beta;-1,3-葡聚糖发酵工艺的研究
beta;-葡聚糖是一类广泛存在与微生物、植物和动物体内的大分子多糖,主要结构由beta;-1,3-糖苷键连接,通常还含有不同比例和大小的beta;-3,beta;-1,4,beta;-1,6键连接的支链,主要以细胞结构成分(如细胞壁)的形式存在,对异体宿主防御系统具有较强的诱导和活化作用。20世纪40年代,Pillemer和Ecker等发现酵母细胞中存在一种具有免疫刺激作用的活性物质,知道20世纪60年代,这一活性物质才被Rig gi和Di Luzio证实为beta;-1,3-葡聚糖。酵母是一种重要的食品业微生物, 其细胞壁从外向内分三层, 分别为甘露聚糖、蛋白质和葡聚糖。最里层的葡聚糖有三类: 碱溶性葡聚糖, 碱不溶、酸可溶性葡聚糖, 酸碱不溶性葡聚糖, 其中酸碱不溶性葡聚糖即为活性多糖, 除含有少量的beta;- 1, 6 键外,几乎都是beta;- 1, 3 键, 因此也称beta;- ( 1, 3) - 葡聚糖[1]酵母beta;-1,3-葡聚糖能增强哺乳动物的免疫活力、抗癌、抗细菌、抗真菌、抗寄生虫。降低胆固醇和血脂、促进伤口愈合【2】等,是一种良好的生物效应调节剂【BRMs】
我国酵母资源十分丰富,据统计,2007年中国啤酒产量为3931.4万t,产生废酵母约58.97万t(干基)。这是价格低廉、来源丰富的可利用资源。目前,国内大多数啤酒厂把废酵母作为普通饲料销售或生产酵母味素,产品的附加值提高有限。国内外研究人员对废酵母利用进行了大量的研究[3-4],这些研究主要集中在提取碱不溶性beta;-1,3 -葡聚糖、蛋白质、甘露聚糖和回收酒精等方面,但大多是单一产物的研究,对于废酵母的综合利用研究较少。利用现代生物技术和膜技术对啤酒废酵母充分开发利用,使其中的海藻糖、beta;-1,3-葡聚糖和蛋白质得以充分利用,是提高经济效益的有效途径之一。
目前国内外制备酵母beta;-1,3-葡聚糖的方法主要有酸法。碱法、酸碱综合法及酶碱法等。
- 酸法提取
酸法提取是最早采用的酵母beta;-1,3-葡聚糖提取方法。一般采用不同浓度的醋酸在50~90℃温度条件下处理3~6小时,然后离心,沉淀用无水乙醇脱水,干燥即得成品。早期国内外学者对此法进行了较多的研究,黄丹[5]、黄刚良[6]等对此方法进行了研究,并探讨了其提取机理。研究表明,此法虽然产品得率高,但纯度低,产品中蛋白质和甘露聚糖含量高,需要进一步纯化。由于此法提取的成品纯度低,其应用受到一定程度的限制。但若对成品beta;-1,3-葡聚糖的纯度要求不高,如作为饲料添加剂使用,其不失为一种经济有效的提取方法。
- 碱法提取
李卫旗等(1999)报道了碱法提取酵母beta;-1,3-葡聚糖的方法:取5g啤酒干酵母,加1 mol/L NaOH溶液100mL,在90℃保温3小时,离心,沉淀物水洗3次,离心,乙醇洗涤脱水,干燥即得葡聚糖产物。廖艳梅[7]等对此法进行了改进,采用二步碱处理方法进行提取,降低了碱处理时NaOH溶液浓度,并提高了产品浓度。万婕[8]等进一步改进提取工艺,在碱处理后离心,沉淀用蒸馏水悬浮,再用盐酸调节pH至4.5,离心,水洗,脱水,干燥,由于采用了酸性溶液洗涤,除去了部分酸溶性的糖原及beta;-1,6-D-葡聚糖,因而纯度又有所提高。碱法提取所得的产品得率稍低,纯度较高,但产品中还含有少量酸溶性糖原及beta;-1,6-D-葡聚糖。此法较适用于对提取纯度要求较高的产品,如食品和医药用途。
- 酸碱综合法提取
Masler等(1986)报道了酸碱综合法提取酵母beta;-1,3-D-葡聚糖的方法,后来Kogan(1995)许多国外学者对此法进行了改进。CHUNG[9]等研究的改进二步碱处理工艺。张开诚[10]等改进了提取工艺,采用一步碱处理,再用4%乙酸在室温下处理沉淀物2h,离心,水洗,脱水,干燥。此法提取的酵母beta;-1,3-葡聚糖中不含酸溶性的糖元及beta;-1,6-葡聚糖,纯度高,产品经改性后可应用于医学领域
4.酶碱法提取
Freimund[11]等报道了酶碱法提取酵母葡聚糖的方法。国内学者对此提取方法进行了深入研究,赵光远(1997)等利用废酵母前处理后自溶,离心,沉淀物用蛋白酵母酶57℃处理24h,离心,沉淀物再用2%NaOH在60℃处理3.6小时,离心,水洗,去脂,干燥。李花霞[12]等对此法进行了改造,利用酵母泥前处理后自溶,分离后沉淀溶于水中,再经超声粉碎,然后进行酶、碱处。由于超声波处理能促进细胞破碎,有利于细胞壁分离,有利于提高成品糖含量及得率,降低蛋白质含量。此法由于酶处理除去了大部分的蛋白质,因而可以降低后续碱处理过程中碱的浓度与用量,所以得到的beta;-葡聚糖产品分子链完整,分子量高。而分子量的分支度会直接影响产品的生物活性,因而酶碱法是提取beta;-1,3-葡聚糖的理想方法。
