食品酶学导论：再生资源转化酶源研究成果

2023-11-22 理论教育版权反馈

【摘要】：从微生物来源的纤维素酶，研究较多的是木霉属的里斯木霉、绿色木霉、康氏木霉。纤维素是自然界存在的第一再生有机资源，而纤维素酶是一组具有催化纤维素降解为可溶性糖的作用的酶，它可将食品加工“下脚料”，包括蔗渣、糠醛渣、豆粕、菠萝渣等转化为可利用的糖，便可“变废为宝”。真菌的细胞壁中也有大量存在，是自然界产量仅次于纤维素的第二大再生有机资源。

食品酶学发展旨在丰富食品科学理论和推动食品工业发展。迄今为止，在自然界发现酶有5000多种。但是，已得到广泛应用的酶仅有数百种，形成工业化规模应用的酶仅有几十种。因此，酶源的研究开发潜力巨大。根据再生资源利用情况，尚有许多资源未得到充分利用，开发新酶源具有重大的科学价值和经济价值。

纤维素酶是催化降解纤维素高分子的一类酶的总称。早在1906年在蜗牛的消化液中发现纤维素酶以来，人们对纤维素酶进行过大量的研究。已知纤维素酶包括葡萄糖内切酶（Endo-1，4-β-D-gluanase，EC 3.2.1.4）、葡萄糖外切酶（Exo-1，4-β-D-gluanase，EC 3.2.1.91）和葡萄糖苷酶（β-Glucosidase，EC 3.2.1.21）。纤维素酶的来源广泛，昆虫、软体动物、原生动物、细菌、放线菌和真菌等都能产生纤维素酶。从微生物来源的纤维素酶，研究较多的是木霉属的里斯木霉、绿色木霉、康氏木霉。美国的Natick研究所利用高能电子、紫外线、亚硝基胍对里斯木酶（T.reesei）进行诱变育种，其酶活力最高达15IU/mL，目前酶活力已达33.5IU/mL。由于纤维素在植物细胞结构中的复杂性，还未研究出其作用机制。目前，国内所用的纤维素酶其产酶微生物为绿色木霉或里氏木霉，最适pH4.8属酸性纤维素酶，中性纤维素酶尚未转化为商品。国外公司已纷纷推出中性纤维素酶，主要应用于牛仔服的棉布处理。如丹麦Novozyme的Deni Max；美国Genemecor的Indi Age Neutra L；以色列的Celliunat COMFORT-L，-ML；印度的BIOFINASE NC400，Palkowash N等，而该技术在国内的应用仍然是空白。

纤维素是自然界存在的第一再生有机资源，而纤维素酶是一组具有催化纤维素降解为可溶性糖的作用的酶，它可将食品加工“下脚料”，包括蔗渣、糠醛渣、豆粕、菠萝渣等转化为可利用的糖，便可“变废为宝”。因此，纤维素酶是急需继续深入研究开发的酶种。

甲壳素，又称几丁质（Chitin），广泛存在于甲壳类动物（虾、蟹等）及昆虫的外壳。真菌的细胞壁中也有大量存在，是自然界产量仅次于纤维素的第二大再生有机资源。它是由N-乙酰氨基-D-葡萄糖单体（D-GlcNAc）通过β-1，4-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，生成所谓壳聚糖（chitosan）。壳聚糖分子中有大量的游离氨基，分子带正电荷，化学性质活泼，易于进行各种化学修饰，并且易溶于中性及酸性水溶液中，因而有广泛应用价值。例如，用于污水处理、饮用水及饮料的澄清、食品的防腐剂、增稠剂、稳定剂、可降解包装材料、化妆品保湿剂、人造皮肤、手术缝合线、反渗透膜和超滤膜、酶的固定化载体、层析材料、药物缓释剂和赋形剂等，另外据报道，壳聚糖还可以降血脂、抗肿瘤、促进伤口愈合、促进骨骼生长等。

甲壳素脱乙酰酶（Chitin deacetylase，CDA，EC 3.5.1.41）最初由Yoshio Araki等于1974年在鲁氏毛霉（Mucor rouxii）中发现并初步分离纯化。该酶催化的反应如下：(www.chuimin.cn)

现在，该酶已逐渐引起世界各国科学家们的关注。因为该酶能催化水解甲壳素分子上的乙酰基，可以利用它代替现有的浓碱热解法生产高质量的壳聚糖。这不仅可以解决目前壳聚糖生产中的环境污染问题，而且可以生产出用化学法不能解决的壳聚糖产品质量问题。

自从1974年Yoshio Araki等在接合菌纲（Zygomycetes）的Mucor rouxii中发现CDA以来，H.Kauss等于1982年又从半知菌纲（Deuteromycetes）的Colletotrichum lindemuthianum中发现该酶存在。这是首次从非接合菌中发现该酶。以后又陆续发现许多真菌可以生产CDA，包括：Mucor racemosus，M.Miehei，Rhizopus nigricans，Absidia coerulae，A.glauca，Aspergillus nidulans，Colletotrichum lagenarium，Fusarium solani，F.oxysporum Puccinia striformis等。另外，在酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）中以及无脊椎动物中也有存在；甚至在感染了C.lagenaruim的黄瓜叶中也检出了CDA的活力；最近还有一篇美国专利报道了一株产碱杆菌属的细菌Alcaligenes sp.ATCC 55938也可以产生CDA，这是迄今为止所发现的唯一一株能长CDA的细菌。

2003年5月，段杉、彭志英等通过观察培养基上透明圈的方法，对各地27个土壤样品进行筛选，获得一株活力较高的脱乙酰酶。经鉴定为无花果沙雷菌（Serratia ficaria），命名为CH-0203，以壳聚糖为诱导剂，发酵液酶活力可达到5.4U/mL，经分离纯化6.22倍，其为69.7U/mg，经SDS-PAGE电泳检查，该酶已达到电泳纯水平。目前，脱乙酰酶的开发仍处于研究阶段，有着重要研究空间。

食品酶学导论：再生资源转化酶源研究成果

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