啤酒酵母菌富集硒、铬培养条件优化研究啤酒酵母菌富集硒、铬培养条件优化研究湖南农业大学硕士学位论文啤酒酵母菌富集硒、铬培养条件优化研究姓名:李丽辉申请学位级别:硕士专业:农产品加工及贮藏工程指导教师:林亲录20070601 啤酒酵母茵富集硒、铬培养条件优化研究捅 要硒、铬是人和动物所必需的微量元素,在人体内具有各种重要的生理功能。通过研究证实,饮食中微量元素的吸收与其化学状态有关,游离形式的微量元素不易被人体吸收,并有一定的毒性。通常微量元素无机态的生物学效价低于一般有机态的生物学效价,因此将无机态的微量元素转化为有机态成为当前研究的热点。酵母菌具有易生长,发酵周期短,对微量元素吸收率高等特点,是将无机微量元素转变为有机微量元素的理想载体。目前国内外对酵母富集单种微量元素的研究较多,如已开发了富铁、富锌、富铬、富硒等酵母。但酵母菌同时富集两种或多种微量元素的研究还是一个空白。人体内必需的微量元素有十多种,且一些疾病的引发并非单纯的缺失某一种微量元素,如缺硒可以导致克山病、心肌炎等严重的病患。但近年来的研究表明:单纯低硒并不能导致上述疾病,此疾病的发生可能与其它微量元素的异常密切相关,其中低铬是一个重要的协同因素。因此若酵母菌能同时富集两种或两种以上的微量元素,从经济角度与营养角度来说都将是有利的。本研究以湖南农业大学食品科技学院微生物教研室提供的一株啤酒酵母菌作为出发菌株,摸索其单独富集硒、铬的较优培养条件,然后进一步试验其共富集硒、铬的培养模式,培养出同时富集硒、铬含量较高的酵母菌株。本试验分为三大部分进行:啤酒酵母富硒培养条件的优化研究:啤酒酵母富铬培养条件的优化研究和啤酒酵母共富集硒、铬培养模式的研究。通过多个单因素试验与正交试验表明,啤酒酵母富集微量元素硒的较优培养条件是:以麦芽汁为发酵培养基,培养温度,培养基.,接种量%以,计,下同,采用梯度方式添加亚硒酸钠%、%/以添加的无机盐质量与培养基的体积比计,下同,转速/摇床培养;以此培养方式得到的富硒酵母其含硒量为/以富集微量元素的量与酵母生物量的质量百分比计,下同,有机硒含量占.以富集微量元素的有机量与富集总量的质量百分比计,下同。啤酒酵母富集微量元素铬的较优培养条件:培养温度,.,接种量%,梯度添加%、%.,使其总浓度达/,在转速/的摇床上培养:用此法培养的富铬酵母含铬量达/,其中有机铬含量达.%。啤酒酵母共富集硒、铬其培养条件的较优组合是:以麦芽汁为基础培养基,麦芽糖浓度达,以.%的酵母膏为氮源,/、/的盐浓度、接种量%、培养基.,培养温度,在/摇床上培养:此法培养的酵母其富集硒、铬的量分别为./和/,硒、铬的有机率达%和%。关键词:啤酒酵母:硒:铬:富集;优化培养, .,., 咒.,. . ., . 、 、,. . ; ,. ,. . .,.:,., , . , 、:, ,., ? %,%,、 / ,/, .%./,%,., .%,%/. /,/.%.,。, .%. /、/.%./ %/ , %.: ;独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得湖南农业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。帆哆年彳月垆日研究生签谬孝关于论文使用授权的说明本人完全了解湖南农业大学有关保留,使用学位论文的规定,即:学校有权保留送交论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同意湖南农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。保密的学位论文在解密后应遵守此协议帆矽年月肜日研究蚴办坪. 、导师签名:毋梅艇时间:知一年多月膨日第一章 绪论硒的概述微量元素硒过去一直被认为是对人体有害的物质,直至年,联合国世界卫生组织才宣布硒是生物体中必需的“ ” 、不可缺少的营养元素之一。硒是人体红细胞谷胱甘肽过氧化物酶的重要组成成分。,其主要作用是参与酶的合成,保护细胞膜的结构与功能免遭过度氧化与干扰,具有许多重要的生理功能。由于硒在地壳中的分布极不均匀,许多国家和地区都属缺硒或低硒地区,因此,硒的营养功能研究和富硒食品的开发引起世界各国的普遍关注。年,我国营养学会修订的“每措食中营养素的供给量”又将硒列入种每同膳食营养素之一?。随着人们对硒的生理功能、硒与心血管疾病、免疫功能的关系及防癌机理等认识的逐步加深,以及社会保健需求的增多和人口老龄化的加剧,使得开发利用硒资源,生产富硒农畜产品和保健食品,为缺硒地区提供天然富硒保健食品,己逐渐成为我国保健食品行业的新热点。预计未来相当长的一个时期,富硒保健食品市场将会是一个迅猛发展的大好时期。一大批颇具中国特色的硒资源保健食品将脱颖而出,它将给我国保健食品行业注入新的生机与活力。.硒在人体中的生理功能.抗氧化作用硒是谷胱甘肽过氧化物酶的重要组成成分,在体内特异地催化还原谷胱甘肽与过氧化物的氧化还原反应,如过氧化氢、超氧阴离子、羟游离基、脂酰游离基,从而保护生物膜免受损害,维持细胞的正常功能“。硒的抗氧化作用主要通过酶促反应清除脂质过氧化物。硒在人体生长繁殖功能上与维生素的作用相类似,对维护组织弹性,延缓不饱和脂肪酸的氧化,防止早期衰老均有积极作用。硒对抗过氧化物酶的抗氧化能力要比维生素高出倍” 。硒与维生素构成了动物机体抗氧化的两条防御途径”,两者共同发挥作用。维生素控制着磷脂上不饱和脂肪酸不被氧化,成为抗氧化的第一道防线。硒以?的形式催化脂质过氧化物的还原,在整个细胞中将过氧化物迅速分解成醇和水,使细胞中的膜结构免受过氧化物的损害,起第二道防线的作用“?。.保护心血管的作用硒是清除体内“自由基”的勇士” 。人体内“自由基”是一群处于兴奋状态的极不稳定的分子,能连锁反应,不断破坏身体的健康组织并产生新的“自由基” 。这种连续发生的累积效应,使细胞坏死、纤维化,红细胞溶血,并诱发心血管等疾病。硒就像永不停息的勇士,不断清除这些“自由基” 。.解毒作用硒是抵抗有毒物质的保护剂。在人体内与金属有很强的亲和力”,它与毒性强的重金属如汞、甲基汞、镉、铅等结合形成金属硒蛋白复合物而解毒,并将金属排出体外,从而保护肝细胞。动物实验还发现硒有降低黄曲霉毒素的急性损害“,减轻肝中心小叶坏死的程度和死亡率。.防癌作用硒有明显的防癌作用。发现凡是人血清中硒浓度低的地区“,其癌症的发病率较高。硒防癌作用的机理被认为与它的抗氧化性质以及硒有利于致癌物质的代谢有关“” 。组织培养证实,硒能减少致癌物质的代谢活性,改变致癌物质的降解方式,生成不致癌或弱致癌的代谢物。因此可以认为硒和含硒的各种药物制剂对大多数肿瘤都有预防作用。.其它生理功能硒还有促进生长、保护视觉器官、提高机体免疫能力的作用已有实验证明硒是生长和繁殖所必需,缺硒可致生长迟缓。硒有保护视神经,预防白内障,增强视力的功能“” 。人眼的巩膜、水晶体、视网膜内含硒量很高,有趣的是视力敏锐的鹫鹰,其视网膜内含硒量比人高倍。这就是所说的硒具有特殊光电效应的特点在动物器官内的体现“” 。白内障及糖尿病性失明者补充硒后发现视觉功能有所改善。硒还能有效地提高机体的免疫水平,其作用涉及体液免疫和细胞免疫两部分。硒能增强动物和人的体液和细胞免疫功能。 ”,增强细胞介导的肿瘤特异性免疫,有利于细胞毒性淋巴细胞的诱导,并明显加强的细胞毒活性,还能显著提高吞噬过程中吞噬细胞的存活率和吞噬率。.硒缺乏与硒中毒.硒缺乏目前己有大量与缺硒有关疾病的研究报告,机体缺硒将导致一系列疾病的发生,如克山病、大骨节病等” 。世纪年代初,科学工作者发现人的克山病与缺硒有关,人体补硒对克山病有预防作用。另外,现己证实,人的大骨节病均流行于低硒的环境中“”,病区土壤、饮水、粮食等硒含量均明显低于非病区,人群和患者处于硒营养缺乏状态。对人体补硒防治试验已取得良好效果,说明大骨节病的发生与硒有一定关系。.硒中毒硒摄入不足会导致多种疾病,但硒同时具有毒性。机体摄入过量的硒,则会产生中毒症状“”,主要表现为头发变干、变脆、易断裂与脱落,指端麻木、抽搐、甚至偏瘫,严重者可致死亡。我国部分高硒地区的土壤中含硒量极高,作物在体内积聚大量的硒,导致这些区域的动物和人的硒中毒。有些硒中毒的产生主要是由于过量服用药物性硒增补剂或长期从事与硒有关的工业嘶” 。.食物中硒水平土壤硒是食物硒的主要来源,硒属于稀散元素,在自然界中一般不能形成独立矿床,而以杂质状态分散于其它矿物中。硒在地球上的分布差异非常大,因而出现有富硒地区和缺硒地区。植物通过吸取土壤中的无机硒进行生物转化并积累,由于不同地区土壤中硒的水平差异很大,因此影响了植物体,同时也影响了动物体内硒的丰寡。世界上约有近个国家和地区缺硒,而我国则有%以上的地区、约亿人口缺硒“” 。.硒强化食品的开发现状与动向膳食硒的低水平摄入对人体健康有潜在的威胁,仅靠天然食品中的硒不足以满足人体的正常需要。要保证人体的健康、防治相关疾病,就应当有充足的硒的摄入,特别是当今癌症等许多疾病无特效良药的时候,通过摄取足够的硒来预防多种疾病的发生显得尤其重要。年在北京召开的“第三届硒在生物学和医学中作用”国际学术讨论会上恤,世界各国的专家们建议:为预防疾病,保证人们身体健康,急需补硒,必须大力发展富硒产品的开发研制。日国内外普遍采用无机盐亚硒酸钠作为强化剂,制作口服亚硒酸钠片和亚硒酸钠强化食盐等,用于补充膳食中硒的不足。研究结果表明,有机硒对动物的毒性明显低于无机硒?,且来自膳食中的天然有机硒在动物组织中的保留量大于无机硒。因此开发富含有机硒的食品作为补硒营养源己成为国内外食品科技工作者的热点。目前国内外富硒食品技术研究的途径和技术主要有以下几种:.硒强化剂硒强化剂包括无机硒强化剂和有机硒强化剂类嘲,无机硒强化剂主要有亚硒酸钠和硒酸钠;有机硒强化剂主要有硒蛋白、富硒酵母、硒酸酯多糖硒化卡拉、硒蛋白表.。表.允许使用的硒强化剂.硒强化剂 种 类无机硒化合物 亚硒酸钠、硒酸钠有机硒化合物 富硒酵母、硒酸酯多糖、硒化卡拉胶、硒蛋白无机硒强化剂具有含硒量高和价格低廉的优点,但无机硒如亚硒酸钠的吸收和利用不很理想,其生物有效性低,无机硒毒性较大,中毒量与需要量之间范围小,因而被严格限制其使用量。发达国家已不用简单的无机盐形式作为硒的营养补剂,目前日本美国等发达国家已经禁止在食品中添加亚硒酸钠等无机硒。同无机硒强化剂相比,有机硒强化剂的毒性小,其吸收和生物利用率高,但含硒量低、价格高和用量大。.硒强化食品的开发现状.利用富硒天然植物资源开发的富硒食品如湖北鄂西土家族自治州被中外权威科研单位断定为世界上硒资源最富集的地方“”,全州个县高硒区面积达平方公里。由于土壤含硒量很高,而导致作物中含硒量普遍较高。他们现己成功地开发了富硒茶、富硒玉米、富硒火腿、富硒酒、富硒香烟及富硒药材、富硒饲料等多种产品,并走红海内外。.人工转化的富硒营养食品利用生物具有转化性富硒能力,可将无机硒转化为有机硒。用这种富集法生产有机硒食品称为人工转化补硒营养食品。该类产品中的硒以类似天然食物的有机硒形式存在,如硒代半胱氨酸、硒代蛋氨酸,既可提高硒的生理活性与吸收率,又可降低其毒性,有利机体吸收。更重要的是可利用富硒地区的硒资源优势和根据市场需求,有目的、有针对性地科学开发适销对路的系列富硒保健食品。微生物富集法:主要有富硒酵母和富硒真菌。富硒酵母是将酵母菌放入无机硒亚硒酸钠的培养基中培养而制得。富硒酵母无毒,直接食用安全,生物利用率高,能有效地提高动物或人体体内的血硒水平,可作为一种硒营养添加剂,用于开发生产富硒保健食品。富硒酵母在保健食品生产方面有很高的应用价值,而且它具有比亚硒酸钠更高的生物活性和更高的食用安全性。如中科院高能物理研究所研制的含量在 /以上的硒酵母,有机硒含量在%以上,蛋白质含量在.%。