低温高压均质法提取谷胱甘肽的生产工艺研究_万俊.pdf

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1、作者简介：万俊（），男，湖北工业大学在读硕士研究生。：通讯作者：蔡俊收稿日期：第 卷第期 年月食 品 与 机 械 ，低温高压均质法提取谷胱甘肽的生产工艺研究 万俊 王常高 蔡俊 朱昌雄 姚娟 （湖北工业大学发酵工程教育部重点实验室和工业发酵湖北省协同创新中心，湖北 武汉 ；安琪酵母股份有限公司，湖北 宜昌 ）（），；，）摘要：以鲜酵母为原料，对高压均质法提取谷胱甘肽进行研究。结果表明，低温高压均质法提取谷胱甘肽的优化工艺条件：均质压力 ，料液比 （），循环次数次，提取温度，在该条件下酵母释放谷胱甘肽的效果最好，单位质量酵母释放谷胱甘肽的量为 。关键词：谷胱甘肽；酵母；高压均质法 ：，（）：，（

2、），：；谷胱甘肽（）分子量为 ，它是由谷氨酸，半胱氨酸和甘氨酸经肽键缩合而成的一种同时具有谷氨酰基和巯基的生物活性三肽化合物。作为生物体内非蛋白巯基 化 合 物，谷 胱 甘 肽 有 还 原 型（）和 氧 化 型（）两种形态，是由两分子 经氧化脱氢而形成的以二硫键连接的二聚体，在体内起主要作用的是还原型谷胱甘肽。可以清除体内氧离子及其他自由基，具有保护肝脏、抗氧化、解毒、细胞的正常生长和细胞免疫等生理功能，。从酵母中提取谷胱甘肽的主要困难之一是细胞破壁，目前细胞破壁的方法主要有：高压均质法，、超声波法、挤压膨化法、热水抽提法、酶法等。超声波法破壁具有时间短、效率高、操作简单等优点，但是容易使谷胱

3、甘肽失去活性，不适宜产业化的运用；挤压膨化法可以制备极不稳定的产物，但只能在实验室进行应用；热水抽提法操作简单、处理量大等优点，但是谷胱甘肽容易被氧化；酶法具有操作方便、反应条件温和、选择性高的优点，但酶法破壁的同时也会分解谷胱甘肽；普通的高压均质法具有处理量大，速度快的特点，但是高压均质机在工作时会产生大量的热量，从而导致设备温度升高，当温度过高时就会使谷胱甘肽氧化，提高谷胱甘肽的损失。低温高压均质机不仅具有均质机的特点，还能提供低温环境，降低谷胱甘肽的损失。本试验对低温高压均质法提取谷胱甘肽的生产工艺进行系统的研究，为工业化生产打下基础。材料与方法 材料与设备鲜酵母：采用本实验室选育的高产

4、谷胱甘肽酵母菌株（该酵母菌株在中国典型培养物保藏中心专利保藏，鉴定为“酿酒酵母”）在安琪酵母股份有限公司 发酵罐发酵，经分离后获得的鲜酵母；偏磷酸：上海诚心化工有限公司；碘酸钾：郑州市化学试剂三厂；可溶性淀粉、碘化钾：天津市科密欧化学试剂有限公司；谷胱甘肽标样：武汉市华顺生物技术有限公司；低温高压均质机：型，；显微镜：型，长方光学仪器有限公司；上海慧翼流体设备工程有限公司总代理冷冻离心机：型，美国贝克曼库尔特有限公司；水浴恒温振荡器：型，苏州威尔实验用品有限公司。谷胱甘肽含量的测定采用碘量法，先制作标准曲线，再测定谷胱甘肽含量。由于酵母的细胞壁被破坏后谷胱甘肽才能释放出来，所以酵母的破壁效果影

5、响谷胱甘肽的释放量。本试验以单位质量酵 母 释 放 谷 胱 甘 肽 的 量（）来 衡 量 酵 母 的 破 壁效果。试验方法 碘量法制作标准曲线分别配制浓度为，的 标准溶液，各取 上述配制好的 标准溶液，置于 三角瓶中，加入 偏磷酸，碘化钾和滴淀粉指示剂，用 碘酸钾溶液滴定至无色变蓝色终止。以 浓度（）为横坐标，碘酸钾溶液滴定值（）为纵坐标，可得到 浓度标准曲线。工艺流程发酵液离心机分离细胞得到菌体溶解升压降温到预定值高压均质法破壁分离得到上清液测定含谷胱甘肽的上清液 操作要点将发酵液于 条件下离心 ，蒸馏水水洗离心两次，收集菌体冷冻保存。精确称取 左右预处理的湿菌体溶于 蒸馏水中，然后打开高压

6、均质机升压，降低循环水温度。当达到设定温度和压力时，进行破壁处理，为了得到更好破壁效果，可以重复进行试验。精确量取上清液体积，计算单位质量酵母释放谷胱甘肽的量。湿酵母细胞中含水量的计算精确称取发酵离心后湿菌体 左右置于 烘干至恒重，精确称取干酵母的重量，计算湿酵母中的含水量。单位质量酵母释放谷胱甘肽的量的计算（）（）式中：单位质量酵母释放谷胱甘肽的量，；上清液中 的浓度，；上清液的体积，；湿酵母质量，；湿酵母含水量，。结果与分析 谷胱甘肽的标准曲线碘量法制作的标准曲线方程为 （），其标准曲线见图。压力对单位质量酵母谷胱甘肽释放量的影响在提取温度 ，料液比（），循环次数次，压力分别为，的条件下，

7、进行谷胱甘肽提取试验，结果见图。谷胱甘肽的浓度Concentration of GSH/（gL-1）消耗碘酸钾的量Consumption of potassiumiodate/mL?40353025201510500.90.80.70.60.50.40.30.20.11.00.0图谷胱甘肽的标准曲线 均质压力Homogenization pressure/MPa单位质量酵母释放谷胱甘肽的量Amount of GSH which unitmass yeast released/（mgg-1）5035302520151050100504045150200250图均质压力对单位质量酵母谷胱甘肽释放量

8、的影响 压力在 时，单位质量酵母释放谷胱甘肽的量不断增加，当压力为 时，单位质量酵母释放谷胱甘肽的量最高。超过 后，单位质量酵母释放谷胱甘肽的量趋于稳定。料液比对单位质量酵母谷胱甘肽释放量的影响在提取温度 ，压力 ，循环次数次，料液比分别为，（）的条件下，进行谷胱甘肽提取试验，结果见图。料液比Solid-liquid ratio（mV）单位质量酵母释放谷胱甘肽的量Amount of GSH which unitmass yeast released/（mgg-1）503530252015105012040451103101514图料液比对单位质量酵母谷胱甘肽释放量的影响 提取与活性 年第期料液

9、比为（）时，单位质量酵母释放谷胱甘肽的量最大，可能是由于料液比较低时，溶质之间相互作用力较小，有利于谷胱甘肽的释放，当料液比较高后，溶质之间的相互作用力较大，阻碍了胞内物质的释放，降低了单位质量酵母释放谷胱甘肽的量。循环次数对单位质量酵母谷胱甘肽释放量的影响在提 取 温 度 ，压 力 ，料 液 比（），循环次数分别为，的条件下，进行谷胱甘肽提取试验，结果见图。循环次数Cycle-index/Times单位质量酵母释放谷胱甘肽的量Amount of GSH which unitmass yeast released/（mgg-1）5035302520151050140452345图高压均质循环次

10、数对单位质量酵母谷胱甘肽释放量的影响 循环次数为次时，随着循环次数的增加，单位质量酵母释放谷胱甘肽的量也在提高。当循环次数在以上时，单位质量酵母释放谷胱甘肽的量呈下降趋势。可能原因是循环次数越多，破壁效果就越好，胞内物质更容易流出，但循环次数过高，容易造成物料的损失，降低谷胱甘肽的释放量，并且对设备的磨损率也越大。提取温度对单位质量酵母谷胱甘肽释放量的影响在压力 ，料液比（），循环次数，提取温度分别为，的条件下，进行谷胱甘肽提取试验，结果见图。提取温度Extraction temperature/单位质量酵母释放谷胱甘肽的量Amount of GSH which unitmass yeast

11、released/（mgg-1）50353025201510505404510152025图提取温度对单位质量酵母谷胱甘肽释放量的影响 随着温度的提高，单位质量酵母释放谷胱甘肽的量也在提高，当温度为 时，单位质量酵母释放谷胱甘肽的量最大，继续提高温度提取率反而降低。这可能是温度过低，降低酵母细胞壁的通透性，使胞内物质释放缓慢；温度过高时，谷胱甘肽容易被氧化。高压均质法提取谷胱甘肽的正交试验结果 提取工艺最佳参数的确定在单因素的基础上，确定影响谷胱甘肽释放量的主要因素（均质压力、料液比、循环次数、提取温度）的范围。采用（）正交试验确定谷胱甘肽的最佳提取工艺条件，正交试验因素水平设计见表。表（）正

12、交试验因素水平表 水平均质压力 料液比（）循环次数次提取温度 正交试验结果与分析由表可知，均质压力对单位质量酵母谷胱甘肽释放量的影响最大，循环次数影响最小，其因素大 小 顺 序 为。最 佳 提 取 条 件 为，即均质压力 ，料液比 （），循环次数次，提取温度。由表可知，均质压力对单位质量酵母谷胱甘肽释放量的影响显著。表正交试验结果与分析 试验号 （空列）单位质量酵母释放谷胱甘肽的量（）第 卷第期万俊等：低温高压均质法提取谷胱甘肽的生产工艺研究续表试验号 （空列）单位质量酵母释放谷胱甘肽的量（）表显著性检验表 因素偏差平方和自由度值显著性 （，）（，）误差 验证实验通过分析正交试验得到的最佳试验

13、条件未在表中出现，需要对正交试验表中单位质量酵母释放谷胱甘肽的量最高的组合 和 分 析 正 交 试 验 表 得 到 的 最 佳 组 合进行实验验证，重复次实验，组合次平行验证实验单位质量酵母释放谷胱甘肽的量分别为 ，平均值为 ，组合次平行验证实验结果分别为 ，平均值为 。最终确定提取谷胱甘肽的最优条件为均质压力 ，料液比 （），循环次数次，提取温度。结论通过正交试验确定低温高压均质法提取谷胱甘肽的最佳试验条件为均质压力 ，料液比 （），循环次数次，提取温度。在该提取条件下，单位质量酵母释放谷胱甘肽的量达到 。低温高压均质法具有处理量大、速度快、操作简单、低温环境等优点，适合于工业化生产，具有广

14、阔的发展前景。参考文献胡圣尧，聂志妍，袁勤生还原型谷胱甘肽的研究进展食品与药品，（）：，（）：沈蓓英，江志炜 具有生物活性新型功能性食品添加剂谷胱甘肽微量生理活性功能物质专辑 粮食与油脂，（）：王大慧，卫功元 谷胱甘肽的应用前景及生产研究现状 化学与生物工程，（）：徐栋，王春维 高压均质与酶法破碎酵母细胞壁的工艺条件研究 饲料工业，（）：孙海翔，马美范 高压均质破碎啤酒酵母细胞壁的研究 食品工业科技，（）：李艳，杨翠竹，牟德华，等 超声波与食盐法结合从啤酒酵母中提取核糖核酸 酿酒科技，（）：范崇东，王淼，徐榕榕 热水提取酵母中谷胱甘肽的条件优化食品工业科技，（）：贾艳萍，魏群，赵军 对酵母细胞

15、酶法破壁的研究 中国酿造，（）：安贤惠还原型谷胱甘肽提取方法初探淮海工学院学报，（）：舒媛，王家骐，朱立江，等 酵母中还原型谷胱甘肽的提取方法研究 发酵科技通讯，（）：（上接第 页）肖志刚提高玉米胚蛋白浸出率的工艺研究农业工程学报，（）：张鸣镝，姚惠源玉米胚芽蛋白溶解性和乳化性质的研究中国油脂，（）：高景华脱 脂 玉 米 胚 芽 蛋 白 饮 料 的 研 制 食 品 工 业 科 技，（）：罗勤贵玉米胚芽粕在面包制作中的应用 西北农林科技大学报，（）：，（）：，（），（）：食品化学第三版王璋，译北京：中国轻工出版社，周亚军，王凯，石晶果蔬复合香肠的开发研究食品与机械，（）：王远义，王西杰，孙晓波，等功能性大豆蛋白粉的性能测定及其在肉制品中的应用肉类工业，（）：提取与活性 年第期