壳聚糖酶的应用

概述^[1]

壳聚糖是甲壳素脱去乙酰基后的产物，是自然界中唯一存在的碱性多糖，具有生物可降解、对动物无毒害、可溶于酸性溶液、可获得多种物理形式并且更容易处理等特点。壳聚糖酶是1973年首先提出来的，它是一种对线性壳聚糖具有分解作用的专一性酶，可以选择性地、特异性地切断壳聚糖的β－(1－4)－糖苷键，得到特异分子量范围的壳寡糖。

制备^[2-3]

1. 壳聚糖酶的发酵生产

大多数微生物壳聚糖酶是诱导型酶。将胶体壳聚糖添加到培养基中诱导壳聚糖酶的表达是１种常见的策略，对于很多壳聚糖酶的产生，其均具有诱导效应。另外，壳聚糖粉末、几丁质、鱿鱼笔粉和虾壳粉等也能诱导壳聚糖酶的产生。为了大量生产壳聚糖酶以满足商业化的需求，在壳聚糖酶的发酵过程中，通常需要对各种参数进行优化。1种合适且廉价的培养基是优化生产工艺的基础，因此，发酵优化首先就是对培养基的研究开发，包括各种营养成分的选择及相应浓度的优化。

报道了培养基的组成及其理化性质对于提高壳聚糖酶产量具有重要作用，确定了（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４、接种量和初始ｐＨ等因素对壳聚糖酶产量的影响。除此之外，剪切力、温度和溶解氧等对目的蛋白的产量也会产生重要影响，这些因素都是反应器发酵培养时需要考虑的重要参数。采用单一变量实验优化了ｐＨ、温度、碳源和氮源等菌体生长条件，在优化后的培养条件下，菌体产酶量在７２ｈ达到８００Ｕ／Ｌ。然而，传统的单因素实验存在很多局限性，已经不能满足对培养基优化时的多因素进行综合考察，因此，正交实验、响应面（ＲＳＭ）实验等统计学方法开始应用于发酵培养条件的优化开发。通过对发酵培养基的统计优化提高了来源于海洋细菌的壳聚糖酶的产量。

2. 壳聚糖酶的分离纯化

在大多数情况下，按照经典的蛋白分离纯化方法即可实现壳聚糖酶的纯化。这些方法主要包括通过离心得到粗酶液，通过硫酸铵或聚乙二醇进行选择性沉淀／浓缩，然后将浓缩的壳聚糖酶进行各种色谱纯化，主要包括凝胶过滤、离子交换、亲和技术等。

应用^[1]

壳聚糖酶的应用与其自身性质密切相关，关于壳聚糖酶的应用也是多种多样，主要在以下方面进行研究：

a.制备真菌原生质体：壳聚糖酶专一性的降解壳聚糖，有研究者利用壳聚糖酶进行真菌原生质体的产生，直接应用于菌种的遗传学杂交实验，特别对那些细胞壁成分是脱乙酰几丁质的接合菌更有效。

b.抑制植物病原菌：大多数真菌细胞壁的主要成分是壳聚糖，研究发现可利用壳聚糖酶降解植物病原真菌的细胞壁，分析病原真菌的细胞壁组成，推测一些真菌对植物病的发病机理，进一步有效防治致病菌危害，提高农作物尤其是一些经济作物的产量。

c.壳寡糖的制备：壳聚糖酶另一个主要的应用是降解壳聚糖，产生有巨大经济效益、特定聚合度的壳寡糖，壳寡糖不仅有水溶性好、易吸收等优点，还具有抗细菌、真菌、调节机体免疫及抗癌等功能，在功能食品、保健药品等行业具有广泛的应用。由于壳聚糖自身的稳定性限制了壳聚糖酶大规模的应用，所以壳聚糖酶的应用研究主要是围绕两个方面展开的，一是提高壳聚糖酶本身的催化活性，二是提高壳聚糖酶的稳定性。提高壳聚糖酶催化活性主要包括菌株的改良和壳聚糖重组酶的构建两个方面。关于壳聚糖酶稳定性的研究主要是利用固定化技术对壳聚糖酶进行固定化处理。

一种新型的生物催化法，将壳聚糖酶固定在脂质体上，壳聚糖酶活力和稳定性大大提高。对壳聚糖酶的固定化进行了尝试，固定化后的酶比原酶的稳定性都有了很大地提高。另通过基因水平酶的改造也可以提高酶的产量和稳定性，这也是很多研究者努力的方向。壳聚糖来源广泛，壳聚糖酶的研究必将进一步地扩大壳聚糖的应用范围，产生不可估量的经济价值。同时对壳聚糖酶来源、性质和产量等的研究也可扩大壳聚糖酶在科研、医药、卫生、农业和材料等多领域的应用。

主要参考资料

[1] 壳聚糖酶研究进展

[2] 壳聚糖酶的研究进展

[3] 壳聚糖酶的分离纯化及性质研究