[01144361]啤酒废酵母中谷胱甘肽分离纯化工艺的研究及功能分析

1、课题来源与背景 本项目由甘肃省科技厅2013年立项,是甘肃省自然科学基金项目。项目名称为啤酒废酵母中谷胱甘肽分离纯化工艺的研究及功能分析。项目编号为：1308RJZA287。 2、研究目的和意义 谷胱甘肽,即γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰甘氨酸,英文名简称GSH。是由L-谷氨酸、L-半胱氨酸和甘氨酸经肽键缩合而成的一种同时具有γ-谷氨酰基和巯基的生物活性三肽化合物。GSH分子中含有一个特异的γ肽键,由谷氨酸的γ-羧基与半胱氨酸的α-氨基缩合而成,且半胱氨酸侧链集团上连有一个活泼巯基,是GSH许多重要生理功能的结构基础。谷胱甘肽是人体中的重要活性小肽,具有清除自由基、解毒、促进铁质吸收及维持红细胞膜的完整性,维持DNA的生物合成,细胞的正常生长及细胞免疫等多种生理功能。 目前我国每年生产啤酒废酵母60万吨左右,若将其直接排入环境,不仅是一种资源浪费,还会造成严重的环境污染。酵母本身就是一种有机物的综合,含有大量的活性蛋白,多糖和核酸类物质。酵母提取物作为增鲜剂和风味增强剂,保留了酵母所含的各种营养,包括蛋白质、氨基酸、肤类、葡聚糖、各种矿物质和丰富的维生素B等,还能掩盖苦味、异味。添加到食品中,不仅可使鲜味增加,而且能够获得更加温和丰满的口感。 而关于酵母活性成分的提取技术相对匮乏,附加值较低。谷胱甘肽作为酵母中的活性成分之一,附加值高。因此,本项目的完成为为啤酒废酵母深加工提取谷胱甘肽规模化生产提供参考依据。对于解决我国啤酒业环境污染,资源浪费和高附加值产品开发具有重要的意义。 3、主要论点和论据 紧密围绕研究内容工业废酵母破壁、谷胱甘肽分离纯化的工艺研究及优化;经过自溶破壁及酶法辅助处理后,采用热水浸提法提取谷胱甘肽,通过响应面法确定最佳的提取工艺。同时利用离子交换层析技术分离纯化高纯度谷胱甘肽,分析其中的影响因素,设计了相应的柱层析装置的分离参数。评价了谷胱甘肽的结构和活性,并建立了快速高效准确的检测谷胱甘肽生物学效应的方法。主要研究结果如下： （1）本项目以啤酒废酵母为原料,首先主要研究了酵母细胞破壁方法及及其最佳破壁条件。结果发现最佳提取作用条件为：温度48℃,pH值5.8,木瓜蛋白酶添加量为酵母泥的1%,作用时间26h。此时,蛋白质溶出率为41.72%,糖含量为17.92%。 （2）采用热水加热搅拌方法提取谷胱甘肽。在单因素试验研究的基础上,采用Central-Composit响应曲面法对影响酵母中谷胱甘肽提取的关键因素醋酸用量,加热时间,加热温度和料水比进行了优化探讨。结果表明：醋酸用量,温度,料水比对提取率影响显著。谷胱甘肽提取率的二次多项式回归方程可知,在醋酸用量5.06%,料水比1：20（m/v）,加热时间6min,加热温度85.49℃,GSH的提取率最大预测值为0.367%。 （3）采用高压蒸汽提取废酵母中还原型谷胱甘肽,利用Box-Behnken的中心组合设计及响应面法（RSM）探讨了表压、提取时间、液料比和提取次数四因素的优化组合。通过建立二次回归模型,确定其最佳提取工艺条件为：表压1.1 MPa,提取时间15 min,液料比10：1,提取次数1次,在此条件下得率最大为4.63 mg/g。结果表明高压蒸汽提取技术是提高啤酒废酵母还原型谷胱甘肽得率的有效途径之一。 （4）大孔树脂D001分离纯化啤酒废酵母中GSH最佳条件为：以0.2 M磷酸盐缓冲液为洗脱液,洗脱流速为2.0 ml/min,进行洗脱。纯化后的谷胱甘肽为白色,回收率为75.85%。啤酒废酵母GSH表现出良好的抗氧化活性。GSH在0.3 mg/ml时羟自由基清除率达到76.2%;GSH浓度为0.6 mg/ml时,清除率最大为66.24%。 在课题经费的资助下共发表文章4篇,其中国内权威文章3篇,国际期刊文章1篇。达到了项目预期考核任务,建立酵母细胞的破壁技术及谷胱甘肽分离纯化的工艺研究和适合工业化生产的工艺路线。目前我国每年生产啤酒废酵母60～90万t左右,若将其直接排入环境,不仅是一种资源浪费,还会造成严重的环境污染。酵母本身就是一种有机物的综合,含有大量的营养物质,而关于其活性成分的提取技术相对匮乏,附加值较低。而谷胱甘肽作为酵母中的活性成分之一,附加值高。因此,本项目的完成为为啤酒废酵母深加工提取谷胱甘肽规模化生产提供参考依据。