发酵法生产壳聚糖的研究现状

发酵法生产壳聚糖的研究现状

甲壳素(chitin)学名为聚(1,4)-2-乙酰氨基-2-脱氧--D-葡萄糖,又名甲壳质、壳多糖、几丁质、蟹壳素、明角壳蛋白、虫膜质、不溶性甲壳质、聚乙酰氨基葡萄糖等,与纤维素相似。甲壳素是一种重要的天然高分子化合物,其结构与纤维素相似,也是多糖化合物中最重要的一种聚氨基葡萄糖。甲壳素因主要来源于节肢动物如虾、蟹等的甲壳而得名。它也广泛存在于低等植物如真菌、藻类的细胞壁中[1]。

壳聚糖(Chitosan,简称CTS)学名为聚(1,4)-2-氨基-2-脱氧--D-葡萄糖,是甲壳素脱乙酰化而得到的一种生物高分子,是甲壳素的主要衍生物,又称脱乙酰几丁质、聚甲壳糖、甲壳胺、聚氨基葡糖、可溶性甲壳素、粘性甲壳素等。甲壳素和壳聚糖是含氮的多糖类物质,也是自然界中唯一的天然碱性多糖,因此具有许多独特的生物活性。甲壳素的溶解性能较差,只能溶于浓无机酸且同时发生降解,而不溶于水、稀酸、稀碱及一般有机溶剂,从而限制了甲壳素的应用。通过脱乙酰化反应,使甲壳素转变为壳聚糖。由于甲壳素分子结构的规整性受到破坏,壳聚糖分子中有大量游离氨的存在,壳聚糖的溶解性能较甲壳素有了很大的改善,化学性质也较活泼,兼具有甲壳素的天然、无毒、生物相容性好与易于降解等优点,所以壳聚糖有十分良好的经济应用价值,其应用范围比甲壳素大得多[2,3]。

目前壳聚糖的主要来源还是从虾蟹壳中用酸碱加工提取,其制备存在着许多不足之处:提取过程需耗费大量的酸碱,腐蚀性强,劳动强度大;所排出的废液中的有机质很高,废液量很大,严重污染环境;用浓碱进行反应时,甲壳质的分子易降解,使分子量变小,黏度减少而影响产品质量和使用。由之,随着发酵技术的进步,用生物工程技术大规模生产甲壳素及壳聚糖将有可能成为大有前途的清洁生产方式。本文介绍了目前生产壳聚糖的几种发酵方法。

2生产壳聚糖的发酵方法

2.1从虾蟹壳中制备壳聚糖

目前提取壳聚糖和甲壳素主要是从虾蟹壳中用酸碱加工提取,但最近有人提出使用发酵方法从虾蟹壳中提取壳聚糖和甲壳素。其主要原理是利用菌丝体发酵产生的蛋白酶消耗蛋白质,以及发酵过程中微生物产生的酸消耗无机物,从而提取壳聚糖和甲壳素。

SiniT.K.,等[4]提出使用芽孢杆菌发酵产生的蛋白酶和酸降解虾壳中的蛋白质和无机物,其实验方法是将200g的虾壳切碎加入200mL含108CFU mL的芽孢杆菌在粗糖培养基中,密封发酵15d,在发酵过程中能够去除虾壳中84%的蛋白质和72%的无机物,待发酵完成后取出沉淀并清洗,再经过少量弱酸碱处理和脱乙酰,提取产物通过分析,其质量达到市场标准。

韩国的W.J.Jung,等[5]首次采用连续发酵法从蟹壳中提取甲壳素,分别使用副干酪乳杆菌和粘质沙雷氏菌进行两步发酵从蟹壳中提取甲壳素,将新鲜的蟹壳2.5g放入50ml10%的葡萄糖溶液中,在恒温培养振荡器中利用副干酪乳杆菌在30条件下发酵5d,恒温培养振荡器的转速为180r min,第一步发酵结束以后,过滤沉淀物并用蒸馏水清洗,再用粘质沙雷氏菌在同样条件下发酵7d,在发酵结束后去除无机物和蛋白

质的量各达到94.3%和68.9%。2.2黑曲霉生产壳聚糖

黑曲霉是发酵工业中常用的真菌,我国有悠久的培养和使用的历史,黑曲霉又是含甲壳素最多的真菌,因此研究和开发由黑曲霉生产壳聚糖和甲壳素的技术,对促进我国甲壳素和壳聚糖的生产发展具有十分重要的作用。曹健和殷蔚申[6]用黑曲霉发酵生产壳聚糖,得率为9.72%,其培养基为含葡萄糖、玉米浆培养液,另加入Mg2+,得到的壳聚糖,结果为相对分子量为8.02104,水分为8.38%,灰分为9.24%。2.3米根霉生产壳聚糖

米根霉培养条件简单,是生产乳酸发酵产品的菌种。米根霉细胞壁含有天然壳聚糖,可以通过发酵法直接进行提取,不需经浓碱脱乙酰步骤,利用米根霉发酵生产化产生品的厂家可利用发酵后的菌丝体提取壳聚糖,这不仅有利于企业开展综合利用提高经济效益,而且可以减少下持处理过程中菌丝体对环境的排放量。陈世年[7]选用米根霉作为菌种,在32下、220r min下

摇瓶培养72h,最终得壳聚糖产率为10.1%(占生物量干重),脱乙酰度为92%。并提出在实验过程中应注意培养时间,生物素水平和亚胺环己酮等因素对壳聚糖产量的影响。