褐藻胶具有广泛的应用价值，据统计褐藻胶的全球产量每年约有27000吨，价值约15.15亿元，广泛应用于食品、纺织、生物、医药、发酵等工业。褐藻胶分子是由β-D-1，4-甘露糖醛酸（mannuronic acid，简称M）和α-L-1，3-古罗糖醛酸（guluronic acid，简称G）两种单体组成的嵌段线形聚合物（图4-7），其分子中存在三种嵌段：均聚甘露糖醛酸（M）n、均聚古罗糖醛酸（G）n和M、G两种单体交替的嵌段。不同藻中M和G比例差异也较大，如我国以海带生产的褐藻胶M/G比值在2.26左右，而马尾藻褐藻胶中M/G值在0.8～1.5。海藻的不同部位M/G比值也有差异，如海带，M/G大小顺序为基部＞中部＞尖部。褐藻胶M/G值不仅决定了其结构的不同，也决定了其物理化学性质的不同。
图4-7 褐藻胶单体的化学结构
褐藻酸的降解方法可归纳为四类：选择沉淀法、稀酸水解法、酶解法和直接加热法。目前，普遍采用的方法是稀酸水解法，这种方法的降解速度慢，且需高温、高压，操作较复杂，酶解法降解条件温和，有待以酶解法降解取代稀酸水解法，因此褐藻酸裂合酶最近受到重视，而且酶解法降解褐藻酸使这种多糖有了更广泛的应用潜力。
褐藻胶裂合酶主要是1，4-α-古罗糖醛酸裂合酶（EC 4.2.2.11）和1，4-β-甘露糖醛酸裂合酶（EC 4.2.2.3），分别作用于古罗糖醛酸段和甘露糖醛酸段，并在非还原末端产生的C4，5不饱和双键，在230～240nm有强吸收。在海洋细菌、真菌中可检测出褐藻胶裂合酶，如弧菌Vibrio alginolyticus，黄杆菌Flavobacteriummultivolum，克雷伯氏菌Klebsiella aerogenes、K.pneumoniae，假 单 胞 菌Pseudomonas alginovora、P.aeruginosa，肠 杆 菌Enterobacter cloacae，光合细菌Photobacterium，别单胞菌Alteromonas，芽孢杆菌Bacillus circulans，Alginovibrio aquatilis，Azotobacter vinelandii，Agarbacterium alginicums等。在海洋软体动物和棘皮动物体内也有褐藻胶裂合酶。
1974年，Lyudmila等从软体动物（Mollusk littorina）分离出褐藻胶裂合酶，纯酶的相对分子质量为40000，最适pH 5.6，pH稳定范围为4～8，在50℃保温1h酶完全失活，该酶水解褐藻酸及其寡糖，表现出内切反式消去酶的性质，主要断裂褐藻酸中的M-M键。1984年，朱仁华从三种海螺：朝鲜花冠小月螺（Lunella cornata coreensis）、单齿螺（Monodonta labio）和疣荔枝螺（Purpura clavigera）分离出的粗酶提取液，以褐藻酸钠为底物用黏度法测定了酶的活性，尤其以朝鲜花冠小月螺的分解活性最高，在60min内可使褐藻酸钠的黏度下降近90%，但未对降解产物进行研究。从某些细菌或海洋动物中分离的褐藻酸降解酶，有的只降解甘露糖醛酸嵌段，有的只降解古罗糖醛酸嵌段，有的二者皆可。这些酶对褐藻胶的降解只有两种方式：① 糖苷键的水解；② 从降解链的非还原末端脱水生成双键。表4-7列出了褐藻胶裂合酶产生菌的培养基组成，褐藻酸钠作为培养基中的碳源甚至是唯一碳源。
表4-7 几种褐藻胶裂合酶产生菌的培养基组成
迄今，只有几种褐藻胶裂解酶的基因得到克隆和测序。1991年，Brown等报道了用基因工程方法从褐藻附生生物分离的细菌的D-甘露糖醛酸裂解酶基因克隆到大肠杆菌中表达，生产D-甘露糖醛酸裂合酶。另外Pseudomonas sp.OS-ALG-9、P.alginovora、Klebsiella pneumoniae和P.aeruginosa的褐藻胶裂合酶基因也已被测序并克隆到大肠杆菌中用于大量生产褐藻胶裂合酶、甘露糖醛酸裂合酶和古罗糖醛酸裂合酶。1993年，Malissard等把海洋细菌ATCC 433367的褐藻胶裂合酶基因克隆到E.coli生产甘露糖醛酸裂合酶，发酵液产酶50μg/L，后用E.coli BL21（DE3）/Pal-Sur/pLysS大量生产酶，发酵液产酶量达32mg/L。有关微生物褐藻胶裂解酶的基因克隆及结构研究代表了这一领域最新、最重要的进展。通过将褐藻胶裂合酶的基因克隆到适于工业化生产的宿主细胞，可使褐藻胶裂合酶的发酵产率发生量的飞跃。此外对褐藻胶裂合酶结构的详细了解使得设计适于工业化应用的酶种成为可能。毫无疑问，微生物褐藻胶裂合酶的基因克隆与结构鉴定方面的突破将对酶的生产产生深刻的影响。
褐藻胶降解产物在医药方面有广泛的用途。用Alteromonas sp.生产的褐藻胶裂合酶降解褐藻胶，得到相对分子质量小于1000的褐藻胶寡糖（其中2～5糖的比例占80%），可作为人表皮角质化细胞的激活剂；用微生物褐藻胶裂合酶降解褐藻酸钠或褐藻酸钾，再用KOH和钙盐处理得到寡聚褐藻酸钾和寡聚褐藻酸钙，可用于防治高血压；聚合度1～9的寡聚甘露糖醛酸或古罗糖醛酸用于制作矿物吸收促进剂；褐藻胶寡糖可以作为血管内皮增长促进剂，促进发炎组织康复；作为补牙材料可以防止牙龈炎；制作安全可靠的真皮溃疡治疗剂，用于外科手术、烧伤、溃疡等，无任何副作用；褐藻胶酶解产物具有抑菌活性，可用于食品保存；褐藻胶寡聚糖醛酸，经特定的方式改性后，有特殊的药用活性，如国家新药PSS、甘醣酯。此外，一些褐藻衍生寡聚糖对植物生长的生理活性的影响也引起了人们对其生物化学方面的兴趣。褐藻胶寡糖可以提高菌根真菌对植物的感染，促进作物的生长，提高果品的品质；褐藻胶寡糖可以作为兰花的培养促进剂，使兰花花茎粗壮，减少根部修剪造成的根部损伤；还可以提高植物的抗冻能力。褐藻胶降解产物也用于化工行业，如作为印泥材料的成分；添加到墨水里提高墨水的喷墨及打印质量；作为酚噻嗪染料的稳定组分。
褐藻酸裂合酶还用作海藻解壁酶，以获得DNA、单细胞和原生质体。1995年，戴继勋等由海带、裙带菜病烂处分离出海藻胶降解菌埃氏别单胞菌（A.espejiana）和麦氏别单胞菌（A.macleodii），并通过发酵培养制备出海藻胶降解酶，进行裙带菜和海带的细胞解离，获得了大量的单细胞和原生质体。海藻原生质体可通过诱变育种和种间细胞融合进行海藻优良品种的选育；酶解大型海藻可以生产用于海水养殖的单细胞饵料，解决单胞藻活体饵料供应不足的问题。图4-8是利用褐藻胶裂合酶对裙带菜（Undaria pinnatifida）进行解壁的过程。此外，微生物源的海藻解壁酶还有：琼胶酶、卡拉胶酶、甘露聚糖酶、木聚糖酶、紫菜聚糖酶等。
图4-8 海藻胶裂合酶用于海藻解壁的过程
a.完整的裙带菜（Undaria pinnatifida）叶片细胞，标尺＝100mm；b.褐藻胶裂合酶消化叶片0.5h的结果，细胞开始发生解离，标尺＝50mm；c.褐藻胶裂合酶消化叶片2h的结果，海藻原生质体开始游离产生，标尺＝20mm；d.褐藻胶裂合酶消化叶片2h的放大图片，显示海藻细胞壁破坏后，形成的球形原生质体，标尺＝10mm
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