1、 壳聚糖的概述

壳聚糖（Chitosan,CTS），学名为（1，4）-2-氨基-脱氧-β-D葡萄糖，是一种碱性多糖，常被应用于医药、功能材料和食品等领域[1]。制备壳聚糖的原料和方法的差异会造成壳聚糖的分子量从数十万到数百万不等，其物理化学特性和应用范围也不相同，主要分为高分子量壳聚糖、低分子量壳聚糖两大类 [2]。高分子量壳聚糖也称为多聚糖，分子量约为几十万左右，溶于稀酸，可生物降解，不易造成二次污染，因其良好的絮凝和络合成膜的作用被广泛应用于中药提纯、环保、食品等领域；低聚壳聚糖不但具有壳聚糖大分子的一些功能，还兼具低聚壳聚糖所特有的生理功能[2]，如：有利于人体内有益肠道菌群的增殖、增强机体免疫功能，甚至可以有效降低癌细胞的生理活性，还可以增加持水性、抑制细菌的生长等，在农业、食品、医药等诸多行业应用广泛，因此，它早已成为国内外研究热点[3-4]。

目前降解壳聚糖的方法主要有化学降解法、物理降解法和酶降解法三种。化学降解法主要利用酸解原理，此法虽然反应快，但得率较低，且产物复杂，难以分离，侵蚀反应容器，对环境也会造成很大压力[5]。物理降解法主要分为：超声波降解法、辐射降解法和微波降解法，虽然降解速度很快，污染少，但降解产物分子量较大，工艺过程难以控制限制了物理法的大规模应用。酶降解法其反应过程容易被人为控制，反应条件温和，无副产物，对环境无污染，通常使用两种类型酶：非专一性酶和专一性酶。前者包括溶菌酶、脂肪酶等，其它们降解壳聚糖的弊端体现在其降解程度大大降低，且产物复杂用酶量大；专一性水解酶以壳聚糖酶为特异性水解底物壳聚糖，降解程度高，成为降解壳聚糖酶首选的方法[6]

2、 壳聚糖酶的发现和来源

壳聚糖酶的发现源于Monaghan[7]在对真菌和细菌做研究时，首次提出了一种能降解完全脱乙酰化的壳聚糖酶( chitosanase，EC 3. 2. 1. 99)。壳聚糖酶在1992年被酶学委员会系统命名[8]。随后，经过几十年的研究，在多种微生物 (包括细菌、放线菌 、真菌以及病毒等)及单子叶和双子叶植物的不同组织中，人们陆续发现有壳聚糖酶存在[9]。

3 微生物来源壳聚糖酶的理化性质及作用

不同微生物由于来源不同，所以其结构和组成不同，最终导致其壳聚糖酶性质不同[10]。一般来说，微生物的壳聚糖酶为碱性蛋白，产生催化作用的最适pH为4.0-8.0，分子量范围为20000～40000；且大多数微生物的壳聚糖酶具有较好的热稳定性，其最适作用温度为30-70℃[9]；微生物中壳聚糖酶对底物具有一定的专一性，都可水解胶状壳聚糖、水溶性壳聚糖衍生物，如乙二醇壳聚糖等， 酶解终产物为聚合度2-4的壳寡糖[10]。

研究表明，壳聚糖只有在其分子量降到一定程度时才能表现出许多特殊的功能，因此如何温和、选择性地降解高分子量壳聚糖已成为目前研究的热点[11]。在对壳聚糖酶酶学性质研究后发现，壳聚糖中的β-1，4-氨基葡萄糖糖苷键可以被壳聚糖酶特异性催化，从而有效降低分子量，还可以得到应用范围广泛的壳寡糖和甲壳低聚糖(Chitooligosaccharides，简称 COSs)，其在食品、植物生理、医药和化妆品领域有多方面的应用[12]。

4、 壳聚糖酶分子水平的研究

随着研究的深入，关于壳聚糖酶分子水平的研究报道日益增多，其中最热门的研究方向包括壳聚糖酶蛋白分子和壳聚糖酶基因工程[13]。与此同时，研究人员利用日益完善的数据库和生物信息学，尝试利用筛选出的已知基因序列的产壳聚糖酶的菌株，设计PCR引物用于壳聚糖酶基因的克隆，并完成其表达[13]。2007年马镝等[14]首次对巨大芽孢杆菌BS-0409壳聚糖酶基因进行克隆与测序分析，但并未进行其表达的研究。Li等[15] 利用大肠杆菌作为受体菌，将Aspergillussp.CJ22－326内切型壳聚糖酶基因克隆后，转到其中，并使用IPTG诱导细胞产酶并纯化重组蛋白。结果显示：重组蛋白酶活高于原壳聚糖酶活力。Huaiwei Liu等[14]筛选的一株Fusarium solani 0114，其产壳聚糖酶的能力偏弱，为73.5mU/mL，研究人员将壳聚糖酶基因连接到新的载体上，构建了一个重组质粒，并导入大肠杆菌中进行大量表达，结果表明重组壳聚糖酶的酶活是原酶活的2.1倍。杨光[15]等在实验中构建了枯草芽孢杆菌壳聚糖酶基因的真核表达体系，在毕赤酵母GS115 (Pichia pastoris)中进行重组表达，获得了有生物学活性的重组壳聚糖酶，结果显示粗酶的比酶活达到133.60 U/mg。诸多事实证明想要提高壳聚糖酶产酶活力，为大规模生产壳聚糖酶探索途径，利用基因工程手段操作具有可行性。