科创中国

近年来随着社会的发展，在人类健康、食品原料、个人护理、动物营养、农业生产等领域对高活性功能因子需求量不断增加，而甲壳素在自然界中储量巨大，是仅次于纤维素的第二大天然多糖，壳寡糖、甲壳寡糖等甲壳类低聚糖甲壳素的衍生产品具有独特的生理活性，在食品、医药、农业和日用化工等领域具有广泛的应用，自2014年起国内甲壳类低聚糖需求量增速稳定在10%以上，行业处于高速成长阶段。传统甲壳类低聚糖的制备主要采用酸碱预处理、酸解或与酶解制备联用的方法，生产成本高且制备的产品品质差，酶法制备甲壳类低聚糖已成为一种发展趋势。酶解法具有反应条件温和、产物均一度高、制备过程无污染等特点，是一种绿色、经济、高效的生产方法，但目前酶解法所需酶来源少、产量低，相关研究大多停留在实验室研究阶段，难以实现规模化应用，导致市场上高端甲壳类低聚糖供不应求，价格高昂。本项目通过搭建甲壳类低聚糖加工专用酶库及相应酶高效制备体系，实现甲壳类低聚糖的全酶法制备技术的从头研发到规模化量产，为甲壳类低聚糖的绿色高质高效生产提供技术支撑和理论支持。

（1）对不同来源的甲壳类低聚糖专用酶进行基因搜寻和外源重组克隆表达，研究其降解特性、应用性能和产物组成，系统阐明甲壳类多糖生物转化机制，建立了基于甲壳类生物资源“全基因组序列分析-营养成分结构鉴定-途径蛋白功能解析”的加工专用酶高通量挖掘策略，构建得到甲壳类低聚糖加工专用酶库。（2）采用酶进化统计分析、活性中心结构解析、分子模拟、定向进化及定向改造等技术手段优化酶的特异性、稳定性及其靶向活性产物的催化效率。创新强化重组蛋白分泌的工艺，形成适合大规模工业化生产的重组酶高效分泌表达的新策略。（3）建立多酶固定化级联反应可控技术，通过固定化酶膜反应器实现多酶协同制备精准结构甲壳类低聚糖，实现了酶催化与产物分离的同步进行。以微生物反应过程和工程化技术为基础，通过微生物在反应器中的生长代谢合成所需产物，后期通过相关分离纯化技术对产物进行精制，实现甲壳类低聚糖的全酶低成本规模化生产。

基于甲壳类低聚糖及其衍生物的精准制造体系，目前已形成保健品、功能食品、植物生长调节剂原料的特定结构甲壳寡糖、壳寡糖；促进水产动物生长的N-乙酰氨基葡萄糖硒；改善疏松的氨基葡萄糖硫酸软骨素等多条生产线。投产后产品作为下游产业提供重要功效原料，应用领域可覆盖膳食营养补充剂、功能性食品、保健食品、特医食品、化妆品、动物营养、植物生长等终端产品的万亿级市场，推动功能产品行业发展和升级改造，为大健康事业添砖加瓦。作为自然界主要的海洋糖类物质，甲壳类低聚糖及其衍生物的开发和制造将拓展人类食物和营养的边界，更好的践行习近平总书记“大食物观“的理念和满足人民群众日益增长的物质文化需求。

团队主要研究领域为应用酶工程、代谢工程和发酵工程等生化工程技术进行海洋生物资源开发和海洋食品、功效物质与材料的生物制造研究，主要有以下四个方面：海洋食品酶学与生物催化、海洋生物资源利用与水产品生物加工、海洋功效物质的合成生物学与系统代谢工程、生物材料制备与应用。研究团队承担/参与包括国家杰出青年基金、国家重点研发计划在内的国家自然科学基金委、农业部、科技部以及省市级研究课题30余项，发表学术论文100余篇，授权国家发明专利30余项，并获得包括神农中华农业科技一等奖和教育部技术发明二等奖在内的各类科技奖励10余项。

创新产出的甲壳类低聚糖及其衍生物等将直接推动海洋生物资源的高值化、高质化发展，保障和提升人民群众的健康生活；使得生物资源价值提升5~10倍，实现甲壳类水产品的综合利用。促进产业绿色转型，能源消耗降低50%。服务甲壳类水产品加工产业升级，服务于经济社会发展需要，服务山东省海洋强省建设，相关技术实现推广应用，促进行业的绿色转型升级。 以特定聚合度壳寡糖制造为例：目前总物料成本为120000元/吨，经处理得到的壳寡糖价值400000元/吨，其中培养基成本仅为物料成本0.6%，实现了物料的高值化利用。

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