖酶的研究进展及应用现状几丁质（chitin）又名甲壳素、甲壳质，是N-乙酰-D-葡萄糖胺以β-1,4-糖苷键相连而成，是地球上仅次于纤维素的第二大类天然高分子化合物。
壳聚糖(chitosan)为几丁质脱乙酰化后的产物,是一种阳离子型多糖，也是目前唯一的商品化碱性多糖。
壳聚糖是一种高分子阳离子絮凝剂，由于具有无毒、可被生物降解、良好的生物容性和成膜性等优良特性，在医药卫生、农业等方面得到广泛的应用。
如可作为离子交换剂，毛发固定剂、保湿剂和柔软剂，药物缓释剂、增溶剂，饲料添加剂，种子处理剂等。
但是壳聚糖的分子量大，水溶性较差，在人体内不易吸收，使其应用受到限制。
而壳聚糖的降解产物壳寡聚糖（Chitooligosaccharides）不仅具有水溶性好、易吸收等优点，近年来更是发现，低分子量壳寡聚糖（如五糖、六糖）具有抗肿瘤、抗菌、免疫激活及保湿吸湿等特点，使其在医药领域有着广泛的应用前景。
壳寡糖的制备大多数是以虾、蟹等为原料，经过脱乙酰基等处理得到壳聚糖，再进一步水解得到壳寡糖。
目前，由壳聚糖制备壳寡糖主要有两种水解方法：酸解法和酶解法。
酸解法一般是用盐酸部分水解壳聚糖，用甲醇除去水解液中产生的大量单糖，经加Dowex离子交换树脂分离得到壳寡糖。
酸水解法的缺点是反应产物单糖较多，而壳寡糖含量低，反应条件苛刻，工艺烦琐，同时这一工艺由于产生大量废弃酸液，易给环境造成污染。
酶解法是指采用酶制剂在较温和的条件下降解壳聚糖。
一般分为两类：非专一性水解酶和专一性水解酶。
非专一性酶工艺，是利用如脂肪酶、溶菌酶等壳聚糖非专一性水解酶，降解壳聚糖。
但降解程度有限，而且产物复杂，不易分离，酶量使用大。
专一性水解酶是利用以壳聚糖为专一性底物的壳聚糖酶，专一性水解壳聚糖，该反应条件温和，可通过反应时间控制水解产物，为大规模生产壳寡糖提供了可能，是一种较为理想的壳寡糖制备方法。
壳聚糖酶（Chitosanase,EC.3.2.1.132）是催化壳聚糖降解的专一性酶。
微生物发酵法提取甲壳素的国内外进展
· 40 ·甲壳素(Chitin)是自然界中唯一带正电荷的天然高分子聚合物，学名为(1,4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖(C 8H 13NO 5)n。
它的来源极为广泛，主要存在于甲壳动物外壳、软体动物内骨骼、昆虫表皮、菌类及藻类等微生物的细胞壁中。
每年地球上的生物合成量约为100亿t，是产量仅次于纤维素的第二大可再生资源，也是除蛋白质外数量最大的含氮天然有机高分子。
甲壳素收稿日期：2011-08-11 *通讯作者作者简介：程倩(1986—)，女，湖北天门人，博士研究生，研究方向为食品科学。
性能独特、组织相容性良好、可生物降解，其开发应用已涉及工业、农业、国防、化工、环保、食品、医药、保健、美容、纺织等诸多领域。
目前，工业上用来生产甲壳素的主要原料是水产加工厂废弃的虾壳和蟹壳，其甲壳素的含量一般在15%~40%，蛋白质含量为20%~40%，碳酸钙含量为20%~50%。
制备甲壳素的方法主要包括脱盐、脱蛋白、脱色等３个步骤，即采用稀盐酸程 倩1，吴 薇2，籍保平1*(1.中国农业大学食品科学与营养工程学院，北京 100083；2.中国农业大学工学院，北京 100083)摘要：甲壳素是含氮天然有机高分子，具有优良的生物活性、安全性和降解性，在农业、化工、环保、食品、医药等行业有着巨大的应用前景。
甲壳素制备方法主要有传统的酸碱法以及新兴的微生物发酵法。
对微生物发酵法提取甲壳素的国内外研究进行综述，并探讨了微生物发酵的问题及今后的研究方向。
关键词：甲壳素；发酵；提取；进展中图分类号：TS 201.3 文献标志码：A 文章编号：1005-9989(2012)03-0040-04Progress on the extraction of chitin by microbial fermentationCHENG Qian 1, WU Wei 2, JI bao-ping 1*(1.College of Food Science and Nutritional Engineering, China Agricultural University, Beijing100083; 2. College of Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083 )Abstract: Chitin is a nitrogen-containing natural organic polymer, possesses excellent biological activity, safety and degradability, and has a great prospect in agriculture, chemical industry, environmental protection, food, pharmaceutical and other industries. The traditional acid-base method and the emerging microbial fermentation are two main methods for chitin preparation. In this paper, the advance of the extraction of chitin by microbial fermentation at home and abroad was illuminated. At last, the method of fermentation was also discussed.Key words: chitin; fermentation; extraction; progress微生物发酵法提取甲壳素的国内外研究进展· 41·FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY2012年 第37卷 第3期浸泡脱去碳酸钙，稀氢氧化钠或氢氧化钾溶液进行碱煮脱去蛋白质和脂类物质，高锰酸钾或过氧化氢溶液漂白。
甲壳素的酶水解机理及动力学研究进展
些结果说明， 甲壳素酶需要在水解键的两端至少有 一个 /01(21 基团 ! 从低聚糖的水解产物的分析上 可以看出， 来源于 6,2$& ) $#4( 2.&&’7’#.&4( 的甲壳 素酶有外切活力， 优先水解非还原端的第二个 ! )() 乙酰氨基葡萄糖糖苷键 ! 由于甲壳素酶一般以酶系存在， 并具有多样性 以及难以分离提纯， 这使得研究酶动力学变得复 杂 ! 不同来源的甲壳素酶 8 : 值和 9 :;J 值相差较 大 ! 从大多数淡水试样中所得到的胞外 ! )()乙酰葡 糖胺糖苷水解酶 （外切甲壳素酶） 并不适合简单的 甲壳素酶可以 C71H;807D)C8<=8< 动力学方程 ! 此外， 被阿洛糖脒 （ ;00FD;:7I7<） 抑制 ! 几乎所有昆虫、 寄生 虫、 虾的甲壳素酶都受到阿洛糖脒的抑制 ! 但是对 和溶菌酶而言， 阿洛糖脒并无 植物甲壳素酶 （ O;:） 抑制 作 用 ! 甲 壳 素 酶 在 6 #:F0 P L 的 #;% Q ， , R% Q ， ?8% Q 存在时活力受到抑制 ! 壳聚糖酶也有外切和内切两种类型 ! 内切壳聚 糖酶以释放二聚体、 三聚体或低聚糖为主， 外切型 则从壳聚糖或甲壳低聚糖的非还原末端产生单糖 残基— — —氨基葡萄糖 ! 不同微生物来源的壳聚糖酶 水解不同的底物 ! 5’2.//4( ( ) * (F ! >)C 壳聚糖酶只 而来自 0 * 3 #.("4( ,M N 43$> 水解 /01()/01( 键， 和 5 * 2.#24/’&( C,)S& 的 壳 聚 糖 酶 不 光 水 解 还 水 解 /01()/01(21 键， 并且生成 /01()/01( 键， 有 /01( 在 还 原 端 的 杂 甲 壳 低 聚 糖 和 /01( 寡 聚 ［.］ 体 来自于 5’2.//4( ) 4%./4( ! ?E9;:7TF 等人报道， @()%4% 和 01#" ) 1$% ,2"( ( ) * (&>’ 的壳聚糖酶能生 成 /01(21 在还原端、 /01( 在非还原端的甲壳低聚
甲壳素的酶水解机理及动力学研究进展
Ｃｈ ｔ ／ ｉ ｓ ｎ Ｄｅ ｒ ｄ ｔ ｎ ｗｉ ｄ ｏ ｙ ａ ｓ ｉｉ Ｃｈ ｔ ａ ｇ ａ ａ ｉ ｔ Ｈｙ ｒ ｌｓ ｅ ｎ ０ ｏ ｈ
ＸＩ Ｗ ｅ ｏ ｄＳ ｉｎ ｅ ａ ｄＴｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ ｔ ｅｎ Ｙａ ｇｚ ｉｅｓｔ ，Ｗ ｕ ｉ ４ ３ ，Ｃｈｎ ） Ｓ ｈ ｏ ｆＦｏ ｅ ｃ ｎ ｃ ｎ ｌｇ ，Ｓ ｕ ｈ ｒ ｎ ｔｅＵｎ ｖ ｒｉｙ ｃ ｘ １ ０ ６ ２ ｉａ
Ｊ１ ２０ ｕ． ０２
文 章 编 号 ：０ ９—０ ８ ２ ０ ）４—０ ３ １０ ３ Ｘ（０ ２ ０ ４ ４—０ ５
甲 壳 素 的 酶 水 解 机 理 及 动 力 学 研 究 进 展
夏 文 水 ， 苏 畅
（ 南 大 学 食 品学 院 ， 苏 无 锡 ２ ４ ３ ） 江 江 １０ ６
Ｋｅ ｒ ｓ ｈｔ ／ ｈｔｓｎ ｎ ｙ ｔ ｅ ｒｄ ｔ ｎ ｅ ｃｉｎｍｅｈ ｎｓ ；ｋｎ ｔ ｓ ｙｗｏｄ ：ｃ ｉ ｎ ｃ ｉ ａ ；ｅ ｚｍａｉ ｄ ｇ ａ ａｉ ；ｒａｔ ｃ ａ ｉ ｉ ｏ ｃ ｏ ｏ ｍ ｉｅｉ ｃ
甲壳 素 （ ｈｔ ） 一 种 从 虾 蟹 等 外 壳 中提 取 的 Ｃ ｉｎ 是 ｉ 天 然 多 糖 ， 构 为 Ｎ一 酰 一 氨 基 葡 萄 糖 和 少 量 Ｄ一 结 乙 Ｄ一 氨 基 葡 萄 糖 通 过 ８１ ４糖 苷 键 连 接 而 成 的 高 分 子 聚 —， 合物， 甲壳 素 脱 乙 酰 基 后 的产 物 被 称 为 壳 聚 糖 （ ｈ— Ｃｉ ｔｓｎ ． ｏａ ） 甲壳 素 和 壳 聚 糖 作 为 一 类 可 再 生 和 可 生 物 降解 的 物 质 以 及 它 们 在 食 品 、 工 、 药 、 业 等 领 化 医 农
摘 要 ：甲壳 素 和 壳 聚糖 不 仅 可 被 甲 壳 素酶 、 聚糖 酶 和 溶 菌酶 水 解 。 可 以 被 一 些 包括 蛋 白酶 、 壳 还
甲壳素的应用及最新研究进展
甲壳素的应用研究与展望刘淑君090524115摘要：从虾和蟹的壳中提取的甲壳素是一种非常重要的生物材料，应用范围十分广阔，在食品，医药，环保等领域有极其广泛的用途，它在制成人造皮肤, 隐形眼镜, 化妆品, 纸张、食品等方面起着其他材料所无法替代的重要作用, 尤其在整个国际社会日益重视环境的今天, 它在污水处理和用来生产可自然分解的薄膜包装材料上大有用武之地,甲壳素的研究开发已成为世人瞩目的高新科技领域和获利颇丰的新兴产业。
本文主要介绍了甲壳素的应用以及国内外研究进展。
关键词：甲壳素，壳聚糖，应用，发展前景前言甲壳素广泛存在于海洋甲壳动物外壳、软体动物内骨骼、昆虫翅膀、菌类及藻类细胞壁内。
这些虾壳原本是废弃物，几乎成为环境污染源，经过近40多年国内外学者研究，竟变废为宝，一跃成为跨世纪的引人瞩目的全球性热门科研课题，并竞相开发出一系列的甲壳素类高科技产品，应用于工业、农业、国防、化工、环保、医药、保健、美容、纺织等诸多领域。
至今，国内发表的甲壳素研究成果已超过400多项，我国甲壳素事业呈现出欣欣向荣的发达景象，一些发达国家争相投入大量资金对甲壳素进行深入研究开发。
目前甲壳素是日本政府惟一准许宣传疗效的机能性食品。
1993 年日本厚生省受理了甲壳素作为癌细胞转移抑制剂静门注射药品的申请。
1996年，甲壳素又通过了美国药品、食品管理局(FDA)及欧共体(EC)检测，核准在美国、欧洲市场销售。
甲壳素的研究开发及其商业产品已出现了全球竞争趋势，并将保持持续稳定的高速发展趋势。
1.甲壳素分子组成和分布1. 1甲壳素分子组成甲壳素又名甲壳质和壳多糖,是法国科学家布拉克诺1811 年首次从蘑菇中提取的一种类似于植物纤维的六碳糖聚合体, 被命名为Fungine( 茸素) 。
1823年法国科学家欧吉尔( Odier)在甲壳动物体外壳中也提取了这种物质, 并命名为几丁质和几丁聚糖, 是几丁胺粉的合称。
经结构分析甲壳素是自然界中唯一带正电荷的一种天然高分子聚合物, 它由几丁质与几丁糖组成, 是天然无毒性高分子, 并且具有生物可分解性, 它的构造类似于纤维素, 由1 000~ 3 000个n- 2葡萄糖胺聚合物组成, 属于直链氨基多糖。
甲壳素、壳聚糖作为固定化酶载体的研究进展
由于壳 聚糖具 有在 酸 性条件 下溶 解 ，碱 性条 件 下沉 淀 的特 点 ， 以将其 作 为 固定 化 酶的载 体 时 ， 所 先 把 壳聚 糖溶 解于稀 酸 中 ， 滤去不溶 物 ， 向滤液 中滴 加 氢 氧化钠 溶 液 ．收集沉 淀 物作 为载体 。 以下 介 绍 的 几种 固定 化 酶 的载 体一 壳 聚糖 ，是用 上述 方法 处理 的。这样 处 理能使 壳 聚糖有 更多 的 氨基参 与 固定化 反应 ， 因此 固定化 酶 的活力 回收率 较 高。 姜 涌 明… 等以 自制壳 聚糖 为载 体 ， 戊二 醛 为交 联 剂 ， 到固定 化木 瓜蛋 白酶 。活力 回收率 为 ４ ％ 得 ２
３ 舒 展 、 用 酶 促 水 解 改 进 大 豆分 离蛋 白 的乳 化 性能 应 学 报 ．９ ２．（ ）３ —４ １９ ７ ３ ：９ ８ ４ 翟瑞文 、 雁群 、 子林等 李 陈
业科技 １ ９（ ） ３ —４ ９ ７ ５ ：８ ０
中 国 辕 油
玉米 渣 中 蛋 白质 的 酶 水 解
食 品 工
许 多 固定化 酶 的成功 与否 要依靠 载体 的特性 ，因此
载体 的选 择便 成 了研究 的热 点 。
乙酰胺 基 ． 葡萄糖 单 元和 Ｂ（ ，）２ 氨 基 一 葡 萄 Ｄ 一１４．一 Ｄ
糖 单 元组成 的共 聚物 。壳 聚糖 属 多糖类 物质 。亲水
甲壳 素又 名几 丁质 、 多糖 ， 由 ２ 乙 酰胺 一． 壳 是 一 ２ 脱 氧葡 萄糖单 体 通过 口（ ， ） 一１ ４ 糖苷 键联 结起 来 的直
甲壳 素 、 聚糖 作 为 固定化 酶 载 体 的研 究 进展 壳
邢 晓薏 吕晓 砖 宫慧梅 黄 良 昌 天津轻 工业 学 院
甲壳素和壳聚糖作为酶和细胞的固定化载体的研究进展
已用多种载体研究了 D 2葡萄糖异构酶 的固定化并已用于工业生产 , 但寻找更理想 的载体材料的研究工作依然在进行, 甲壳素 和壳聚糖是研究的重点之一。
D 2葡萄糖异构酶在甲壳素上的固定, 可
把葡萄糖淀粉酶通过戊二醛键合固定在 甲壳素上后, 具有很好的操作特性。 制备方法 如下 [ 7]: 每份粉状甲壳 素 ( 含水 50% ) 与三 份葡 萄糖淀 粉酶 ( 水 剂 ) 混合 , 加 入液 体总 体积
5 D - 葡萄糖氧化酶
蒸馏水充分洗涤 , 得到的颗粒状的固定化酶 被浸泡在 pH4 的 0. 1 m o l� L 乙酸钠缓冲中 保存。 该固定化酶的活力为游离酶的 67% 。 用 DEA E 2甲壳素固定化葡萄糖 淀粉酶 ( 99. 4 m g �g ) , 具有原酶 1�3 的活力 [8, 9 ]。
3 Β- 葡萄糖苷酶
已经有 D EA E 2Sep hadex A 225、 Duo lite 2 7 、 活性氧化铝、 硅胶等固定化葡萄糖氧化 A 酶, 但制备方法较麻烦, 而甲壳素作载体却要 简单得多 [ 13]。 将蟹壳甲壳素用 2. 5% 戊二醛 处理 3 h, 用 蒸馏 水洗涤 , 然后 加入 酶溶 液 中, 在 5 ° C 放置 过夜 , 过滤 , 洗涤 , 浸泡 在 2 m o l� L KC l 溶液中 , 使用前重新洗涤 , 其活力 保持 100% 。 在制备过程中 , 最佳的 pH 范围 是 5. 0 ～ 8. 0, 更好的是 6. 0。 最佳的使用温度 是 30 ° C , 在 40 ° C 时活力 还有 70% , 而原 酶 在此温度下的活力已很小。
作者简介: 蒋挺大, 男, 1940 年生, 研究员 。
以这样操作 [ 2]: 取 1%～ 10% 甲醛 或戊二 醛 溶液 10 m l, 加 入 50 m g 粉 状甲 壳素 ( 控制 pH 8. 5) , 在室温下搅拌均匀后放置 1 h , 其间 不时搅动一下 , 使甲壳素交联 , 然后用蒸馏水 洗涤 , 除去多余的甲醛或戊二醛。
甲壳素脱乙酰酶的研究概况及应用展望
料 的 澄 清 ， 品 的 防腐 剂 、 稠 剂 、 定 剂 ， 食 增 稳 可 降解 包 装 材 料 ， 妆 品 保 湿 剂 ， 造 皮 肤 ， 化 人 手 术 缝 合 线 ， 渗 透 膜 和超 滤 膜 ， 的 固 定 化 载 反 酶 体 ， 析材 料， 物 缓释剂 ， 形 剂等 。另外， 层 药 赋 壳 聚 糖 还 有 许 多 保 健 功 能 ， 以 作 为 膳 食 纤 可 维 添 加 到 食 品 中 ， 可 以 降 血 脂 ， 进 免 疫 球 还 促
聚糖 的 结 构 与 甲壳 素 很 相 似 ， 肽 聚 糖 脱 乙 故
酰 酶 对 甲壳 素 也 能 表 现 出 微 弱 的 活 性 … ， 这
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第２ ８卷
第 ４期
段
杉 等 ： 壳 素脱 乙酰酶 的 研 究概 况 及应 用 展望 甲
甲 壳 素 脱 乙 酰 酶 的 研 究 概 况 及 应 用 展 望
段 杉 彭 志 英
（ 南 理 工 大 学 食 品 与 生 物 工 程 学 院 ， 州 。５ ０ ４ ） 华 广 １ ６ ０
Ｃ Ａ 的应 用 前 景做 了展望 。 Ｄ
关 键 词 甲 壳 素 脱 乙 酰 酶 ， 甲 壳 素 ，壳 聚 糖
甲 壳 素 （ ｈｔ ） 称 几 丁 质 ， 由 Ｎ一 ｃ ｉｎ 又 ｉ 是 乙
酰 氨 基 一 葡 萄 糖 单 体 （ ＧｌＮＡｃ 通 过 ／ １ Ｄ一 Ｄ— ｃ ） ３， － ４糖 苷 键 连 接 而 成 的 直 链 高 分 子 化 合 物 ， 当 分 子 中 的 乙 酰 基 被 部 分 或 全 部 脱 除 后 ， 称 则
2023年甲壳素行业市场环境分析
2023年甲壳素行业市场环境分析
甲壳素，是由甲壳质构成的一类生物高分子材料。
目前，甲壳素在医药、食品、化工等多个领域都具有很广泛的应用前景，尤其是在生物医药领域，其应用前景非常广泛。
但是，随着时间的推移，以及环境的变化，甲壳素行业发展面临一些新的问题和挑战。
1. 市场规模增速渐缓
甲壳素行业在近年来快速发展，市场规模不断扩大。
但是，随着市场的竞争加剧，行业的增长速度开始出现放缓。
甲壳素产品市场已经进入成熟期，新产品上市的难度逐渐加大，企业需要提升自身技术和创新能力，以保持市场竞争力。
2. 竞争压力剧增
随着甲壳素行业的不断壮大，市场竞争的压力也越来越大。
有些企业发现，由于产品同质性较高，价格大致相同，共同抢占市场份额的结果导致利润率不断下降。
因此，企业需要创新和提高研发能力，确保产品质量和一流技术，从而赢得优势。
3. 品牌营销需要提高
甲壳素行业，对于品牌和营销的重要性不言而喻。
随着市场竞争的加剧，企业要更加注重品牌建设和提升品牌竞争力。
不仅要注重产品的质量，更需要注重产品的形象和品牌的价值，积极探寻品牌的文化内涵，从而在市场上赢得更高的知名度和美誉度。
4. 市场需求多元化
甲壳素在医药、食品、化工和环保等多个领域都有着广泛的应用。
但是，市场需求也在不断改变和多元化。
只有不断调整和发展产品种类和性质，才能满足市场的需求，并开拓更加广阔的市场空间。
综上所述，甲壳素行业虽然处于成熟期，但在快速发展的背景下，行业面临着多种新问题和挑战。
品牌营销、技术创新、产品多元化等方面的突破，将是甲壳素行业未来长期发展的关键。
微生物甲壳素酶的研究进展及应用现状
中国果菜China Fruit &Vegetable收稿日期:2021-09-29第一作者简介:包雍宏（1995—），女，在读硕士，研究方向为食品生物技术*通信作者简介:宋元达（1964—），男，教授，博士，主要从事微生物学的教学与研究工作产业发展Industry Development第42卷,第1期2022年1月微生物甲壳素酶的研究进展及应用现状包雍宏，吴琛，王秀文，时文悦，宋元达*（山东理工大学，山东淄博255000）摘要:甲壳素是一种天然多糖，广泛存在于地球的水陆生态系统中，在自然界中的含量仅次于纤维素，其水解产物-乙酰氨基葡萄糖（GlcNAc ）、壳寡糖在功能食品及生物医药领域已得到广泛应用。
甲壳素酶是一种能够专一水解甲壳素的酶，在温和条件下可以将甲壳素水解为壳寡糖和-乙酰氨基葡萄糖。
甲壳素酶在自然界中分布广泛，在细菌、真菌中均有发现，具有重要的生态意义，且在生物方面应用广阔。
本文从分类和来源、发酵生产优化以及应用领域等方面对甲壳素酶进行了综述，展望了甲壳素酶的开发与应用，以期为甲壳素酶的进一步研究提供参考。
关键词:甲壳素；甲壳素酶；甲壳素降解中图分类号：S986.2文献标志码：A文章编号：1008-1038(2022)01-0069-09DOI：10.19590/ki.1008-1038.2022.01.011Research Progress and Application Status of Microbial ChitinaseBAO Yong-hong,WU Chen,WANG Xiu-wen,SHI Wen-yue,SONG Yuan-da *(Shandong University of Technology,Zibo 255000,China)Abstract:Chitin is a natural polysaccharide that is widely found in the earth’s aquatic and terrestrial ecosystems and is second only to cellulose in nature.Its hydrolysis products-acetylglucosaminoglucose (GlcNAc)andchitooligosaccharide have been widely used in functional food and biomedical fields.Chitinase is an enzyme that can specifically hydrolyze chitin and hydrolyze chitin into chitooligosaccharides and-acetylglucosaminoglucoseunder mild conditions.Chitinase is widely distributed in nature,found in bacteria and fungi,and has ecological importance and wide application in biotechnology.In this paper,the current status of basic research and application of chitinases was reviewed.The source and classification,fermentation production optimization and applications of microbial chitinase were summarized,and provided an outlook on the subsequent development an application of microbial chitinase with a view to improving the reference for further research utilization of chitinase.Keywords:Chitin;chitinase;chitin degradation甲壳素由-乙酰氨基葡萄糖残基经过-1,4糖苷键聚合而成的线性多糖[1]。
对甲壳素及衍生物药理作用的研究分析
对甲壳素及衍生物药理作用的研究分析【摘要】介绍甲壳素药理作用的研究进展，为临床应用和深入研究提供参考。
广泛查阅相关资料，进行分析、整理后发现，甲壳素具有抗菌抗感染、降脂、降血糖、抗肿瘤、抗凝血、保护肝脏等药理作用。
结论甲壳素具有广泛的药理作用及其应用价值，值得深入研究。
【关键词】甲壳素；药理作用甲壳素又名甲壳质、壳多糖等，是一种维持和保护甲壳动物和微生物躯体的线性氨基多糖，广泛存在于甲壳纲动物如蟹、虾、软体动物、海藻及高等植物细胞壁中，资源丰富，产量仅次于纤维素,是自然界第二大有机物质，也是自然界除蛋白质外数量最大的含氮天然有机高分子。
在甲壳素被发现的一个多世纪以来，人们对此类化合物进行了大量的基础和应用研究，揭示了其在食品、美容、纺织、环境保护、农业、生物等一系列领域的应用价值，发现甲壳素有纤维素所没有的特性，是目前世界上唯一含阳离子的可食性动物纤维，也被认为是继蛋白质、糖、脂肪、维生素、矿物质以外的第六生命要素，可以应用在医药、膜材料和其他环保、健康领域。
壳聚糖(chitosan)是甲壳素最重要的衍生物，是甲壳素部分或全部脱乙酰基的产物。
近年来，随着高分子科学和生物医学工程的发展，甲壳素及其衍生物在医药方面的应用研究也日益增多。
国内、外多项实验已经证明，甲壳素及其衍生物具有多种药理作用，临床用于治疗相关病症收到了良好的效果。
现对甲壳素及其衍生物在药理作用及其应用方面作一综述。
1 、抗菌抗感染甲壳素及其多种衍生物均具有不同程度的抗感染作用，以甲壳素六聚糖为最强。
小分子的脱乙酰甲壳素具有质子化铵，质子化铵与细菌带负电荷的细胞膜作用，吸附和聚沉细菌，同时穿透细胞壁进入细胞内，扰乱细菌的新陈代谢及合成而具有抗菌作用；体外实验表明，当壳聚糖质量浓度为6 g/L时，约有50％革兰阴性菌被抑制，10 g/L时抑菌率达60％～100％。
壳聚糖对革兰阳性菌及白色念珠菌的作用强于革兰阴性菌。
当质量浓度为5 g/L时，对革兰阳性菌抑制率达75％～100％；质量浓度为6 g/L时，临床常见的致病菌金黄色葡萄球菌能被完全抑制和杀灭。
2024年甲壳素市场发展现状
2024年甲壳素市场发展现状1. 市场背景甲壳素是一种由甲壳纤维素提取的天然纤维素材料，具有优异的机械性能和环境友好的特点。
由于其广泛的应用价值，甲壳素市场正迅速发展。
2. 市场规模根据市场研究数据显示，甲壳素市场规模不断扩大。
目前，甲壳素在纺织、建筑、制药、食品等行业的应用广泛，市场需求持续增长。
3. 市场驱动因素甲壳素市场发展的驱动因素如下：3.1 环保意识提升随着全球对环境保护意识的提高，对可再生资源的需求逐渐增加。
甲壳素作为一种天然纤维素材料，不产生污染，能有效减少对传统纤维素材料的依赖，因此受到越来越多的关注。
3.2 材料性能优异甲壳素具有优异的机械性能，如高强度、耐磨性和抗腐蚀性等。
这些特点使得甲壳素在一些特殊领域的应用得到了推广，进一步推动了市场的发展。
3.3 应用领域多样化甲壳素在纺织、建筑、制药、食品等多个领域具有广泛的应用。
随着技术的不断进步，人们对甲壳素的新型应用不断探索，这进一步拓展了市场需求。
4. 市场挑战甲壳素市场虽然发展迅速，但也面临一些挑战：4.1 供应链不稳定甲壳素的生产需要大量甲壳纤维素，但甲壳纤维素的来源有限。
目前，只有少数地区能够稳定生产甲壳纤维素，供应链不够稳定成为市场发展的限制因素。
4.2 技术瓶颈尽管甲壳素在一些领域取得了突破性的应用，但在其他领域仍存在一些技术难题，例如甲壳素的加工性能仍有待提高。
这些技术瓶颈限制了甲壳素市场的发展速度。
5. 市场前景尽管面临挑战，甲壳素市场依旧具有广阔的前景：5.1 新型应用的不断涌现随着科技进步和需求变化，新型应用领域将不断涌现。
例如，甲壳素在医疗领域的应用前景广阔，具有生物可降解性和抗菌性能。
5.2 技术发展的推动随着技术不断进步，甲壳素的生产和加工技术将得到改善，使其在更广泛的领域发挥作用。
同时，技术进步也将加速降低甲壳素生产的成本，进一步促进市场的发展。
结论甲壳素市场在环保意识提升、材料性能优异和应用领域多样化的推动下，呈现出良好的发展势头。
2023年甲壳素行业市场分析现状
2023年甲壳素行业市场分析现状甲壳素行业是一个相对新兴的市场，主要包括生物质素、壳纤维素和壳聚糖等产品。
随着人们对可持续发展和环境保护意识的提高，甲壳素行业迎来了快速发展的机遇。
本文将从市场规模、发展趋势、竞争格局和前景展望等方面对甲壳素行业的现状进行分析。
首先，从市场规模来看，甲壳素行业的市场规模正在快速扩大。
据统计，截至2021年，甲壳素行业产值已经超过100亿元，预计未来几年将保持20%以上的年均增长率。
主要是因为甲壳素作为一种绿色、可再生的资源，在食品、医药、化工、农业等领域有广泛的应用前景。
其次，甲壳素行业的发展趋势主要体现在产品结构的优化和技术的创新。
随着人们对健康食品和高附加值产品的需求增加，甲壳素行业开始向功能性食品、医药健康和生物材料等领域拓展。
同时，技术的不断创新也为甲壳素行业的发展提供了动力，例如，利用微生物发酵和超声波提取等新技术可以高效地提取甲壳素。
再次，甲壳素行业的竞争格局较为分散。
目前，国内外都有一些大型企业涉足甲壳素行业，如日本的大和川澄、美国的陶氏化学、韩国的SK集团等。
此外，还有一些中小型企业专注于甲壳素行业的细分领域，如生物质素领域的上海荣科、壳聚糖领域的上海富元等。
虽然市场竞争较为激烈，但由于甲壳素行业发展的速度较快，仍存在较大的市场空间供企业发展。
最后，展望甲壳素行业的前景，可以看到它具有广阔的应用前景和发展潜力。
首先，在食品领域，甲壳素可以作为可溶性膳食纤维，具有降血脂、降血糖、抗菌等多种功能，可以应用于调味品、乳制品、面包等产品中。
其次，在医药健康领域，甲壳纤维素具有药物缓释、肠道保护等功能，可以用于制备各种口服或控释药物。
此外，甲壳素还可以作为生物材料，用于制备膜材和药物载体等。
综上所述，甲壳素行业市场正在迅速扩大，发展趋势主要体现在产品结构的优化和技术的创新。
尽管竞争格局较为分散，但市场依然存在巨大的发展空间。
展望未来，甲壳素行业有望在食品、医药、化工等领域取得更大的突破，成为一个具有重要影响力的行业。
甲壳素酶学研究现状
《生物工程进展》2000,Vol.20,No.5甲壳素酶学研究现状夏文水 吴焱楠(无锡轻工大学食品学院,无锡 214036)摘要 本文介绍了甲壳素在生物合成和分解代谢过程中所涉及的相关酶,如甲壳素合成酶、甲壳素水解酶和其它相关酶,讨论了它们在分离纯化、结构鉴定、作用机制与模型、酶的固定化、基因工程以及应用等方面的研究现状和进展,对甲壳素的研究开发以及相关领域具有理论和实际意义。
关键词 甲壳素酶学 甲壳素合成酶 甲壳素水解酶 甲壳素脱乙酰化酶前言甲壳素(chitin)的生物合成和分解代谢是在甲壳素相关酶的催化下进行的。
这些酶存在于动物、植物和微生物中,在生物体内控制着各种生理功能,如机体保护和支持、防御机制、致病性、消化作用和生态平衡。
近几年来,对这些酶的研究日益增多并十分活跃,1993年5月在意大利召开了首届甲壳素酶学(chitin enzymology)国际学术讨论会,第二届会议也已于1996年5月在意大利召开。
这表明甲壳素酶学研究正在受到科学家们的普遍关注和重视。
今天甲壳素酶学研究比起甲壳素研究中其它专题进展更快,已成为甲壳素学(chitinology)中的一个重要分支[1]。
甲壳素酶学涉及生态学、动物学、生物学、医学、生物技术、农业、化学等学科领域。
甲壳素相关酶主要包括甲壳素合成酶、甲壳素水解酶和其它相关酶。
本文将介绍这些酶在分离纯化、结构鉴定、作用机制与模型、酶的固定化、基因工程以及应用等方面的研究现状和进展。
1 甲壳素合成酶甲壳素的生物合成主要由甲壳素合成酶(chitin synthesase,ES2.4.1.16)控制,将分散在细胞质中的N2乙酰葡糖胺(N2acetylglucosamine,G LcNAc)聚合成长链甲壳素。
此酶存在于细胞质或细胞膜附近的液泡中,本身为一种酶原,需经位于细胞膜附近的特殊蛋白酶活化,才具有催化活力[2]。
甲壳素合成酶是一种糖蛋白,在活性状态时非常不稳定,在其活化过程中二价金属离子(如Mg++和Mn++)是至关重要的,且受反应物尿苷二磷酸N2乙酰葡糖胺(uri2 dine2diphospho2G LcNAc UDP2G LcNAc)、G LcNAc 和N2乙酰甲壳二糖(N2diacetylchitobiose)所活化,缺乏底物该酶将发生不可逆失活,产物尿苷二磷酸UDP对其具有很强抑制作用[3]。
产甲壳素酶菌株的筛选、发酵条件优化和酶学性质研究的开题报告
产甲壳素酶菌株的筛选、发酵条件优化和酶学性质研究的开题报告一、选题背景甲壳素酶是一种水解甲壳素的酶，广泛存在于海洋生物、真菌和细菌中。
甲壳素是一种重要的海洋生物资源，其中含有丰富的几丁质和纤维素，具有广泛的应用价值，如生产食品、饲料、化妆品、医药、环保等。
而甲壳素酶的产生则成为实现甲壳素资源高效利用的关键技术之一。
因此，产甲壳素酶菌株的筛选、发酵条件优化和酶学性质研究具有重要的研究价值和应用前景。
二、研究目的本研究旨在通过筛选菌株、优化发酵条件和研究酶学性质，建立高效生产甲壳素酶的工艺流程和技术体系，为甲壳素资源高效利用提供技术支撑。
三、研究内容（一）菌株筛选本研究将采用多种途径筛选优良的产甲壳素酶菌株，包括自然筛选、人工筛选及遗传工程改良等方法，通过分析不同菌株的甲壳素酶活性、稳定性、适应性等性质，筛选出优良酶源菌株。
（二）发酵条件优化在筛选出优良酶源菌株后，将对其发酵条件进行优化。
主要包括碳源、氮源、温度、pH值、液体饱和度、微量元素等因素的优化和优化后的产酶动力学参数（如最大产酶速度、酶反应速率常数、酶折线式动力学模型等）的研究。
（三）酶学性质研究在优化的产酶条件下，对甲壳素酶的基本酶学性质进行探究。
主要包括催化机理、受质特异性、温度/酸碱稳定性、金属离子依赖性等方面的研究。
四、预期结果通过本研究，预计得到以下结果：（一）筛选出优良甲壳素酶产生菌株，建立高效的产酶工艺流程。
（二）优化甲壳素酶产酶条件，获得高产酶量的甲壳素酶。
（三）探究甲壳素酶的基本酶学性质，为其应用提供理论依据。
五、研究意义本研究将为甲壳素资源的高效利用提供技术支撑，同时也将为产酶工艺流程的优化与酶学性质的探究提供实验证据，具有一定的理论价值和应用前景。
甲壳素纤维发展历史及研究现状
甲壳素纤维发展历史及研究现状作者：吴清凌饶剑辉周雪平来源：《中国纤检》2010年第21期摘要:本文简要分析了甲壳素的化学结构及性能,对甲壳素和甲壳素纤维的发展历史进行了介绍,并探讨了甲壳素纤维当前的开发状况及应用前景。
关键词:甲壳素;甲壳素纤维;绿色纤维;抗菌性能1甲壳素的化学结构及性能甲壳素又名甲壳质,是聚乙酰胺基葡萄糖即聚(1,4)-2-乙酰胺基-2-脱氧-β-D-葡萄糖,其化学结构和纤维素类似(如图1)。
甲壳素几乎是以小片状或粉状存在,由于分子内、分子间极强的氢键作用,甲壳素呈紧密的晶态结构,只溶于吡咯烷酮-LiCl,六氟异丙酮等少数有机溶剂中,而难溶于水、稀无机酸碱和其他一般有机溶剂[1-2]。
甲壳素纤维具有抑菌、消炎、止血、促进组织生长等功效[3],是一种具有良好环保和服用性能的绿色纤维。
甲壳素广泛存在于低等植物菌类、藻类的细胞,节肢动物虾、蟹、蝇蛆和昆虫的外壳,贝类、软体动物的外壳和软骨,高等植物的细胞壁中,生物合成的资源量高达每年100亿吨,是地球上仅次于植物纤维的第二大生物资源,其中海洋生物的生成量在每年10亿吨以上。
用甲壳素纤维制成的医用敷料,可以使肉芽新生,促进伤口愈合。
临床上具有镇痛、止血的功效。
当植入生物体内或覆盖在创伤表面,引起的生物组织反应小,且可被组织中的酶降解[4]。
此外,甲壳素纤维废弃物可自然降解.对环境不会造成污染。
2甲壳素及甲壳素纤维的发展历史1811年法国研究自然科学史的教授H.Braconnot,用温热的稀碱溶液处理蘑菇,最后得到白色残渣,但他以为那是纤维素,把它称为Fungine,译为真菌纤维素。
1823年,法国科学家A.Odier从昆虫的翅鞘中分离出同样的物质,他认为此物质是一种新型的纤维素,便命名为Chitin,译为中文即甲壳素。
在此后的相当一段时间内,甲壳素的研究工作都由法国人在进行,但是从甲壳素发现后的100年时间里,全世界只有20篇论文发表,而大部分工作都是法国人在做。
甲壳素行业分析
甲壳素行业分析甲壳素是一种多糖类生物高分子，在自然界中广泛存在于低等生物菌类，藻类的细胞，节支动物虾、蟹、昆虫的外壳，软体动物（如鱿鱼、乌贼）的内壳和软骨，高等植物的细胞壁等，甲壳素每年生命合成资源可达2000亿吨，是地球上仅次于植物纤维的第二大生物资源，是人类取之不竭的生物资源。
甲壳素是自然界中唯一“带正电荷的天然活性产物”，被誉为除糖类、蛋白质、脂肪、维生素、矿物质之外的“人体第六生命要素”，在人体的生理活动中起到非常重要的作用。
广泛用于食品、医药、化妆品、生物工程、造纸、化工、农业、饲料、纺织、印染、卷烟、污水处理等领域。
自20世纪80年代以来，在全世界范围内掀起开发甲壳素、壳聚糖的研究热潮后，世界各国都在加大甲壳素、壳聚糖的开发力度，日本更是走在各国的前列。
在美国、韩国、印度、荷兰、挪威、加拿大、波兰、法国等都已能生产。
自然界中每年生物合成的甲壳素约有10亿吨左右，是仅次于纤维素的天然高分子化合物，也是地球上最丰富的有机物之一。
甲壳素应用甲壳素的应用范围十分广泛，产品大致可分为食品级和工业级两个方面。
食品级产品可作为食品添加剂、保健功能食品等；工业级产品的用途则更为广泛，可广泛用于农业、纺织、工业助剂等方面，目前市场上已经出现添加甲壳素的内衣。
而甲壳素的衍生物的应用范围则更加广泛，还可用于医用敷料等新材料的用途，另外国内现有研究人员研究使用甲壳素系列产品制成人造眼角膜。
1、食品工业1.1食品添加剂：如食品结构形状的控制，优化食品的风味，改善食品的流动性，控制粘度，增加食品中的纤维含量等。
壳聚糖与酸性多糖反应，生成壳聚糖的酸性多糖络盐，此络盐呈肉状组织纤维，可作为组织形成剂，与猪肉、牛肉、鱼和禽肉等混合，制成优质和低热量的填充食品，也可通过添加香料、调料和色素等制成各种人造肉，供既喜欢吃肉又不能吃肉的人食用；可作为增稠剂和稳定剂用于蛋黄酱、花生酱芝麻酱、奶油代用品、含沙司罐装食品等；还可以作为调味品、豆腐凝固剂等。
甲壳素酶的研究进展
甲壳素酶的研究进展徐田甜;侯是媛;齐斌;郑丽雪;季亚美;李政洪;王立梅【期刊名称】《食品与发酵工业》【年(卷),期】2018(044)010【摘要】甲壳素酶能专一性降解甲壳素,具有抗菌、抗虫等作用,在农业、蓄牧业和工业上具有广阔的应用前景.文中对近年来甲壳素酶的研究成果进行综述.主要从甲壳素酶的来源、分类、分子生物学研究、固定化以及在农业、蓄牧业的应用来进行阐述,并探讨了甲壳素酶今后的研究方向.【总页数】5页(P248-252)【作者】徐田甜;侯是媛;齐斌;郑丽雪;季亚美;李政洪;王立梅【作者单位】常熟理工学院,苏州市食品生物技术重点实验室,发酵工程技术研究中心,江苏常熟,215500;苏州大学医学部药学院,江苏苏州,215123;常熟理工学院,苏州市食品生物技术重点实验室,发酵工程技术研究中心,江苏常熟,215500;常熟理工学院,苏州市食品生物技术重点实验室,发酵工程技术研究中心,江苏常熟,215500;常熟理工学院,苏州市食品生物技术重点实验室,发酵工程技术研究中心,江苏常熟,215500;常熟理工学院,苏州市食品生物技术重点实验室,发酵工程技术研究中心,江苏常熟,215500;苏州大学医学部药学院,江苏苏州,215123;常熟理工学院,苏州市食品生物技术重点实验室,发酵工程技术研究中心,江苏常熟,215500;苏州大学医学部药学院,江苏苏州,215123;常熟理工学院,苏州市食品生物技术重点实验室,发酵工程技术研究中心,江苏常熟,215500【正文语种】中文【相关文献】1.甲壳素、壳聚糖作为固定化酶载体的研究进展 [J], 邢晓慧;吕晓玲;宫慧梅;黄良昌2.甲壳素脱乙酰酶的研究进展 [J], 郭依依;蔡俊3.甲壳素脱乙酰酶作用机理及基因表达的研究进展 [J], 彭益强;方柏山4.酶法制备甲壳素系列衍生物的研究进展 [J], 姜红鹰;周玉玲;张桂敏;马立新;蒋思婧5.微生物甲壳素酶的研究进展及应用现状 [J], 包雍宏;吴琛;王秀文;时文悦;宋元达因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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《生物工程进展》2000,Vol.20,No.5甲壳素酶学研究现状夏文水 吴焱楠(无锡轻工大学食品学院,无锡 214036)摘要 本文介绍了甲壳素在生物合成和分解代谢过程中所涉及的相关酶,如甲壳素合成酶、甲壳素水解酶和其它相关酶,讨论了它们在分离纯化、结构鉴定、作用机制与模型、酶的固定化、基因工程以及应用等方面的研究现状和进展,对甲壳素的研究开发以及相关领域具有理论和实际意义。
关键词 甲壳素酶学 甲壳素合成酶 甲壳素水解酶 甲壳素脱乙酰化酶前言甲壳素(chitin)的生物合成和分解代谢是在甲壳素相关酶的催化下进行的。
这些酶存在于动物、植物和微生物中,在生物体内控制着各种生理功能,如机体保护和支持、防御机制、致病性、消化作用和生态平衡。
近几年来,对这些酶的研究日益增多并十分活跃,1993年5月在意大利召开了首届甲壳素酶学(chitin enzymology)国际学术讨论会,第二届会议也已于1996年5月在意大利召开。
这表明甲壳素酶学研究正在受到科学家们的普遍关注和重视。
今天甲壳素酶学研究比起甲壳素研究中其它专题进展更快,已成为甲壳素学(chitinology)中的一个重要分支[1]。
甲壳素酶学涉及生态学、动物学、生物学、医学、生物技术、农业、化学等学科领域。
甲壳素相关酶主要包括甲壳素合成酶、甲壳素水解酶和其它相关酶。
本文将介绍这些酶在分离纯化、结构鉴定、作用机制与模型、酶的固定化、基因工程以及应用等方面的研究现状和进展。
1 甲壳素合成酶甲壳素的生物合成主要由甲壳素合成酶(chitin synthesase,ES2.4.1.16)控制,将分散在细胞质中的N2乙酰葡糖胺(N2acetylglucosamine,G LcNAc)聚合成长链甲壳素。
此酶存在于细胞质或细胞膜附近的液泡中,本身为一种酶原,需经位于细胞膜附近的特殊蛋白酶活化,才具有催化活力[2]。
甲壳素合成酶是一种糖蛋白,在活性状态时非常不稳定,在其活化过程中二价金属离子(如Mg++和Mn++)是至关重要的,且受反应物尿苷二磷酸N2乙酰葡糖胺(uri2 dine2diphospho2G LcNAc UDP2G LcNAc)、G LcNAc 和N2乙酰甲壳二糖(N2diacetylchitobiose)所活化,缺乏底物该酶将发生不可逆失活,产物尿苷二磷酸UDP对其具有很强抑制作用[3]。
甲壳素合成酶因与脂肪和蛋白质结合力强,难以被分离和纯化。
目前,已从酿酒酵母、担子菌、灰盖鬼伞(Copri nus ci nereus)和鲁氏毛霉(M ucor rouxii)的细胞壁组成中分离出部分纯化的甲壳素合成酶[4]。
最近一个重要的进展就是Machida和Saito从灰绿犁头霉(A bsi dia glauca)中纯化得到30K Da的甲壳素合成酶的酶原,当被胰蛋白酶(trypsin)部分降解后转变为一种28.5K Da的活性多肽[5]。
这个结果的意义在于首次清楚地证实了甲壳素合成酶与激活蛋白酶之间的相互作用,向阐明甲壳素合成酶的作用机制迈进了一步。
甲壳素合成酶除合成甲壳素外,也与甲壳素脱乙酰酶(chitin deacetylase)共同催化合成壳聚糖(chitosan)。
首先UDP2G LcNAc受甲壳素合成酶催化进行聚合反应以生成甲壳素,然后脱乙酰酶再与甲壳素结合发生脱乙酰反应而生成壳聚糖[6]。
在细胞表面究竟是合成甲壳素还是壳聚糖,主要取决于甲壳素合成酶在细胞膜上排列的紧密程度。
在鲁氏毛霉细胞表面合成甲壳素过程中,若甲壳素合成酶紧密排列在细胞膜上时,形成的甲壳素会结晶化成纤维状,对脱乙酰酶的抵抗性较高;反之,分散式的甲壳素合成酶合成较松散的甲壳素链或为过渡态的链状聚合物,对脱乙酰酶具有较高的亲和性,结果生成壳聚糖[7]。
此外,与许多糖酶一样,甲壳素合成酶具有形成新的糖苷键的转糖苷作用也已得到证实,该酶可使四聚体或五聚体聚合成六聚体和七聚体[8]。
2 甲壳素水解酶甲壳素被水解成G LcNAc是由甲壳素水解酶21体系来完成的。
该酶系一般被诱导为多酶复合体。
传统上被分为两大类:1)内切甲壳素酶(endo2chiti2 nase,EC3.2.1.14),随机地将甲壳素降解,最终产物为G LcNAc2和少量G LcNAc3;2)N2乙酰葡糖胺酶(N2acetylgluosaminidase,EC3.2.1.30),有时也称为甲壳二糖酶(chitobiase),将甲壳二糖降解为游离G LcNAc,其中也有一些酶能从甲壳素链的非还原末端水解生成G LcNAc[9]。
但也有人提出存在第三类酶即外切甲壳素酶(exo2chitinase),该酶从甲壳素链的非还原末端水解连续释放出甲壳二糖或低聚糖[10]。
这些酶存在于微生物、植物和动物中。
Per2 rakis A.等人对所收集的56种甲壳素酶和相应的基因进行研究,发现可将它们分为两类:一类具有相同的大小,平均为300个氨基酸残基,一级结构相似,都来源于植物。
另一类氨基酸残基为290～820,大小差异很大,但都有一个包含几个高度保留区域的中心部位,它们存在于细菌、真菌和动物中。
这两类酶相对应于糖基水解酶的18和19族。
而第一类酶又可分为两组:A组具有一个富半胱氨酸的40个氨基酸的N末端,通过富甘氨酸的铰链区与主结构相连;B组既没有富半胱氨酸区也没有铰链区,但完全与A组结盟。
从而,首次提出了这类酶的亲缘关系。
最近,在海洋弧菌(vibrio f urnissii)中发现一种未知酶,它只能水解聚合度为4～6的甲壳低聚糖,却不能水解甲壳素和G LcNAc2或G LcNAc3。
这种酶被称为甲壳糊精酶(chitodextrinase)[11]。
显然,能够水解G LcNAc糖苷键的酶种类比国际生化协会酶委员会已命名种类的数量要多得多,这就需要更加仔细地研究酶的纯化,探讨各种底物类似物及抑制剂与酶相互作用的方式。
Hara等人用各种部分O2甲基化甲壳二糖与一种来源于链霉菌(st repto2 myces erythraeus)的甲壳素酶作用,发现该酶与鸡蛋白溶菌酶对N,N′2二乙酰甲壳二糖(N,N′diacetyl2 chitobiose)具有相似的结合方式:还原末端糖中C6和非还原末端糖中的C3和C4上的羟基对酶作用是不重要的,而还原末端糖中的C2上的乙酰氨基和C3上的羟基以及非还原末端糖中C6上的羟基与酶分子发生定向效应[12]。
最近,5种分子量分别为20、30、47、70、90K Da的甲壳素酶从橄榄绿链霉菌(S t rep.olivaceovi ri dis)中被分离纯化[13]。
对各种来源的甲壳素酶纯化、鉴定等大量研究工作仍在进行。
壳聚糖酶(chitosanase,EC3.2.1.99)催化水解壳聚糖中的氨基葡萄糖糖苷键,生成聚合度为2～8的低聚糖混合物。
已经从各种微生物中分离出几种壳聚糖酶,植物在应激状态或受到壳聚糖诱导时也产生壳聚糖酶[14]。
该酶被认为是具有抗真菌作用的一类新型酶,与甲壳素酶在植物中共同起着生物防治的功能。
各种来源的酶分子量差异较大,对其底物专一性了解不多。
Ando等人发现从放线菌和环状芽孢杆菌(B acill us ci rculans)中得到的壳聚糖酶,在一级结构上只有N末端和内部某一肽链氨基酸顺序相类似。
而与溶菌酶相比,只有很少部分有较大的相同性。
Hutadilok等人报道,短小芽孢杆菌(B acill us pum il us)中的壳聚糖酶活性,在酶解反应中,随着壳聚糖N取代度、N取代基因大小和取代位置及均相和非均相反应体系而变化[15]。
甲壳素和壳聚糖被溶菌酶降解的研究从早期就开始。
溶菌酶的结构借助于甲壳低聚糖几年前就已被阐明,溶菌酶与N2乙酰氨基相互作用也广为人知,但各个N2乙酰氨基与酶的相互作用机制还不清楚。
β型比α型甲壳素易被降解,均相脱乙酰反应得到的壳聚糖降解比非均相反应的壳聚糖要快得多,部分N2乙酰化甲壳低聚糖和乙酰化程度在4%～60%的壳聚糖都能被降解,但完全脱乙酰壳聚糖则对其有抑制作用[16]。
目前,溶菌酶对甲壳素衍生物的降解研究仍在进行中,这将有助于阐明壳聚糖作敷料治愈伤口和溃疡的原理。
此外,还报道有37种不属于甲壳素酶类的其它水解酶对商业壳聚糖具有不同程度的非专一性降解作用,其中以纤维素酶、半纤维素酶、脂肪酶、木瓜蛋白酶的降解活性最为显著[17]。
这些酶降解壳聚糖时,最终产物分子量较大。
以脂肪酶为例,底物为分子量70K Da的壳聚糖,其水解产物的分子量为13K Da[18]。
目前,这些酶的作用机制还不清楚。
3 其它酶在壳聚糖的合成过程中,需要甲壳素脱乙酰酶催化。
最近,利用疏水色谱和阴阳离子交换色谱或免疫亲和色谱,已将鲁氏毛霉的甲壳素脱乙酰酶提纯。
经碳水化合物分析,该酶为一种酸性甘露糖蛋白,糖含量为30%,用SDS电泳测定其分子量约为75K Da,用凝胶层析测定为80K Da。
该酶的等电点较低(p I=3),其底物必需是聚合度在4以上的甲壳低聚糖及其衍生物,受酸特别是醋酸抑制[1]。
在甲壳素的生物合成中,葡糖胺262磷酸合成酶(G lucosamine262phosphate synthase,G LcN262Psyn231thase,EC2.6.1.16)是一个关键酶。
在甲壳素/甘露糖蛋白的合成过程中起着重要的作用。
在不同来源的G LcN262P合成酶中,细菌中的酶要比真菌中的酶知道得多[19]。
Milewski等人从面包酵母中得到纯化100倍的G LcN262P合成酶,采用化学改性方法确定其活性中心部位,证实在其活性部位中存在Cys、His、G lu/Asp和Arg。
一种谷酰胺的类似物N2(42甲氧富马乙酰)2L22,32二氨基丙酸(FMDP)可选择性地抑制该酶[20]。
葡糖胺262磷酸脱氨酶(G lucosamine262phosphate deaminase,EC5.3.1.10)是催化G LcN262P转变成果糖262P的逆反应酶。
当细菌以G LcN或G LcNAc 作为碳源时,G LcN262P脱氨酶的作用是关键的一步[21]。
该酶是由G LcNAc262P激活的变构酶,由6个亚单位组成一个六聚体,每一亚单位有一变构部位。
该酶已从大肠杆菌中被分离、纯化和结晶,对该酶的动力学、变构作用进行了系统的研究[1]。
4 甲壳素酶的基因工程由于甲壳低聚糖(chitooligosaccharides)的药用价值和甲壳素酶的生物防治作用,应用基因工程提高甲壳素酶的产量和活性,与微生物和植物克隆成为研究的热点。
具有生产高水平甲壳素酶的粘质沙雷氏菌(Serratia m arcescens)是受广泛研究的微生物之一。
将粘质沙雷氏菌QMB1466用UV照射和EMS处理后分离得到一种突变菌株IMR21E1,该菌产生的全酶活比原菌株提高了2～3倍。