[01245872]生物催化剂的创制及其在海洋生物资源开发中的应用

本项目属于生物技术领域与海洋生物资源开发领域，特别强调基因工程、发酵工程以及酶工程等技术在生物催化及的开发制备，及其在海洋生物资源开发利用中的应用。

我国是一个海洋大国，目前我国的海洋生物资源加工行业以传统加工为主，普遍存在着资源利用率严重不足、产品附加值偏低、环境污染特别严重、食品安全性仍受威胁等问题，已成为制约我国海洋经济持续快速发展的重要瓶颈。

如何攻克海洋生物资源及其加工副产物的绿色加工关键技术，提高海洋生物资源利用率、利用价值和产品质量，已经成为海洋资源开发领域的迫切需求。

本项目聚焦于生化工程技术在海洋生物资源开发中的应用，针对生化工程技术的核心-生物催化剂的创制和应用进行深入研究，获得了以下成果：1)系统性地建立了海洋生物资源开发专用酶与微生物资源库，为生化工程技术在海洋生物资源高值化绿色加工中的应用奠定了基础。

围绕可培养微生物的纯培养和不可培养微生物的基因挖掘，结合全基因组测序、宏基因组文库构建和特殊代谢途径分析等方法，从“基因-酶-反应”层面实现了对海洋水产加工专用酶的快速预测和发掘。

基于海洋营养元素的限制性筛选策略，建立了直接以海洋生物资源为唯一营养成分发酵转化以及可高效转化海洋功能因子的微生物工具库获得了10多种海洋生物资源加工专用酶，酶编码基因100多条，微生物300余株。

同时针对海洋生物资源加工专用酶，开发固定化载体，提高了酶的活性和稳定性。

2)综合性地建立了微生物发酵转化甲壳类海洋生物资源提供功能活性物质，以及酶催化制备高值化甲壳素衍生物的关键技术，开拓了生物加工技术对甲壳类海洋生物资源综合利用的新领域。

根据甲壳类海洋生物资源的不同新鲜程度，建立了双菌协同发酵法、益生菌发酵-内源酶催化耦合法和益生菌发酵-有机酸提取耦合法等技术，高效提取甲壳素、虾青素和功能蛋白粉等海洋活性物质的关键技术。

针对高值化甲壳素衍生物的制备，开发了甲壳素酶、甲壳素脱乙酰酶、壳聚糖酶等甲壳素加工系列酶制剂。

同时，针对甲壳素结构致密、溶解度小、酶难以结合等问题，建立了离子液体预处理结合酶转化的催化体系，实现了甲壳素的高效降解加工。

3)创新性的建立了海洋生物脂质的定向生物催化转化关键技术，系统研究了特定构型海洋生物脂质的功能活性，提升了海洋脂质功能食品的国际竞争力。

阐明了海洋脂质加工酶转化特殊结构海洋脂质的选择性机制，实现了不同构型DHA-磷脂、高纯度有力虾青素的生物转化制备。揭示了海洋功能脂质经生物转化结构修饰后营养功能的变化规律，证实了DHA-PS、游离虾青素等海洋功能脂质在抑制神经炎症、促进神经营养因子产生、保护受损神经细胞等方面的营养功能。

创造性地建立了基于结构解析和理性设计改造的海藻加工专用酶创制技术，建立了特定结构海藻寡糖的酶法制备关键技术，实现了海藻绿色加工体系的系统构建。揭示了琼胶酶“序列-结构-功能”之间的内在关系，获得酶活性和热稳定性显著提高的人工设计酶，同时通过固定化双酶体系协同作用，实现了L-3，6-内醚半乳糖和聚合度为2-5琼胶寡糖的定向理性制备与高效同步制备，突破了技术琼寡糖只能通过化学法制备的瓶颈。

本项目已经获得授权国家发明专利16项，计算机软件著作权1项，参编行业标准1项；相关研究结果发表论文37篇，多篇论文发表在国内外生物工程和食品科学领域的主流杂志上。

本项目技术推广获经济效益达35136万元，新增利税3969万元，获得了显著的经济效益、社会效益和生态效益，对促进我国生物催化剂行业水平的持续提高、我国海洋产业的健康、高效和可持续发展具有重要意义。