[发明专利]一种利用木质纤维素生产甲壳素/壳聚糖的方法

说明书

技术领域

本发明属于生物工程技术领域，尤其是微生物利用木质纤维素资源发酵生产高附加 值产品的方法，具体涉及将木质纤维素用于微生物发酵生产甲壳素/壳聚糖的方法。

背景技术

甲壳素，又名几丁质，是2-乙酰氨基葡萄糖直链多聚体，广泛存在于虾、蟹、昆虫 等甲壳类动物的外壳、软体动物的器官(如乌贼的软骨)中。壳聚糖是β-1，4-氨基葡萄 糖的直链聚合物，可通过甲壳素的化学热处理获取，或从真菌细胞壁中分离。壳聚糖是 一重要的化工产品，由于其粘合性好、成纤成膜性能优良，无毒、无气味，被广泛应用 于食品保鲜技术；由于其具有抗衰老、防皱、美容和保健等作用，在化妆品领域有较大 应用；同时壳聚糖还可明显降血脂、降血糖、增强免疫，在医药领域应用广泛；此外， 壳聚糖还可应用于环境治理过程，如去除污水中的重金属等。目前市场上出售的壳聚糖 主要由虾、蟹等外壳提取的甲壳素经脱乙酰化后制得，该方法在处理过程需大量强酸、 强碱，对设备要求高，环境污染大，且所获得的产品缺乏稳定的物理-化学性能，工业 应用范围较窄。

研究表明，从真菌中提取的壳聚糖具有稳定的物理化学特性，且壳聚糖的分子大小 可通过发酵参数的改变进行调整，能够满足不同工业应用要求，目前利用真菌发酵生产 壳聚糖已成为各国的研究热点。发酵法制备甲壳素/壳聚糖常用菌种为曲霉、毛霉、根霉， 如黑曲霉(Aspergillus niger)，鲁氏毛霉(Mucor rouxii)，米根霉(Rhizoups oryzae)，少 根根霉(Rhizoups arrhizus)等。现有技术中，S.Chatterjee通过考察糖蜜(MSM)、土豆 汁(PDB)、葡萄糖酵母膏蛋白胨(YPG)等碳源对鲁氏毛霉(Mucor rouxii)积累壳聚 糖的影响，认为MSM最利于壳聚糖的积累；Kaplan通过延长鲁氏毛霉(Mucor rouxii) 的培养时间及变更培养基成分，增加了生物量同时壳聚糖的积累量得到提高，且分子质 量增大；Goksungur以糖蜜为原料发酵米根霉生产壳聚糖，通过改变通气速率、搅拌转 速及初始糖浓度使壳聚糖产量从961mg/L提高至1109.32mg/L；Yoshihara在米根霉发 酵产甲壳素/壳聚糖过程中，通过添加5～12g/L的D-psicose，大幅提高了二者的含量； Sudipta Chatterjee在米根霉生长过程中添加少量激素类物质增进了甲壳素的脱乙酰程 度，壳聚糖的生成量获得提高；陈世年以YPG培养米根霉，72小时后细胞干重达19.31 g/L，经提取壳聚糖产率为10.1％(按干重计)，脱乙酰度为92％。由此看来，微生物发 酵法制备壳聚糖的研究已取得较大进展，但欲与化学工艺媲美，提高产品质量的同时， 降低发酵成本仍是其关键要素。

木质纤维素是地球上储量最丰富的生物可再生资源，主要来源于农林废弃物，包括 玉米秸秆、玉米芯、废木屑等，含35％～50％的纤维素，20％～35％的半纤维素和10％～ 15％的木质素。理论上，木质纤维素的降解产物中富含大量的糖类，主要有纤维素的降 解产物葡萄糖，及半纤维素的降解产物木糖等，这些降解后的糖均可被微生物发酵转化。 但目前较多的木质纤维素资源都被遗弃或焚烧，在资源浪费的同时还造成了严重的环境 污染。若能以现代生物技术手段，将储量丰富、廉价的木质纤维素资源变废为宝，对于 我国这样一个人口众多，人均资源贫乏的农业大国，将具有丰富的经济、环境和社会效 率。目前关于微生物如何有效利用木质纤维素的研究主要集中于将木质纤维素降解得到 的混合糖液用于乙醇、有机酸的发酵方面，产品多为大宗化学品，附加值低，且微生物 在利用木质纤维素发酵过程中普遍存在对水解产物木糖利用率低，代谢效率差等诸多问 题，造成了木质纤维素的低利用，发酵产品的高成本、低竞争力的现状，故有必要从木 质纤维素的有效利用，及高附加值产品的开发这两方面对木质纤维素的应用进行更广泛 的技术方案的设计和应用。

发明内容

本发明的技术目的是提供一种能有效利用木质纤维素的水解液用于微生物发酵生 产高附加值产品——甲壳素/壳聚糖的方法，使得该技术方案在实现木质纤维素有效利用 的同时，还具备高产甲壳素/壳聚糖的能力，有效降低甲壳素/壳聚糖的生产成本。

为了实现本发明的技术目的，本发明采用的技术方案如下：