生物法制备海藻寡糖关键技术研究

我国是海藻产业大国，海藻资源开发利用由来已久。海藻多糖是存在于海藻细胞中的大分子糖类物质，在海藻中含量很高，具有吸湿保湿活性、抗氧化、抑菌、降血糖血脂、抗肿瘤等功效，已广泛应用于保健食品、医药、化工原料、肥料、饲料等领域。但由于多糖的溶解性较差，生物利用度也较低，大大限制了应用。海藻寡糖是多糖通过物理、化学或酶解方法处理后得的降解产物，不仅保留了其活性成分，其溶解性和生物利用率也得到很大提高。目前，海藻寡糖已成为海洋生物资源开发领域的研究热点。

江南大学和中国海洋大学等对生物法制备海藻寡糖关键技术进行了深入的研究，包括菌株的筛选及重组、制备工艺优化、产品的纯化、应用等方面。如中国专利CN201911398032.0公开了一株产褐藻胶裂解酶的产黑假交替单胞菌，该产黑假交替单胞菌已于2019年11月18日保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏地址为中国武汉大学，保藏编号为CCTCC NO：M 2019947。该菌株在25～37℃发酵1%~4%海带一天内可完全降解块状海带(0.5～1）cm×（0.5～1）cm，海带降解率达到70%；可产褐藻胶裂解酶，酶活达到54.5 U/mL，比酶活达到545 U/mg，该酶水解海藻酸钠可以制备聚合度为2~4的褐藻寡糖。CN201810441314.3公开了一株产褐藻胶裂解酶的约氏黄杆菌，从土壤及河水样品中分离出约氏黄杆菌(Flavobacterium johnsoniae)WX-11，即约氏黄杆菌CGMCC No.14444。该发明还公开了利用此菌种制备褐藻胶裂解酶及对含有褐藻酸盐的高粘原料的降粘处理。该约氏黄杆菌WX-11所产的褐藻胶裂解酶可降解海藻酸钠，生成具有生物活性的褐藻寡糖。CN201810325487.9公开了一种重组褐藻胶裂解酶及其构建方法及应用，其涉及的褐藻胶裂解酶Aly-Cob来源于环境样品，利用基因工程的方法将该褐藻胶裂解酶的基因克隆到表达载体上，获得可异源表达褐藻胶裂解酶的重组菌株，该菌株发酵产生的褐藻胶裂解酶Aly-Cob具有降解海藻酸钠制备褐藻寡糖的功能。CN200310105726.3公开了一种用古罗糖醛酸裂合酶制备古罗糖醛酸寡糖的方法，其将弧菌Vibro sp.WYB发酵得到的α-1，4-L-古罗糖醛酸裂合酶加到含有多聚古罗糖醛酸或者褐藻胶的水溶液中，在25~40℃和pH 6~8的磷酸盐缓冲液中恒温酶解12~24 h，再将温度升高到60~80℃，旋转浓缩，浓缩液用BioGel-P2或者Sephadex-G10柱脱盐，合并含糖组分，冷冻干燥得到寡糖混合物，该寡糖混合物采用Superdex30或者BioGel-P6填料分离，并用0.1~0.3 mol/L氯化钠或者碳酸氢铵水溶液洗脱，用紫外或示差检测器检测。该发明操作简单，容易控制，得到的酶专一性强、活力高、稳定性好，获得的古罗糖醛酸寡糖可作为功能食品添加剂和植物促生长剂等。CN201710008519.8提供一株高产褐藻胶裂解酶的海洋灿烂弧菌(Vibiro splendidus)OU02株，其保藏编号为CGMCC No.13478，可用于生产制备褐藻胶裂解酶，可以降解褐藻胶产生具有潜在生物学活性的褐藻寡糖。CN202210054809.7提供一种应用纳豆芽孢杆菌对岩藻寡糖混合物进行单糖脱除及纯化的方法，将纳豆芽孢杆菌接种含有单糖的岩藻寡糖混合物，获得含有岩藻寡糖、纳豆芽孢杆菌和纳豆激酶的发酵液，离心分离上清液和菌体，上清液超滤获得寡糖滤出液和纳豆激酶截留液，滤出液经过浓缩干燥，获得纯度大于85%的岩藻寡糖，离心菌体重悬后循环使用，纳豆激酶截留液浓缩冻干成粉。CN201010594011.9涉及了一种利用基因工程菌株耦合发酵合成人乳岩藻糖基化寡糖的方法，主要是利用基因工程技术构建代谢工程菌株实现代谢途径中关键酶的高效表达，进而在体外实现人乳岩藻糖基化寡糖的生物合成，此方法构建的工程菌株能增加这种酶基因的拷贝数，提高酶的表达量从而能高效合成人乳岩藻糖基化寡糖，为工业化低价合成人乳低聚糖提供一条可行途径。CN201710030991.1提供一株高产岩藻多糖降解酶菌株，其保藏编号为CGMCC No.13477。该发明的微生物菌株用于生产岩藻多糖降解酶，降解岩藻多糖硫酸酯，产生具有潜在生物学活性的寡聚岩藻糖硫酸酯。CN201811408665.0提供一种功能性κ-卡拉胶寡糖的酶解制备方法，以麒麟菜为原料采用高温水提法提取卡拉胶，利用发酵制备获得的κ-卡拉胶裂解酶降解卡拉胶制备κ-卡拉胶寡糖，实现红藻资源的高值化利用。

目前，尽管科学家们对海藻寡糖的结构、活性及其应用等已进行了广泛的研究。但海藻寡糖开发还存在一些技术瓶颈，如海藻寡糖的具体作用机制、高效制备方法等，未来的发展方向主要集中在从分子水平上阐明海洋功能寡糖的作用机制、工程菌的构建以及发酵生产工艺优化等方面，进一步推动我国海藻资源的高值利用。