(1)甲壳素水解
以往的生产氨基葡萄糖的原料主要来自于甲壳素,即从虾蟹壳中提取甲壳素与壳聚糖,再经浓盐酸水解,提取,浓缩,结晶后而成。虽然高浓度的酸能够溶解甲壳素和壳聚糖使其降解为GlcN,但是其弊端就在于使用大量的强酸所造成的废水将会对生态环境造成严重的破坏,这一方法必将不是长久之计,同时生物转化率也不尽人意。研究者们也在不断的研发新的更高效环保的方法。
(2)酶解法
酶解法,即使用能够水解甲壳素和壳聚糖的酶来水解虾蟹壳得到氨基葡萄糖。使用酶解法同样也面临一些问题。虽然使用酶解法不会造成严重的环境污染问题,但是要直接使用虾蟹壳作为原料,必定会因为时间和地点的变化成为不可忽视的问题。其次,作为工业生产时,酶的成本高而转化率跟不上使用的酶的价格。也就是说酶解法的性价比并不是最好的。更重要的是通过酶解法得到的GlcN在临床应用上可能会造成一些患者过敏反应[14]。所以酶解法也并不是最高效的产氨基糖的方法。
(3)化学合成法
使用化学合成法生产氨基葡萄是运用化学加成转化的方法将按照所需要的物质的化学结构通过化学反应将简单的单体合成为目的产物。尽管近些年来对化学合成产氨基葡萄糖有了较多的研究,但是由于其本身的化学结构复杂,不易操作,同样也是困难重重,不易达到工业生产要求。其中研究学者运用多种单糖尝试化学合成,但是一方面因为要控制C1位上的立体化学和羟基的区域选择时会存在一些困难[15],其次氨基葡萄糖单体的分子内反应中心较多,这一点也不利于化学合成的进行。目前能够进行顺利合成的是Ludmila等做的研究,他们以亚异丙基甘油醛为起始物质,通过Julia成烯反应和环化作用,合成了氨基葡萄糖[17]。有关这方面的研究正在继续开发。
(4)微生物发酵
微生物发酵法生产GlcN得到了越来越多研究者的关注。相较于酸水解法与酶解法,微生物发酵法生产GlcN具有突出优点:消除了随时间和地域所带来的对原料的限制;产品无异味;生产周期相对时间短,生产强度高;对环境污染小;不易产生过敏反应,或机率大大降低。目前,能够通过发酵产氨基葡萄糖的微生物有真菌,一部分细菌,基因工程构建的工程菌等。本实验中将使用欧文杆菌发酵生产氨基葡萄糖。
①大肠杆菌等细菌发酵生产GlcN
很多细菌都可以利用糖类中的碳源来进行转化分解其他的物质。同样大肠杆菌可以在LB培养基中利用葡萄糖通过糖酵解和戊糖磷酸途径等途径进行分解和代谢,最终能够生成胞外产物GlcN。在大肠杆菌合成GlcN时,磷酸氨基葡萄糖合成酶为最重要的限速酶,其由glms基因编码。虽然glms基因能够促使氨基葡萄糖在细胞内大量生产,但是作为胞外产物,GlcN的大量积累必然会造成大肠杆菌的生长限制。而本实验中所采用的欧文杆菌隶属于大肠杆菌,所以其发酵过程情况类似于大肠杆菌。
②真菌发酵生产不仅细菌可以生成发酵氨基葡萄糖,很多真菌也能够产氨基糖。在革兰氏阴性菌和真菌的细胞壁也是产氨基葡萄糖的来源地。真菌所用的生产GlcN的菌种大部分则是霉菌。霉菌属于真菌的一大类,霉菌的细胞壁含有丰富的几丁质,故研究人员认为可以通过提取霉菌中的细胞壁来的到氨基糖的原料。真菌中同样含有氨基葡萄糖的酶系。只是所编码的基因合有所不同,真菌中的磷酸氨基葡萄糖合成酶是由gfa1基因编码的。Aspergillussp.BCRC31742[18]作为重要的产GlcN菌株,随着研究的深入,有望成为高产GlcN的优良工业菌株。