发酵法生产谷胱甘肽的研究进展

谷胱甘肽发酵法生产的研究进展

摘要:谷胱甘肽(GSH)是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸经肽键缩合而成的具有多种重要生理功能的活性三肽,对维持生物体内合适的氧化还原环境起着关键作用,被广泛应用于医药、食品和化妆品等领域。发酵法已成为目前生产谷胱甘肽最常用的方法,但现有生产能力还不能够满足市场需求。本文主要针对发酵法生产谷胱甘肽的关键技术环节,包括菌种选育、工艺优化、过程控制的研究进展进行一个综述。

关键词:谷胱甘肽 发酵生产 菌种选育 工艺优化 过程控制

谷胱甘肽(Glutathione,GSH) 是一种缩合而成的含C-谷氨酰基和巯基的生物活性三肽类化合物,在蛋白质和DNA 的合成、氨基酸的转运、细胞的保护等重要的生物学现象中起着直接或间接作用。它主要分布于动物、植物、微生物细胞中,被广泛应用于临床医学、运动保健、食品加工等很多领域。因此,GSH 已成为各国科学家研究和探索的热点。

1 谷胱甘肽的性质及功能

虽然GSH的研究已经日益受到关注,但大家对其理化性质及生理功能的了解并不够全面。而对这些基本信息的掌握,恰是我们更进一步探索谷胱甘肽各项作用机理的前提。

1.1谷胱甘肽的理化性质

GSH是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸经肽键缩合而成的具有多种重要生理功能的活性三肽,化学名称为C-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸( C-L-Glutamy-l L-Cysteiny-l Gly cine)。GSH 的相对分子质量为307133,熔点189~193℃( 分解) ,晶体呈无色透明细长柱状,等电点为5.93,溶于水、液氨和二甲基甲酰胺,而不溶于醇、醚和丙酮。

GSH 分子中含有一特殊肽键C-谷氨酰胺键,其保护肝脏等许多特殊性质均与此肽键有关;GSH 分子中含有一个活泼的巯基- SH,易被氧化脱氢, 2分子GSH 脱氢后转变为1分子氧化型谷胱甘肽( GSSG) 。GSH 广泛存在于自然界中,动物肝脏、酵母和小麦胚芽中都含有丰富的GSH,其含量为1~10 mg/g,人和动物的血液中也含有较多的GSH,而植物组织中的GSH 含量则较低。

1.2 谷胱甘肽的生理功能

GSH 在生物体内有着多种重要的生理功能,特别是对于维持生物体内适宜的氧化还原环境起着至关重要的作用。GSH 的生理功能主要有以下几个方面:

(1)保护肝脏,治疗各种肝类疾病GSH 强大的还原作用使肝细胞膜对氧自由基的耐受性增加,从而使GSH 具有促进肝功能,保护肝细胞膜,提高肝脏酶的活性,加快黄疸的消退,增强肝脏解毒等功能。

(2)治疗肿瘤,减轻化疗和放疗的副作用GSH 能激活多种酶( 如巯基- SH 酶) ,从而促进糖、脂肪和蛋白质代谢,并影响细胞的代谢过程,同时通过巯基与体内自由基结合,可以转化成容易代谢的酸类物质,从而加速了放化疗产生的自由基的排泄。

(3)治疗眼科疾病,特别是应用于白内障的治疗GSH 高浓度存在于眼组织的水晶体、视网膜及睫状体内,有益于角膜或水晶体透明性的维持以及组织再生与修复。

(4)解除中毒,减轻空气污染和食物中的有毒成分对人体造成的伤害GSH 能与进入机体的有毒化合物、重金属离子等直接结合,并促其排出体外,起到中和解毒的作用。

(5)其他功能 GSH 具有较强的抗氧化作用,广泛应用于食品和保健品行业;还具有增强免疫力、治疗糖尿病神经损害、抗炎等作用。

1.3国内技术现状

谷胱甘肽生产方法有:萃取法、发酵法、酶法及化学合成法。化学合成得率比较低,而且污染严重。酶法近几年有报道,但目前还没有工业化报告。发酵法生产GSH所用菌种中最为常见的是酿酒酵母菌。1938年酵母制GSH最早专利诞生后数十年来不断改进和提高,目前发酵法已成为主要方法。无锡轻工业大学、华东理工大学、复旦大学已开展研究开发。无锡轻工业大学使用重组大肠杆菌;华东理工大学选育重组大肠杆菌;中国医科大用酶法制备;浙江大学以双水相分配结合温度诱导相分离;华东理工大学以明胶包埋固定化细胞。

一般酵母菌体含GSH量0.4~1.2%。国内总体菌株选育水平较低,一般在1.0-1.8%之间。谷胱甘肽的总产量在600-880 mg/L左右,和国外水平(2300 mg/L)相差较大。北京化工大学自1999年开始研究发酵法生产谷胱甘肽,承担国家863项目“发酵法生产谷胱甘肽”。已选育得到了谷胱甘肽高产菌株,采集230株菌株,用快中子结合紫外线诱变法,得到谷胱甘肽高含量假丝酵母,谷胱甘肽含量达2.4%,特别是采用先进的酵母发酵技术,谷胱甘肽发酵水平达到2000 mg/L。该菌株水平为国内领先水平。而且开发了谷胱甘肽分离纯化工艺,提取率达76%,GSH含量在98%以上。

2 发酵法生产谷胱甘肽

自1938 年实现了由酵母制备GSH 以来,发酵法生产GSH 的工艺方法不断得到改进,且发酵使用的细菌或酵母容易培养,原料容易获得,条件容易控制,因此发酵法已成为目前生产GSH 最普遍的方法。

发酵生产GSH的流程为:诱变剂→酵母→高产酵母→热水抽提→离心→调PH值→树脂吸附→酸洗脱→新鲜的CuO沉淀→离心沉淀物→H2S置换→离心过滤→浓缩→脱色→喷雾干燥→成品

2.1 生产菌株的选育

发酵法生产GSH所用菌种中最为常见的是酵母菌,但酵母细胞的GSH含量较低,存在酵母用量大,收率低等缺点。为此人们采用物理或化学方法使出发菌株发生变异,然后在特定的培养基中进行筛选培养,使GSH 在这种变异菌株的细胞内大量积累,达到高产目的;或是通过遗传工程的办法对GSH 合成代谢途径进行定向修饰,提高GSH 的产量。

2.1.1 诱变育种

到目前为止,针对GSH 生产的酵母菌株而进行的物理或化学的处理方法大致有紫外线、X 射线、C射线以及亚硝基胍等,而培养基中的特定筛选物质( 筛子) 主要包括蛋氨酸、L-乙硫氨酸、DL-乙硫氨酸、1, 2, 4-三氮唑、氰化钠、亚硫酸盐、酰胺和靛酚等。通过一系列对菌株的改良及选育工作,获得了很多GSH 高产菌株。

2.1.2 基因工程育种

在GSH 的生物合成中,GSH 合成酶系的活性普遍较低,并且GSH I是一个限速酶,其活性受到GSH的反馈抑制。因此,为了减轻GSH 对GSH I的反馈抑制,需要提高酶系的活力,或降低酶系对GSH 的敏感性。由于谷胱甘肽合成酶系是由GSH I和GSH II两个合成酶共同组成的,所以,当GSH I的活性提高以后,GSH II就成了GSH 生物合成的限速酶。

Gushima 等构建了含GSH I或GSH II的重组质粒并转化入E. coli 细胞,结果表明,只有同时带有GSH I和GSH II基因的重组细胞才表现出最高的GSH 合成活性,其中提高GSH

I的活性比GSH II更加重要。傅瑞燕等将从大肠杆菌获得的编码C- 谷氨酰半胱氨酸合成酶和谷胱甘肽合成酶的基因克隆到质粒pNZ8148 中,电转化乳酸乳球菌NZ9000,获得重组菌胞内谷胱甘肽,含量达到358 nmol/mg( 蛋白)。尧辉等将克隆GSH I、GSH II构建成双顺反子重组表达载体pT rc99A/GSH IGSH II,建立GSH I、GSH II蛋白表达体系。以0. 08 mmol/

L IPTG 于28℃诱导工程菌E. coli BL 21,谷胱甘肽合成能力达到湿菌体8. 5mg/g。

2.2 发酵工艺的优化

生产GSH 所用菌株通常能在很广的培养条件下生长并积累GSH,但产量很低。因此,要想进一步提高GSH 的合成能力,除选育优良菌株外还必须对培养基中的各种营养成分及培养条件进行优化,以实现目标产物的大幅度积累。詹谷宇等在酵母菌的诱变育种中用GSH的代谢类似物乙硫氨酸作为抗性筛选物,筛得抗代谢类似物突变株K11UE126,其胞内累计GSH的量较出发菌株高出49.7%. Kimura等人采用亚硝基胍和紫外线诱变大肠杆菌B355,获得高产GSH的优良突变株,每克湿细胞含2.43mgGSH

2.2.1 培养基的优化

卫功元等[11] 研究了不同碳氮源对C. utilis WSH 02-08 发酵生产GSH 的影响,结果表明蔗糖有利于促进细胞生长,葡萄糖对GSH 的合成有极大的促进作用;单一氮源对细胞生长和GSH产量明显优于有机氮源,混合无机氮源对GSH 的产量有显著的促进作用,而无机氮源对谷胱甘肽的合成影响不大。

一些无机离子( 如Mg2+ ) 也是微生物发酵生产GSH 必不可少的因子,微生物在缺乏Mg2+ 的情况下不能合成GSH,但若Mg2+ 过量,就抑制微生物合成GSH。此外,培养基中添加L-半胱氨酸或与谷氨酸、甘氨酸的混合物能提高细胞内GSH 的含量,以添加半胱氨酸的效果最显著,但对细胞生长有一定抑制作用。

2.2.2 培养条件的优化

环境条件也是发酵法生产谷胱甘肽不容忽视的重要因素,其中影响细胞中GSH 含量的环境参数主要包括温度、溶解氧、pH 等。

(1)温度 温度直接影响代谢过程中各种酶的活性,代谢反应速率,菌体生长量,较高温度可以降低底物对菌体生长的抑制,有利于细胞的生长,而低温更有利于谷胱甘肽的生物合成。因此,培养过程中多采用温度分阶段培养策略,即前期控制37℃左右培养菌体,后期降低温度增加酶的生物合成。

(2)溶氧 氧气浓度对细胞生长和GSH 合成有显著影响,一方面影响着微生物的生长,另一方面对合成GSH 的速率有促进作用。卫功元等研究了发酵罐中溶氧对产朊假丝酵母对分批发酵生产GSH 的影响,当葡萄糖浓度为30 g/ L,且通气量控制在5 L/min 时,搅拌转速达到300 r/min 即可满足细胞生长和谷胱甘肽合成对溶解氧的需求。 (3)pH值 发酵液中的pH 对营养物质的解离状态、酶活性、代谢速率有着重要的影响,因此pH 也是制约GSH 生产的一个关键因素。多数试验已经表明,当pH 值控制在5.5

时,谷胱甘肽的总产量达到最高。

2.3 发酵过程的控制

2.3.1 葡萄糖的流加策略

GSH 的生成与发酵液中葡萄糖的消耗密切相关。研究发现,只有在葡萄糖几乎耗尽、生长停止时,细胞内才开始大量合成GSH;且由于GSH 是胞内产物,所以在提高生产菌株胞内合成GSH 能力的同时,还需要在发酵过程中设法提高细胞数,以提高GSH 的总产量。[7]为实现这一目标,必须加大底物( 如葡萄糖) 的质量浓度。但过高的葡萄糖浓度会产生Crabtree 效应,抑制细胞的生长并且目标产物得率会大大下降,因此,一般采用后期限量流加葡萄糖的方法,以消除底物抑制,达到高密度细胞培养、延长GSH 生产时间的目的。

2.3.2 前体物质的添加

在前体氨基酸中,半胱氨酸为GSH合成的关键氨基酸,它的存在能明显提高细胞内GSH

含量及GSH 的比生产速率,但阻碍细胞量的增加。在发酵过程中半胱氨酸的补加策略应以尽量减少对生长的抑制为原则,一般有连续流加和定时补充两种方式。而实验结果表明,连续流加半胱氨酸对整个发酵过程中胞内GSH 含量没有显著提高,而一次性添加半胱氨酸可以大大提高GSH 比生产速率。

3基因工程菌在谷胱甘肽生产中的应用

在GSH的生物合成中,GSH合成酶系的活性普遍较低,并且GSHⅠ是一个限速酶,其活性受到GSH的反馈抑制.因此,为了减轻GSH对GSHⅠ的反馈抑制,需要提高酶系的活力或降低酶系对GSH的敏感性.Murata等人早期成功构建了具有较强GSH合成能力的重组E.coli并从E.coliB中筛选得到一株GSHⅠ脱敏突变株,克隆了其gshⅠ基因并在E.coliBRC912中得以表达,获得的菌株合成GSH的能力大大提高.GSHⅠ的活性提高以后,GSHⅡ就成了GSH生物合成的限速酶.Gushima等构建了含gshⅠ或gshⅡ的重组质粒并转化入E.coli细胞,结果表明只有同时带有gshⅠ和gshⅡ基因的重组细胞才表现出最高的GSH合成活性.由于酵母菌中的糖降解酶活性较高,因此可以将gshⅠ和(或)gshⅡ基因转化进入酵母细胞内以获得高产GSH的重组菌株.Ohtake等尝试在酵母中表达E.coliB的gshⅠ基因,将gshⅠ基因的全部编码片段与S.cerevisiae98的一个启动子融合,结果转化体的GSHⅠ活性和GSH的胞内含量分别提高了100多倍和3倍多.Christine和Ulf将含有E.coli中gshⅠ和gshⅡ基因的质粒pINEⅢ转化到S.cerevisiae中,明显提高了酵母合成GSH的能力,GSH在胞内的积累质量分数达到1.8%.在基因工程菌生产目的产物的过程中,必须虑菌株所带质粒的稳定性问题,而质粒的稳定性受到宿主细胞遗传特性、质粒拷贝数以及质粒上基因的表达等多种因素的影响.为此,李华钟等以野生型E.coli为宿主细胞,转化带有编码GSH合成酶系的基因gshⅠ和gshⅡ的质粒pGH501,获得了一株GSH合成活性、质粒稳定性和传代稳定性俱佳,并且能够重复使用的重组大肠杆菌E.coliⅡ21,经过甲苯处理后的菌株可以在胞外积累4g/L左右的GSH,通过L2丝氨酸2硼酸钾混合物的添加防止了GSH的进一步降解,GSH最终产量可高达7.1g/L.即使如此,这些菌株还无法达到工业化生产的要求,目前只能停留在实验室研究阶段.

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从发酵液快速制备谷胱甘肽冻干粉的方法与流程

从发酵液快速制备谷胱甘肽冻干粉的方法与流程

从发酵液快速制备谷胱甘肽冻干粉的方法与流程

谷胱甘肽是一种重要的天然抗氧化剂,对细胞的保护具有非常重要的作用,因此在食品、医药等领域被广泛应用。目前谷胱甘肽的制备方法主要有化学合成、微生物发酵和天然提取等方法,其中微生物发酵是一种较为常见的方法。本文将介绍一种从发酵液快速制备谷胱甘肽冻干粉的方法及其流程。

一、发酵液制备

首先,需要选定一种谷胱甘肽产生菌株,如碱磷酸菌、芽孢杆菌等。然后,将所选菌株接种到发酵基质中,并进行优化,控制发酵条件,如温度、pH、氧气等,以促进菌株生长及谷胱甘肽产量。在菌株生长到一定程度时,进行发酵液的收集。

二、发酵液处理

为了获得纯净的谷胱甘肽,需要首先除去发酵液中的细胞残留物和杂质。可以通过离心、过滤等方式实现。然后,将得到的纯化发酵液加入Dextran脱盐树脂进行吸附,以分离谷胱甘肽。再用洗脱液洗脱吸附的谷胱甘肽,得到高纯度的谷胱甘肽。

三、谷胱甘肽冻干粉制备

最后,将得到的谷胱甘肽溶于水,并加入葡萄糖等保护剂,制备成冻干粉。具体操作步骤如下:

1.将谷胱甘肽溶于适量的水中,搅拌均匀。

2.加入适量的保护剂,如葡萄糖、甘油等,搅拌均匀。

3.将混合液通过过滤或离心等方式除去悬浮物和杂质。 4.将得到的液体载入冻干机中,将水分冻结并通过减压下升华脱水,最终得到谷胱甘肽冻干粉。

通过以上步骤,可以快速并高效地制备出纯度较高的谷胱甘肽冻干粉。该方法适用于小规模实验室制备和工业生产。

产谷胱甘肽重组巴斯德毕赤氏酵母发酵条件的研究

产谷胱甘肽重组巴斯德毕赤氏酵母发酵条件的研究

产谷胱甘肽重组巴斯德毕赤氏酵母发酵条件的研究

饶志明;艾丽静;沈微;方慧英;诸葛健

【期刊名称】《食品与发酵工业》

【年(卷),期】2007(033)005

【摘 要】考察了培养基组成及培养条件对重组巴斯德毕赤氏酵母(Pichia

pastoris)x-33(pGAPZA-gsh 1)合成谷胱甘肽(GSH)的影响.优化后的培养基组成为:甘油30 g/L、蛋白胨40 g/L、酵母膏9 g/L、半胱氨酸0.36g/L、KH2PO4 3 g/L;培养条件为:自然pH、摇床转速200 r/min、装液量为30 mL/250 mL、接种量为10%.在此优化条件下重组酵母的GSH产量是98.5 mg/L,为优化前的2.33倍,生物量最大值达到19.6 g/L.在5 L发酵罐上进行放大实验,发酵结束后GSH产量、重组菌的生物量分别为97.9 mg/L,18.7 g/L与摇瓶发酵结果基本吻合.

【总页数】4页(P1-4)

【作 者】饶志明;艾丽静;沈微;方慧英;诸葛健

【作者单位】江南大学工业微生物中心和工业生物技术教育部重点实验室,江苏无锡,214036;江南大学工业微生物中心和工业生物技术教育部重点实验室,江苏无锡,214036;齐鲁制药有限公司,山东济南,250100;江南大学工业微生物中心和工业生物技术教育部重点实验室,江苏无锡,214036;江南大学工业微生物中心和工业生物技术教育部重点实验室,江苏无锡,214036;江南大学工业微生物中心和工业生物技术教育部重点实验室,江苏无锡,214036

【正文语种】中 文 【中图分类】TS2

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谷胱甘肽的应用和酶法生产谷胱甘肽的研究进展

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段学辉;谢雷波;王锦

【期刊名称】《江西科学》

【年(卷),期】2005(23)6

【摘 要】谷胱甘肽是一种重要的生物活性物质,在医药、食品和化妆品等领域有重要的应用.简单介绍了酶法生产谷胱甘肽的研究进展和发展前景.

【总页数】4页(P750-753)

【作 者】段学辉;谢雷波;王锦

【作者单位】南昌大学生命科学学院,教育部食品科学重点实验室,江西,南昌,330047;南昌大学生命科学学院,教育部食品科学重点实验室,江西,南昌,330047;南昌大学生命科学学院,教育部食品科学重点实验室,江西,南昌,330047

【正文语种】中 文

【中图分类】Q516;Q81

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高产谷胱甘肽酿酒酵母的选育及发酵工艺的研究

高产谷胱甘肽酿酒酵母的选育及发酵工艺的研究

微生物学杂志 2013年2月第33卷第1期JOURNAL OF MICROBIOLOGY Feb.2013 Vo1.33 N。.1 

高产谷胱甘肽酿酒酵母的选育及发酵工艺的研究 

刘 哲,詹良静,张新宜,王欣荣 (中国医药集团总公司四川抗菌素工业研究所,四川成都610052) 

摘 要 以酿酒酵母SC一001为出发菌株,利用紫外诱变结合乙硫氨酸和氯化锌的底物选择筛选到1株有较 高GSH产量的酿酒酵母菌株SC-O0l一24,其GSH产量为743 mg/L,比出发菌株提高了22%。进一步在lO L发 酵罐中考察了不同发酵模式和前体氨基酸补加方式对酿酒酵母产GSH的影响,确定最佳发酵模式为补料分 批发酵,最佳前体氨基酸补加策略为:初始培养基加入41 mmol/L半胱氨酸,发酵42 h后一次性补加半胱氨酸 246 nlmol,甘氨酸160 nlulol,谷氨酸82 mmol。在最佳发酵条件下GSH产量达到1 280.4 U3【g/L。 关键词谷胱甘肽;酿酒酵母;紫外诱变;发酵调控 中图分类号TQ926.3 文献标识码A 文章编号 1005—7021(2Ol3)01—0025—05 doi:l0.3969/j.issn.1005—7021.2013.01.006 

Breeding&Fermentation Technology of GSH High-Yielding cerevisiae Strain LIU Zhe,ZHAN Liang-jing,ZHANG Xin・yi,WANG Xin-rong (Sichuan lnst.ofAntibiotics lndust.,China Gen.Corn.ofMedicine Group.Chengdu 610052) Abstract Saccharomyces cerevisiae SC—O01 was taken as a starting strain to carry out UV mutagenesis combined with ethionine and zinc chloride substrate selection.and a fairly high—GSH yielding of S.cerevlsae mutant strain SC_o0l-24 was screened with production of GSH at 743 mg/L,22%higher than the starting one.Further investigation was made to observe the effects of different fermentation patterns and precursor amino acids adding mode on the production of GSH bv SC—O01 24 in 10 L fermenter.And it was confirmed that the best fermentation pattern was fed—batch fermenta— tion and the best precursor amino acids addition strategy was 4 1 mmol/L cysteine added at the initial medium.42 h after the fermentation 246 mmol cysteine,160 mmol glycine.and 82 mmol glutamic acid added for only once.Under the optimum fermentation condition the GSH production reached as much as 1 280.4 mg/L. Keywords GSH;Saccharomyces cerevisiae;UV mutagenesis;fermentation control 

谷胱甘肽 (2)

谷胱甘肽 (2)

1、简介

谷胱甘肽是一种三肽(L - γ- 谷氨酰- L - 半胱氨酰-

甘氨酸) 化合物,它广泛分布于动物、植物、谷物和油料种子

中,它在细胞中的功能之一就是抵御各种毒素和致癌剂。有

研究表明:谷胱甘肽在小肠中能被完全吸收,并且某些上皮

细胞能利用外源谷胱甘肽来去毒,这说明膳食中的谷胱甘肽

决定着人体中细胞受损伤的程度。除作为抗毒剂外,谷胱

甘肽还对一些巯基酶有激活作用,可作为保护酶和其他蛋白

巯基的抗氧化剂,在生物氧化、氨基酸转运、保护血红蛋白等

过程中起一定作用。另外,谷胱甘肽还具有抑制衰老,预

防糖尿病、消除疲劳等作用。最近研究还发现谷胱甘肽具有

抑制艾滋病毒的作用。因此,研究谷胱甘肽对人类的健康和

生活具有重要的意义。

2、谷胱甘肽在自然界的分布

谷胱甘肽在自然界中分布很广,主要存在于动物组织和

血中,许多植物如蔬菜、豆类、谷物、薯类、菇类等也含有,另

外酵母中谷胱甘肽的含量也较高。

2 谷胱甘肽的特性及生理功能

211 谷胱甘肽的特性

谷胱甘肽分子量为307. 33 ,熔点189~193 ℃(分解) ,晶

体是无色透明细长柱状(板状) ,等电点(PI) 为5. 93 ,成品见

光易分解,易氧化,谷胱甘肽分子中有一特殊的δ- 肽键,即

由谷氨酸的δ- COOH 与半胱氨酸的α- NH2 缩合而成,这样

的肽键与蛋白质分子中的一个氨基酸中α- COOH 和另一个

氨基酸中α- NH2 失水缩合而成的肽键显然不同。由于谷胱

甘肽中含有一个活泼的巯基极易被氧化,2 分子还原型谷胱

甘肽(简称GSH) ,脱氢以二硫键( S S ) 相连便成为氧化

型的谷胱甘肽(简称GSSG) ,所以谷胱甘肽可分为氧化型和

还原型两大类,在生物体中起重要功能作用的是还原型谷胱

甘肽。

2.2 谷胱甘肽的生理功能

谷胱甘肽的生理功能主要表现在6 个方面:

(1) 维持红细胞膜的完整性。

(2) 对于需要巯基的酶有保护与恢复活性的功能。

响应面法优化谷胱甘肽发酵培养基的研究

响应面法优化谷胱甘肽发酵培养基的研究

食品与发酵科技 Food and Fermentation Technology 第47卷(第5期)Voi.47,No.5 

响应面法优化谷胱甘肽发酵培养基的研究 

周铭锋1,2,黄瑶1,2,张为巍1,2王常高1,2,林建国 ,蔡俊 。 

f1.发酵工程教育部重点实验室湖北工业大学,武汉430068;2.湖北工业大学生物工程学院,武汉430068) 

摘要:利用Plackett—Burman设计,Box—Behnken中心组合设计和响应面法对酿酒酵母发酵生产谷胱甘肽的培养 基进行优化。用Plackett—Burman实验方法研究葡萄糖、酵母粉等5个营养因子对GSH产量的影响,结果表明主要 影响因子为葡萄糖、酵母粉、硫酸铵;通过爬坡试验对显著因素进行优化来寻找合成谷胱甘肽产量的最佳值区域,然 后用Box-Behnken设计及响应面分析确定主要影响因子的最佳浓度。实验结果表明:在葡萄糖25.95g/L、酵母粉 11.47g/L、(NH4)2S0410.16g/L、硫酸镁0.2g/L、磷酸二氢钾2g/L的培养基中,谷胱甘肽产量可达170.459mg/L,比优 化前提高了40.65%。 关键词:谷胱甘肽;酿酒酵母;Plackett-Burman设计;响应面 中图分类号:TQ927 TQ936.146 文献标识码:A 文章编号:1674-506X(2011)05-0015-0005 

Optimization of Fermentation Production Medium of Glutathione by 

Saccharomyces cerevisiae Using Response Surface Methodology 

ZHOU Ming-feng 2,HUANG Fan 2,ZHANG Wei-wei WANG Chang-gao ,LIN Jian-guo’2,CAI Jun f1.Key Laboratory ofFermentation Engineering(Hubei University ofTechnology),Ministry ofEducation,Wuhan 430068, China;2。College ofBioengineering,Hubei UniversityofTechnology,Wuhan 430068,China) 

酿酒酵母谷胱甘肽发酵培养基优化研究

第l3卷第1期 2011年2月 衡水学院学报 Journal ofHengshui University V01.13.No.1 Feb.20l1 

酿酒酵母谷胱甘肽发酵培养基优化研究 

孙金旭 

(衡水学院生命科学学院,河北衡水053000) 

摘 要:以葡萄糖、酵母膏、MgSO4"7H2O、(NH4)2sO4、半胱氨酸、KH2P04、CaCI2 7种为谷胱甘肽发酵培养的影响因 素,分别以茵体和谷胱甘肽为目的产物进行Lj8(3 )正交试验,综合以谷胱甘肽和菌体为目的产物进行谷胱甘肽发酵培养的 正交实验分析后得出,谷胱甘肽发酵培养时的适宜培养基为:葡萄糖5%,酵母膏1.2%,MgSO4・7H2O 0.04%,(NH4)2SO4 O.6%,半胱氨酸8 mmol/L KH2PO4 O.2%,CaC12 0.01%. 关键词:酿酒酵母;谷胱甘肽;优化 中图分类号:TS201.3 文献标识码:A 文章编号:1673.2065(2011)01.0115.04 

谷胱甘肽(glutathione,简称GSH)是一种具有Y.谷氨酰基和活性巯基的生物活性三肽化合物,在生物体中具 有重要的生理功能,广泛存在于动植物体内【 .谷胱甘肽可以迅速提高机体免疫力,在抗氧化、抗辐射、清除 

自由基、解毒、促进铁质吸收等方面具有良好的效果;它具有增强食品营养价值和强化食品风味等功能[ . 

由于生物发酵生产谷胱甘肽与早期萃取法、化学合成法及酶法相比具有明显的优越性,如反应条件温和、 

反应步骤简单、成本低、转化效率高、生产速率快等,是今后生产谷胱甘肽的主要趋势,因此越来越收到科学家 

们的重视.生物发酵法生产谷胱甘肽的工艺经过学者们的努力不断得到改进,己成为当今生产谷胱甘肽的主要 

方法,也是到最具潜力的方法. 

本实验以一株高产谷胱甘肽的酿酒酵母菌株为生产菌株,采用正交实验设计对其培养基进行优化,以期为 

工业化生产提供理论依据. 

1材料和方法 

米糠发酵生产谷胱甘肽的工艺

2009年6月第30卷第6期食品研究与开发

由表4可知,各因素影响苹果渣果胶沉析的程度依次为:A>D>B>C,醇沉法沉析苹果渣果胶的最佳水平组合为A2B3C3D3,即酸提液pH为1.5,料液比为1:15,酸提时间为1.5h,乙醇用量150mL,在此条件下进行验证试验三次,取平均值,果胶的提取得率为13.25%。3结论盐析法从苹果渣中提取果胶较为适宜的条件是:酸提液pH为2,酸提时间1.0h,以硫酸锌为盐析用盐,添加量2%,脱盐液(10%HCl,70%乙醇)用量100mL。在此条件下果胶的提取得率为6.51%。醇沉法从苹果渣中提取果胶较为适宜的条件是:酸提液pH为1.5,料液比为1:15,酸提时间为1.5h,乙醇用量150mL,在此条件下果胶的提取得率为13.25%。醇沉法和盐析法相比,盐析法省去了果胶溶液浓缩工序,耗能少,而且乙醇用量相比醇沉法要节省,综合成本相对较低,但果胶得率较低,而且工艺要求严,难以控制,不利于工业化生产的实施,除此之外,盐析法如果脱盐不彻底,也将影响果胶质量;醇沉法虽能耗量相对较大,综合成本相对较高,但果胶的产率相比较高,并且所得的果胶纯度高,色泽好,质量优,生产工艺容易控制,利于工业化生产的实施。参考文献:[1]马惠玲,马艳萍.苹果渣污染根治与综合利用的体系化技术[J].西北林学院学报,2003,18(1):99-101[2]吴卫华.苹果综合加工新技术[M].北京:中国轻工业出版社,1996[3]鲍金勇.香蕉皮中果胶提取工艺的研究[J].食品与机械,2006,22(1):39-42收稿日期:2008-11-16表3醇沉法正交试验因素水平表Table3Testfactorlevelofethanolprecipitation水平level123A酸提液pHExtractpH1.01.52.0B料液比Materialtoliquid1∶81∶101∶15C水浴时间/hTime/h0.51.01.5D乙醇用量/mLEthanol/mL50100150A1(1.0)112(1.5)223(2.0)337.548.244.004.24B1∶81∶101∶151∶81∶101∶151∶81∶101∶156.585.507.702.20C0.51.01.51.01.50.51.50.51.05.636.447.702.07试验编号No.123456789k1k2k3R考察指标Yield/%6.155.3311.139.467.847.434.143.324.53D5010015015050100100150506.175.637.972.34表4醇沉法正交试验结果表Table4Testresultofethanolprecipitation郝迎,陈野*,吴彩琴,杜悦,王冠禹(天津科技大学食品工程与生物技术学院,天津300457)米糠发酵生产谷胱甘肽的工艺摘要:以米糠为原料,利用米曲霉,研究了液体和固体两种发酵方法生产谷胱甘肽(GSH)的工艺。通过研究发酵生产谷胱甘肽的影响因素,温度、相对湿度、培养时间、接种量和培养转速。确定了液体发酵生产谷胱甘肽的最佳条件为:温度28℃、培养转速130r/min、培养时间2d、接种量5%;固体发酵生产谷胱甘肽的最佳条件为:温度28℃、相对湿度90%、培养时间3d、接种量5%。关键词:米糠;谷胱甘肽;米曲霉;液体发酵;固体发酵PRODUCTIONOFGLUTATHIONEWITHFERMENTEDBYRICEBRANHAOYing,CHENYe*,WUCai-qin,DUYue,WANGGuan-yu(CollegeofFoodEngineeringandBiotechnology,TianjinUniversityofScienceandTechnology,TianjinEconomicandTianjin300457,China)基金项目:天津市农业科技成果转化与推广项目(0502160)作者简介:郝迎(1983—),男,硕士,研究方向:农产品加工及贮藏工程。*通讯作者:陈野(1968—),教授,研究方向:农产副产物生物转化技术。!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!食品工艺952009年6月第30卷第6期食品研究与开发米糠是稻谷加工过程中的副产物,为糙米碾白过程中被碾下的皮层、米胚和碎米的混合物。通常米糠含油脂14%~24%、蛋白质12%~18%、无氮浸出物33%~53%、水分7%~14%和灰分8%~12%,此外还含有生育酚、生育三烯酚、脂多糖、谷维素、二十八碳烷醇、α-硫辛酸、角鲨烯、神经酰胺等多种天然抗氧化剂和多种生物活性物质[1],米糠对人体健康和现代文明病的预防和治疗具有重要意义。本研究以米糠为原材料,利用米曲霉菌种,在保留米糠内其他多种生物活性营养物质前提下,通过液态和固态发酵优化试验,大幅提高其中谷胱甘肽的产量,以达到增加利用米糠附加值的目的。发酵产品经灭菌、造粒等后续加工处理,可作为新型食品或食品添加剂原料进行工业化生产[2]。由于其原材料廉价,工艺简单,生产周期短,因此具有广阔的市场前景。1材料与方法1.1材料新鲜米糠:源于天津市津田米业有限公司;米曲霉菌种:沪酿3.042,(即As3.951)源于天津科技大学菌种保藏库;谷胱甘肽标准品:购于sigma公司。1.2主要仪器设备双层小容量恒温培养摇床ZHWY-2121C:上海智城分析仪器制造有限公司;HPX-250B恒温恒湿箱:上海悦丰仪器仪表有限公司;SSIPC—2000高效液相色谱仪:兰博实验仪器设备有限公司。1.3培养基斜面培养基:马铃薯葡萄糖琼脂培养基(PDA)。种子培养基(1L):马铃薯汁200g、酵母膏2.0g、KH2PO41.0g、MgSO40.6g、pH值自然。1.4培养方法1)斜面培养:将米曲霉菌种接种于PDA斜面,30℃,80%相对湿度恒温培养2d,冷藏备用。2)种子液培养:将活化的菌种接种于种子培养基中,在转速130r/min、温度30℃的摇床中培养16h。3)液体发酵培养:在250mL的锥形瓶中分别加入10g米糠、100mL水,高压蒸汽灭菌20min,取出接菌后进行培养。4)固体发酵培养:将米糠与水以1:1(W/V)比例混合均匀,经高压蒸汽灭菌20min后,取出接菌后进行培养。1.5谷胱甘肽含量的测定1.5.1色谱条件的确定色谱柱:KromasilC185μ250×4.6mm;流动相:磷酸二氢钠和辛烷磺酸钠混合溶液(磷酸二氢钠3.0g,辛烷磺酸钠1.0g,加水溶解并定容至500mL,用磷酸调节pH为3.0):乙腈=96:4(体积分数);检测波长:210nm;流速:0.8mL/min;柱温:30℃;进样量:10μL。1.5.2谷胱甘肽含量的测定方法1.5.2.1标准溶液制备分别准确称取适量谷胱甘肽标准品,用少量高纯去离子水溶解于容量瓶中,而后混匀并定容至刻度,制成相当于25、50、100、200、400、800μg/mL浓度样品,作为标准系列应用液。1.5.2.2样品制备发酵样品到达培养时间后取出30℃烘干,粉碎,准确称取取1.000g,加适量高纯去离子水,混匀,超声波提取30min,定容至25mL刻度,离心,上清液过0.45μm微孔滤膜作为样品分析液[3-4]。1.5.2.3绘制标准工作曲线将配置好的谷胱甘肽标准系列应用液分别吸取10μL进样,以谷胱甘肽浓度为横坐标,峰面积为纵坐标,绘制标准工作曲线。1.5.2.4样品的测定取处理好的发酵样品分析液10μL进样,根据样品峰的面积,在标准工作曲线上查含量,再换算。计算公式为:Y=C×25×10010002.5C式中:Y是发酵样品中谷胱甘肽含量,(mg/100g),其中液态发酵单位是以其中固态基质为标准确定);C是发酵样品提取后样品分析液中由高效液相色谱法测得的谷胱甘肽含量,(μg/mL)。Abstract:StudyliquidandsolidstatefermentationmethodsforimprovingtheGlutathionecontentwhichusethericebranastherawmaterialandstrainofAspergillusoryzae.Theeffectsoffermentationconditions,includingthetemperature,relativehumidity,cultivatingtime,inoculationquantityandtherotationspeedforcultivation(RSC).Theresultsshowedthattheoptimumconditionsforliquidstatefermentationmethodwasat28℃,2dofcultivation,5%ofinoculationquantityand130r/minofRSC.Andtheoptimumconditionsforsolidstatefermentationwasat28℃,3daysofcultivation,5%ofinoculationquantityand90%ofrelativehumidity.Keywords:ricebran;Glutathione;Aspergillusoryzae;liquidstatefermentation;solidstatefermentation食品工艺962009年6月第30卷第6期食品研究与开发图1谷胱甘肽标准曲线Fig.1AstandardcurvelineofGlutathione表1L9(34)的正交试验设计极差分析结果Table1TheanalyticresultofvarianceoforthogonaltestA培养温度/℃Temperature/℃262626282828303030131.867143.567103.53340.034B培养转速/(r/min)Rotatespeed/(r/min)11013015011013015011013015089.633159.933129.40070.300C培养时间/dCultivationtime/d123231312117.800131.367129.80013.567D接种量/%Inoculationquantity/%2.557.57.52.5557.52.5115.367177.30086.30091.000谷胱甘肽含量/(mg/100g)Glutathionecontent/(mg/100g)75.7221.598.471.9169.7189.1121.388.6100.7最优A2B2C2D2试验号No.123456789均值1均值2均值3极差谷胱甘肽浓度/(mg/L)Concentrationofglutathione/(mg/L)2结果与讨论2.1谷胱甘肽标准曲线按选定的色谱条件,将配制好的标准溶液系列应用液进行分析,进样量10μL,每个浓度重复3次,以浓度为横坐标,峰面积均值为纵坐标,绘制标准工作曲线,通过回归计算求得回归方程Y=6044.8x+287887,相关系数r2=0.99,工作曲线如图1所示。2.2液体发酵正交试验结果及分析在实际发酵情况下,由于以上各个因素之间相互交叉影响,根据单因素试验结果范围的确定,以培养温度、培养转速、培养时间和接种量4种因素进行正交试验设计,以测定液体发酵产物中谷胱甘肽的含量。其极差分析结果和方差分析结果见表1和表2。表2L9(34)的正交试验设计方差分析结果Table2Theanalyticresultofextremedifferenceoforthogonaltest偏差平方和Sumofsquareofdeviations2542.3367455.762330.50912961.609330.51自由度Variance22222F比Fratio7.69222.5581.00039.217临界值Critialvalue19.00019.00019.00019.000显著性Significance**因素FactorsA培养温度/℃Temperature/℃B培养转速/(r/min)Rotatespeed/(r/min)C培养时间/dCultivationtime/dD接种量/%Inoculationquantity/%误差Error注:*为具有显著性差别。从表1和表2可以看出:培养温度、培养转速、培养时间和接种量4因素对液体发酵谷胱甘肽含量影响的主次顺序为:接种量>培养转速>培养温度>培养时间,并且短时期内最佳的发酵工艺条件为A2B2C2D2,即温度28℃、培养转速130r/min、培养时间2d、接种量5%。液体发酵产物所得谷胱甘肽含量最高,经验证试验其含量为225.6mg/100g。培养转速和接种量对液体发酵生产谷胱甘肽的含量影响最为显著,培养温度与培养时间对液体发酵生产谷胱甘肽的含量影响相对不显著。考虑到工业生产周期、工业生产设备要求以及工业生产成本等方面的因素,得出以米糠为原材料液体发酵生产谷胱甘肽的最佳工艺为温度28℃、培养转速130r/min、培养时间2d、接种量5%。2.3固体发酵正交试验结果及分析在实际发酵情况下,由于以上各个因素之间相互交叉影响,根据单因素试验的结果及有关资料的介绍,确定以培养温度、培养相对湿度、培养时间和接种量

酵母发酵生产谷胱甘肽的培养基优化_卞芙蓉

酵母发酵生产谷胱甘肽的培养基优化

卞芙蓉,劳兴珍,郑 珩,吴梧桐

(中国药科大学生命科学与技术学院,江苏南京210009)

摘 要:目的应用Plackett-Burman设计和球面对称设计实验,对酵母发酵生产谷胱甘肽的培养基进行优化。方法首先通过Plackett-Burman设计方法从10个因素中选择出对发酵产量影响较大的因素,即葡萄糖、酵母膏和半胱氨酸含量,然后用球面对称设计对这3个因素各取5个水平进行优化。结果最佳培养基组成为:葡萄糖23.64g/L,酵母膏29.07g/L,半胱氨酸1g/L,(NH4)2SO42g/L,蛋白胨5g/L,KH2PO41g/L,MgSO41g/L,NaCl2g/L。在优化条件下,发酵液中谷胱甘肽积累量可达162.3mg/L,比优化前产量提高约56.2%。结论证明用Plackett-Burman设计和球面对称设计寻求菌体积累谷胱甘肽的最佳培养基组分是可行的。 关键词:谷胱甘肽;Plackett-Burman设计;球面对称设计 中图分类号:TQ92 文献标识码:A 文章编号:1005-1678(2009)03-0184-03

StudyontheoptimalmediaofglutathioneproductionofSaccharomycescerevisiae

BIANFu-rong,LAOXing-zheng,ZHENGHeng,WUWu-tong(SchoolofLifeScienceandTechnology,ChinaPharmaceuticalUniversity,Nanjing210009,China)

Abstract:PurposeTostudytheoptimalmediaofglutathioneproductionofSaccharomycescerevisiaebyPlackett-Burmandesignandsphericalsymmetricdesign.MethodsFirstly,thethreefactorswereselected:glu-

谷胱甘肽生物合成途径及发酵条件研究

谷胱甘肽生物合成途径及发酵条件研究

肖开芳;李薇;郑珩;吴梧桐

【期刊名称】《中国生化药物杂志》

【年(卷),期】2008(29)2

【摘 要】谷胱甘肽是一种合巯基活性三肽,在人体内广泛分布,作为氧自由基清除剂,对于维持细胞的氧化还原状态起着重要作用.谷胱甘肽过度消耗会导致许多疾病,比如癌症和心血管疾病等.在生物医药、运动、美容保健等多个领域日渐受到人们的重视.谷胱甘肽生产方法很多,其中微生物发酵法生产谷胱甘肽成为最普遍的生产方法,仍具有很大发展空间.此文就谷胱甘肽生物合成途径和发酵条件进行了综述.

【总页数】2页(P144,Ⅰ-Ⅱ)

【作 者】肖开芳;李薇;郑珩;吴梧桐

【作者单位】中国药科大学,生命科学与技术学院,江苏,南京,210009;中国药科大学,生命科学与技术学院,江苏,南京,210009;中国药科大学,生命科学与技术学院,江苏,南京,210009;中国药科大学,生命科学与技术学院,江苏,南京,210009

【正文语种】中 文

【中图分类】T092

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