CN103932198A - 一种利用啤酒废酵母制备富硒谷胱甘肽啤酒酵母生物制品的方法 - Google Patents
一种利用啤酒废酵母制备富硒谷胱甘肽啤酒酵母生物制品的方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种富硒谷胱甘肽啤酒酵母生物制品，其特征在于：利用啤酒废酵母同时转化无机硒为有机硒和谷胱甘肽前体氨基酸合成谷胱甘肽，获得富硒谷胱甘肽酵母。不但实现了啤酒工业废弃物的再利用，而且谷胱甘肽对酵母硒的活性具有促进作用，弥补了现有产品单纯富硒的不足，所得制品不但具有抗氧化、提高人体免疫力等多种功效，同时还提供了多种氨基酸、维生素，是人体的一种高效营养强化剂和补充剂。富硒谷胱甘肽啤酒酵母生物制品的制备方法，其特征在于：有机硒和谷胱甘肽生物转化后，所得酵母液经离心、洗涤、重悬、高压均质、胶体磨、低温干燥、制粒和压片，从而获得可以吞服或咀嚼的富硒谷胱甘肽酵母片剂，具有食用方便、成份稳定、易保存的特点。
Description
技术领域
本发明涉及利用新鲜的啤酒废酵母进行***钠的生物转化合成有机硒，同时转化谷胱甘肽前体氨基酸合成谷胱甘肽，制备富硒谷胱甘肽酵母生物制品的方法。
背景技术
硒是人类及畜禽的必需微量元素之一，硒的生物学功能一般认为主要来自于硒蛋白(selenoprotein)，而硒蛋白的生物合成则是由mRNA上的密码子UGA编码硒半胱氨酸(selenocysteine, Sec)将硒以共价键结合到蛋白质中，因而硒蛋白的生物合成及代谢机理对于分子生物学以及生物化学等学科具有重要的理论价值。大量研究表明，硒蛋白在抗氧化活性、调节氧化还原信号、调节甲状腺激素代谢和免疫反应中具有重要作用。
研究表明，人体每日最低及最适宜摄取硒的安全用量分别是22 μg和50 μg，最大安全摄入量为400~550 μg。有数据显示，全球很多国家居民的硒摄入量低于最适硒摄入量，而我国已调查地区的居民硒摄入量和血硒含量均低于美国和日本。另外，有研究表明，一些特殊患病人群也需要补硒，如糖尿病、心血管疾病、消化道疾病、呼吸道疾病等疾病患者和癌症患者的血硒含量明显低于健康人群。因此，补充硒元素，无论是作为饲料添加剂还是作为膳食或药物补充剂，都具有重要的意义和广阔的前景。
与无机硒相比，有机硒具有高生物吸收率、高利用率及低毒性、环境污染小等特点，因而成为补充硒元素的主要类型。目前有机硒产品多采用生物法转化无机硒，包括动物转化、植物转化和微生物转化。其中微生物有机硒，特别是富硒酵母，作为较为理想的有机硒制剂，已得到广泛的重视和应用。
富硒产品在许多国家已实现工业化生产并进入实用阶段。日本、美国在二十世纪八十年代已有酵母有机硒商品销售，法国、芬兰和德国等欧洲国家均有富硒酵母作为食品添加剂和药物出售。我国的富硒产品正处于广泛的研发及生产阶段。如安徽泰格生物技术股份有限公司提供了一种以啤酒酵母菌株（Saccharomyces sp., ATCC 21135）发酵培养，生产富硒酵母的方法，硒含量可达2000 μg /g以上（CN 102277306 B）；广州格拉姆生物科技有限公司则以沼泽红假单胞菌（Rhodopseudomonas palustris）为富硒材料，提供了富硒沼泽红假单胞菌制剂的制备方法（CN 103284029 A），硒的转化率达90.2%，菌体富硒量达到75.3 mg /g干菌体。
富硒产品存在的主要问题之一是高成本。目前微生物富硒的生物合成研究中，几乎全部采用纯种发酵法。纯种发酵需要较大规模的前期投入，培养时间较长，消耗大量能量，操作条件要求严格，使得生产成本较高，因此富硒生物制品价格一般较高。
谷胱甘肽分为还原型谷胱甘肽（GSH）和氧化型谷胱甘肽（GSSG），通常所说的谷胱甘肽是还原型谷胱甘肽。谷胱甘肽是机体内的重要活性物质，它具有清除自由基、解毒和维持DNA的生物合成和细胞的正常生长及细胞免疫等多种生理功能，在医学和保健领域具有重要的应用价值。谷胱甘肽也是啤酒酵母中固有的天然成份，通过在酵母发酵培养基中添加谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸可以有效提高啤酒酵母细胞中谷胱甘肽的含量。谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）是机体内广泛存在的一种重要的过氧化物分解酶。硒是GSH-Px酶系的组成成分，它能催化GSH变为GSSG，使有毒的过氧化物还原成无毒的羟基化合物，同时促进H2O2的分解，从而保护细胞膜的结构及功能不受过氧化物的干扰及损害，因此谷胱甘肽是硒元素在人体中发挥生理活性的重要媒介。硒和谷胱甘肽（GSH）***在氧化防御反应中起着关键性作用，制备富硒谷胱甘肽酵母，不仅可以提供谷胱甘肽的保健功能，同时可以更好的促进硒元素的生理功能，从而发挥更全面的生物活性。例如，将生物硒及谷胱甘肽同时添加于鱼类饲料中，可大大增强鱼类对外界毒物的抵抗及分解***能力（CN 101438768A）。苏州大学以产朊假丝酵母为出发菌株，提供了一种提高富硒产朊假丝酵母胞内谷胱甘肽含量的方法（中国 CN 101875958 A）。
啤酒废酵母是啤酒工业生产中主要的副产物。据估算，每生产100吨啤酒，大约可得到废啤酒酵母1.5~2.0吨（含水75%~80%）。随着我国啤酒工业迅猛发展，啤酒年产量以5%~7%的速度递增，据国家***公布的数据，2012年我国啤酒产量为4902 万千升，而废酵母约占啤酒产量的1.5%，其中仅有40%-50%废酵母被回收利用，其余则被废弃，严重污染环境（酵母泥的BOD和COD均高达100000 mg/L以上）。目前，对啤酒废酵母的综合利用大多数集中在对其中的蛋白质、核酸、维生素、多糖和酶方面，主要是风味食品添加剂酵母抽提物的制备研究，而对于同时富集转化无机硒及谷胱甘肽生物合成的开发应用研究尚属空白。
生产富硒酵母所采用的菌种绝大多数为酿酒酵母，与啤酒生产所用菌种相同，因而以啤酒废酵母为原料通过再发酵转化无机硒和合成谷胱甘肽，在理论上可行；同时，有研究显示酿酒酵母合成有机硒和谷胱甘肽的主要时期是酵母培养48小时后的稳定期，而新鲜的废酵母细胞大多也处于已厌氧发酵48~72小时的时期，因此新鲜废酵母在时机上具有富集有机硒和谷胱甘肽合成的能力，具备变废为宝的可行性。
酵母产品通常需进行一定的破壁或自溶处理，以利于动物体的消化吸收。本方法制备的富硒谷胱甘肽酵母在模拟胃环境下2 小时自溶率仅在16%左右，可通过添加适量的氯化钠作为自溶催化剂，促进酵母的自溶过程，利于动物体的消化和吸收。
发明内容
针对现有的纯种微生物发酵制备富硒产品生产成本高的问题，本发明的目的是提供一种利用啤酒废酵母制备富硒谷胱甘肽酵母的方法。
本发明的另一个目的是提供一种富硒谷胱甘肽酵母制品及其制备方法。
本发明所采用的技术方案是：
啤酒废酵母（酿酒酵母）（Saccharomycescerevisiae)，来自青岛啤酒（济南）有限公司新鲜的未经处理的啤酒泥。
以培养基将上述啤酒废酵母泥重悬，并加入***钠及谷胱甘肽合成前体氨基酸（半胱氨酸、谷氨酸和甘氨酸），摇瓶或发酵罐培养16~20 小时转化无机硒及前体氨基酸制备富硒谷胱甘肽酵母，其中每克干富硒谷胱甘肽酵母中含有机硒1000~1500 μg、占总硒重量的82~92%，硒蛋白含量占总硒重量的75~80%；同时每克干富硒谷胱甘肽酵母中含谷胱甘肽约6 mg。
本方法采用添加3~6 g/L NaCl，在模拟胃环境下2小时富硒酵母的自溶率可达36%，可有效提高酵母产品的生物利用率。
一种生产上述富硒酵母的方法，包括如下步骤：
1) 新鲜的废啤酒酵母经水洗后，4000 r/min离心5~10分钟，得到酵母泥（含水率在58%左右），加入含有***钠和前体氨基酸的培养基，于24°C~28°C发酵12 ~16 hr；
2) 所述培养基成分为：磷酸8.0~10.0 g/L、***钠18~20 mg /L、硫酸铵8.0~10.0 g/L、硫酸镁3.0~5.0 g/L、氯化钙0.1~0.4 g/L、葡萄糖60.0~80.0 g/ L，pH5.0，1~2 g/L谷氨酸、0.5~1.5 g/L甘氨酸、0.8~1.5 g/L半胱氨酸（氨基酸需单独灭菌），每1L培养液加150~250 g酵母泥（湿重）；
3) 所得酵母液经离心后，得菌体细胞，经去离子水洗涤3次后，以2~5%的乳酸溶液重悬酵母细胞，获得酵母乳，该酵母乳经高压均质反复均质2~4次，再加入1~2%的羟丙甲纤维素和10%~20%的65%果葡糖浆，然后过胶体磨，获得均一的体系。该体系经低温干燥30~60小时，使其含水量降为1~5%，经制粒和压片获得富硒谷胱甘肽酵母制品。
本发明中也可将得到的富硒谷胱甘肽酵母通过添加3~6 g/L氯化钠促进酵母细胞的自溶，从而增加其在胃部的消化吸收，有利于其在人体内的生物利用。
在生物体内无机硒向有机硒的转化过程中，还原型谷胱甘肽（GSH）起着重要的作用。GSH作为***盐的还原剂，通过生成GSSeSG和GSSeH完成从***钠到硒代半胱氨酸的合成过程。本发明中通过加入谷胱甘肽的前体氨基酸既提高了啤酒废酵母对无机硒的转化及有机硒的合成，又可获得较高产量的酵母谷胱甘肽。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
将5.0 g磷酸、4.0 g硫酸铵、1.8g硫酸镁、0.15 g氯化钙、9.0 mg***钠和30 g葡萄糖溶入400 mL自来水中，调pH至5. 0，于2000 mL三角瓶中115 °C、高压湿热灭菌30 min；将0.1 g谷氨酸、0.05 g甘氨酸、0.075 g半胱氨酸溶入100 mL蒸馏水中，用0.22 μm滤膜过滤除菌后，合并入盛有已灭菌培养液的2000 mL三角瓶中。加入已清洗离心的新鲜酵母泥100 g，28±1°C、150 rpm培养18 h。
结果表明，通过常规方法测定酵母中硒含量1101 μg/g酵母，其中有机硒含量占90%，硒蛋白含量占78.6%，每克富硒谷胱甘肽干酵母中含谷胱甘肽约6.8 mg。
所得酵母液经离心后，得菌体细胞，经去离子水洗涤3次后，以3%的乳酸溶液重悬酵母细胞，获得酵母乳，向酵母乳中加入6 g/L的 NaCl，并搅拌均匀，该酵母乳经高压均质2次（80 MPa），再加入1.5%的羟丙甲纤维素和12%的65%果葡糖浆，然后过胶体磨2次，获得均一的体系。该体系经低温干燥45小时，使其含水量降为2%，所得固形物经制粒和压片获得富硒谷胱甘肽酵母制品。
实施例2
将50.0 g磷酸、13.4 g硫酸铵、20 g硫酸镁、2 g氯化钙、33.4 mg***钠和300.0 g葡萄糖溶入4900 mL自来水中，调pH至5. 0，于10 L发酵罐中115 °C、高压湿热灭菌20 min；将10 g谷氨酸、7.5 g半胱氨酸、5 g甘氨酸溶入100 mL蒸馏水中，用0.22 μm滤膜过滤除菌后，合并入盛有已灭菌的培养液中。加入已清洗离心的新鲜酵母泥1250 g，温度28±1°C，搅拌速度200~500 rpm，保持溶氧大于25%，培养转化19小时。
结果表明，通过常规方法测定酵母中硒含量1223 μg/g酵母，其中有机硒含量占91.0%，硒蛋白含量占77.8%，谷胱甘肽含量为8.03 mg/g干酵母。
所得酵母转化液经离心后，得菌体细胞，经去离子水洗涤2次后，以5%的柠檬酸溶液重悬酵母细胞，获得酵母乳，向酵母乳中加入5 g NaCl，并搅拌均匀，该酵母乳经高压均质3次（75 MPa），再加入1.2%的羟丙甲纤维素和15%的65%果葡糖浆，然后过胶体磨3次，获得均一的体系。该体系经低温干燥55小时，使其含水量降为1.5%，所得固形物经制粒和压片获得富硒谷胱甘肽酵母制品。
实施例3
将150.0 g磷酸、40 g硫酸铵、50 g硫酸镁、5.5 g氯化钙、100 mg***钠、900.0 g葡萄糖溶入14 L自来水中，调pH至5. 0，于30 L发酵罐中115 °C、高压湿热灭菌25 min；将35 g谷氨酸、25 g半胱氨酸、15 g甘氨酸溶入1L蒸馏水中，用0.22 μm滤膜过滤除菌后，合并入盛有已灭菌的培养液中。加入已清洗离心的新鲜酵母泥4000 g，温度29±1°C，搅拌速度200~500 rpm，保持溶氧大于30%，培养转化17小时。
结果表明，通过常规方法测定酵母中硒含量1424 μg/g酵母，其中有机硒含量占90%，硒蛋白含量占80.1%，谷胱甘肽含量为7.93 mg/g干酵母。
所得酵母转化液经离心后，得菌体细胞，经去离子水洗涤3次后，以4%的苹果酸溶液重悬酵母细胞，获得酵母乳，向酵母乳中加入5 g/L的 NaCl，并搅拌均匀，该酵母乳经高压均质2次（90 MPa），再加入1%的羟丙甲纤维素和18%的65%果葡糖浆，然后过胶体磨2次，获得均一的体系。该体系经低温干燥52小时，使其含水量降为1.2%，所得固形物经制粒和压片获得富硒谷胱甘肽酵母制品。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种富硒谷胱甘肽啤酒酵母生物制品，由啤酒废酵母生物转化无机硒和谷胱甘肽前体氨基获得。
2.权利要求1所述酿酒酵母为啤酒工业废新鲜酵母泥，其转化合成有机硒和谷胱甘肽的步骤如下：
（1）新鲜废啤酒酵母用自来水洗涤3次，经4000 r/min离心5~10分钟，获得脱苦、去杂的酵母泥；
（2） 配制有机硒和谷胱甘肽转化液，其成分为：磷酸8.0~10.0 g/L、***钠18~20 mg /L、硫酸铵8.0~10.0 g/L、硫酸镁3.0~5.0 g/L、氯化钙0.1~0.4 g/L、葡萄糖60.0~80.0 g/ L、pH5.0，1~2 g/L谷氨酸、0.5~1.5 g/L甘氨酸、0.8~1.5g/L半胱氨酸；
（3）向（2）中每升酵母转化液中加入150~250 g湿酵母泥，并分散均匀；
（4）将（3）中的体系在恒温摇床或生物反应器中于28±1°C、150~500 rpm条件下，培养和生物转化18~22小时。
3.根据权利要求1所述富硒谷胱甘肽酿酒酵母生物制品，其制备步骤为：
（1）培养和生物转化结束后，培养液离心得菌体细胞，经去离子水洗涤，以2~5%的食品级有机酸溶液重悬酵母细胞，并加入酵母自溶诱导剂，获得酸化的酵母乳；
（2）酸化的酵母乳经高压均质2~4次，再加入1~2%的粘合剂和10%~20%的调味剂，并搅拌均匀；
（3）将（2）中的体系过胶体磨2~3次，获得均一的酵母制品体系；
（4）将（3）中的体系经低温干燥40~60小时，使其成为含水量为1~3%的固形物；
（5）将（4）中所得固形物经制粒和压片获得富硒谷胱甘肽酵母制品。
4.根据权利要求3所述富硒谷胱甘肽酿酒酵母生物制品制备过程中，所用的酵母自溶诱导剂为3~6 g/L NaCl； 所用粘合剂为1~2%的羟丙甲纤维素； 所用的调味剂为10~20%的65%果葡糖浆；所选用的有机酸为乳酸、柠檬酸、苹果酸。
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