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高压脉冲电场及超声场提取啤酒废酵母中蛋白质与核酸

刘铮  
【摘要】: 啤酒酵母是一种单细胞微生物,胞内含有丰富的蛋白质、核酸、碳水化合物、矿物质等营养成分,是一种重要的蛋白质源和核酸源。随着我国啤酒工业的迅猛发展,会产生大量的啤酒废酵母,因此对啤酒废酵母的回收利用,具有重大的现实意义。啤酒酵母胞内物质的提取主要是通过破坏细胞壁或者改变细胞膜通透性的方法。传统的机械破壁法耗能大、效率低,化学提取法会影响蛋白质的稳定性,酶自溶法会使蛋白质和核酸等物质水解成小分子而失去生物活性。本文采用高压脉冲电场法(PEF)和超声波法提取,利用细胞电穿孔原理和空化机制,旨在找到一种新型的不破坏提取物生物活性的方法。 首先研究确定了啤酒废酵母的预处理工艺,在此基础上研究了高压脉冲电场法提取啤酒废酵母中蛋白质和核酸的工艺。结果表明,随着电场强度的加大、处理温度的提高、离子强度的增大、处理时间和PEF处理后静置时间的延长,蛋白质和核酸的提取率增加。当场强为30kv/cm,温度为45℃,处理时间为400μs时,蛋白质渗出量达到4.04mg/ml,提取率为33.6%,此时核酸的溶出量为0.38mg/ml,提取率为25.4%。 研究了超声波法对提取啤酒废酵母中蛋白质和核酸的影响。采用变幅杆浸入式超声,在不同参数、不同理化条件下处理啤酒废酵母。结果表明,随着超声功率的增大,处理时间的延长,处理温度和离子强度的提高,蛋白质和核酸的提取率增加;当间歇比为3:4,500W功率超声作用6min时蛋白质提取率为34.9%,核酸提取率为27.5%;体系pH值在中性范围内时的提取效果最差。为进一步提高提取率,可采用二次超声法,或结合振荡后处理工艺。 在PEF提取的基础上比较了三种后处理工艺,结果发现,超声结合处理法在短时间内就可以使提取率有比较明显的提高,因为利用超声波的一些次级效应,如机械振动、乳化、扩散、击碎、化学效应和热效应等可以加速被提取成分的扩散释放,进一步提高待提取物的提取率。经100W超声结合处理10min,可使蛋白质提取率达到39.9%,提高6.4%,核酸提取率达到29%,提高5.9%;经300W超声结合处理6min,可使蛋白质提取率达到41.1%,提高7.6%,核酸提取率达到29.9%,提高6.9%。 采用氨基酸自动分析、高效液相色谱等手段,对啤酒废酵母提取液进行分析测定。结果表明:提取液中蛋白质大部分都以大分子状态存在,只有小部分是以氨基酸形式存在的。采用扫描电子显微镜观察PEF处理后的啤酒酵母细胞,可以直观地了解PEF致细胞电穿孔现象。


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