固定化幾丁質酶，可利用食物廢棄物生產二-N-乙酰基殼二糖

2025-04-07 14:19

文章背景簡介

BACKGROUND INTRODUCTION

幾丁質是一種豐富的天然多糖，在自然界中廣泛存在，是許多甲殼類動物、昆蟲外骨骼以及真菌細胞壁的主要成分。然而，大量的含幾丁質食物廢棄物（如蝦殼、蟹殼等）在食品加工過程中被產生并丟棄，這不僅造成了資源的極大浪費，還可能對環境帶來負面影響。在這樣的背景下，如何實現這些幾丁質食物廢棄物的高值化利用成為了一個亟待解決的問題。

二-N-乙酰基殼二糖作為一種具有重要生物活性的低聚糖，在醫藥、食品、化妝品等多個領域展現出了廣闊的應用前景。例如，它具有抗炎、抗菌、抗氧化等多種生理功能，能夠調節人體免疫系統、改善腸道菌群等。傳統的化學合成方法制備二-N-乙酰基殼二糖存在諸多弊端，如反應條件苛刻、副反應多、產物分離困難以及對環境的污染等。相比之下，生物催化法以其高效、環保、特異性強等優點逐漸成為研究的熱點。而幾丁質酶能夠特異性地降解幾丁質，生成二-N-乙酰基殼二糖，為從幾丁質食物廢棄物中制備該物質提供了可能。

固定化酶技術在近年來的發展為解決酶的穩定性、回收利用等問題提供了有效的手段。通過將幾丁質酶固定在合適的載體上，可以提高酶的穩定性和重復使用性，降低生產成本，同時也便于與反應體系分離，有利于實現連續化生產。基于此，作者開展了這項關于利用固定化幾丁質酶作為生物催化平臺，從回收的幾丁質食物廢棄物中生產二-N-乙酰基殼二糖的研究，旨在探索一種可持續、高效的資源回收利用途徑，為實現幾丁質食物廢棄物的高值化轉化提供理論支持和實踐參考。

為了開發一種高效的生物催化幾丁質酶固定化系統，用于從幾丁質廢物中產生生物活性的二-N-乙酰基殼二糖，泰國維迪亞西里梅迪科學技術研究所Ailada Charoenpol等人于2024年7月在《Bioresource Technology》（IF=9.7，Q1）發表了題為“Immobilized chitinase as effective biocatalytic platform for producing bioactive di-N-acetyl chitobiose from recycled chitin food waste”的文章。

所用到的主要方法

METHODS

1、電子顯微鏡（TEM）分析

2、傅里葉變換紅外光譜（FTIR）分析

3、熱重分析（TGA）

4、薄層色譜（TLC）分析

5、高效液相色譜（HPLC）分析

6、四極桿飛行時間質譜（QTOF-MS）分析

文章摘要

ABSTRACT

本文通過幾丁質酶在磁性納米顆粒（MNPs）上的固定化，作為從幾丁質廢物中酶促生產二-N-乙酰基殼二糖的生物相容性載體。幾丁質酶固定化的產率為88.9±1.6%，活性保留率為97.8±1.0%，與游離酶相比，固定化具有更好的熱穩定性和儲存穩定性。實際的好處是，磁性納米載體的附著可以在重復應用后很容易地回收酶，從而可持續地重復使用。在固定狀態下，經過16個反應循環，幾丁質酶仍保持了39.7±2.6%的起始活性。此外，固定化幾丁質酶比游離幾丁質酶具有更高的催化活性，可以在一步反應中將蝦殼和魷魚的幾丁質轉化為二-N -乙酰基幾丁質。從蝦殼中純化的化合物最終收率為37.0±1.2%，從魷魚殼中純化的化合物最終收率為61.1±0.5%。綜上所述，作者開發了一種高效的幾丁質酶固定化生物催化系統，用于從幾丁質廢棄物中生產具有生物活性的二-N-乙酰基殼二糖。