[01395291]利用葡萄酒泥废酵母酶法制备β-葡聚糖关键技术研究

1、课题来源与背景 酵母β-葡聚糖是在酵母细胞壁中大量存在的结构多糖,具有增强免疫、防治疾病、促进生长等多种生理功能。近几年来,我国葡萄酒产业发展迅速,葡萄酒年产量已达到11亿升以上。然而,葡萄酒加工过程中会产生约占总加工酒量25%～30%的葡萄酒泥、皮渣等副产物;而葡萄酒泥中含有丰富的酵母细胞和多种有益成分,是二次开发生物产品的优质资源。实际生产中大部分葡萄酒泥被当作肥料、饲料甚至垃圾处理,造成了很大的环保压力。甘肃葡萄酒产业已经形成了武威、张掖、嘉峪关三大葡萄酒产区,也造就了莫高、紫轩、祁连、国风、甘肃威龙、黄台、敦煌等在国内外具有一定影响力的知名企业。这些企业葡萄酒年产量都在数万吨以上,因此,本项目针对葡萄酒企业大量酒泥废酵母缺乏高效开发利用的现状,结合国内酵母β-葡聚糖的市场需求等,进行葡萄酒泥酵母β-葡聚糖资源化利用关键技术研究。以期获得一种高附加值的β-葡聚糖产品,为葡萄酒产业升级和循环农业经济发展提供技术支撑。 2.技术原理与性能指标 2.1 技术原理 β-葡聚糖位于酵母细胞壁内层,约占细胞干重的30-40%,外层为甘露聚糖,中间层为糖蛋白层。酵母β-葡聚糖特殊的键结方式和分子内氢键使其具有特殊的三重超微螺旋结构,这种刚性骨架使酵母细胞壁不易破碎。高压均质法是在高压均质机的微射流均质腔中,在增压机构的作用下,细胞悬浮液在高压下快速通过均质腔,细胞同时受高速剪切,高速撞击、空穴现象及对流撞击等机械力和相应的热效应作用使得细胞壁破碎;冻融法使细胞内冰粒形成和剩余细胞液的盐浓度增高引起细胞溶胀而破碎。复合酶法处理过程条件温和,能够去除甘露糖蛋白及少量脂类物质,使酵母葡聚糖产品纯度提高,分子结构更加完整。 2.2性能指标 葡萄酒泥酵母制备β-葡聚糖的关键技术指标由下列性质和参数表征 2.2.1 酵母自溶率：葡萄酒泥酵母自溶的最佳工艺条件为NaCl添加量2.0%、pH 4.8、温度50℃和自溶时间28 h,酵母自溶率为49.50%。 2.2.2均质压力 70MPa、均质时间34 min、冻融加水量25%、酵母浓度13%,酒泥酵母细胞壁中提取的β-葡聚糖纯度可达到79.69%。 2.2.3酵母抽提酶（400 U/mg）、木瓜蛋白酶（800 U/mg）和中性蛋白酶（200 U/mg）分别以0.5%添加量复合,酶解时间50min、酶解温度50℃、pH 7.0、料液比1:5（g/mL）,提取的β-葡聚糖纯度可达到89.52%。 2.2.4 产品特征：酒泥酵母中提取的β-葡聚糖为乳白色粉末,相对分子量为170378.58 D,为碱不溶性酵母β-1,3-D-葡聚糖,纯度达到91.69%。 3.技术的创造性与先进性 酵母细胞其细胞壁较厚,且质地坚硬,完全破壁困难,酵母β-葡聚糖的提取离不开酵母细胞壁的大规模破碎,传统的酸、碱等提取方法不仅会对葡聚糖的结构和功能造成破坏,而且存在二次污染环境的风险。高压均质法和冻融法属于物理方法,具有方法简单、处理量大,对酵母细胞内部有效成分损害小等特点,不造成二次污染,容易实现工厂化操作;生物复合酶酶解的方法因作用条件温和、提纯效率高等优点,与前两种方法联合使用可显著提高制备所得酵母β-葡聚糖的纯度。该技术首次优化了高压均质法结合冻融法等物理方法的工艺参数,并优化了三种复合酶的酶解处理工艺参数,显著提高了酵母β-葡聚糖的提取率和纯度。根据资料查新及文献检索（详见查新报告）,目前,以葡萄酒泥酵母为原料,采用高压均质+冻融法破壁,复合蛋白酶+脂肪酶酶解提取β-葡聚糖,并对β-葡聚糖羧甲基处理,国内未见相同文献报道。 4.技术的成熟程度适用范围和安全性 虽然能够解决酵母β-葡聚糖制备过程中工业化破壁和产品提纯问题,该技术也可应用于葡萄酒生产领域中副产物酒泥酵母的二次利用,但酵母β-葡聚糖制备技术过程中水溶性改性技术尚不够成熟。酵母β-葡聚糖是一款安全性很高的产品,美国FDA将其列为一般公认安全级的产品,已广泛应用于医药、食品及保健品领域。 5.应用情况及存在的问题 5.1应用情况 国内对于葡萄酒生产的副产物--酒泥酵母和葡萄皮渣的主要利用方式是提取花色素和制作肥料,目前将酒泥酵母进行筛分提取多糖的应用并不多。 5.2存在的问题 由于酵母β-葡聚糖分子内多羟基的相互作用,使亲水基团内敛,表现出难溶于水、乙醇等溶剂,从而制约了在食品、化妆品和医药领域的应用。为增加酵母β-葡聚糖的水溶性,通过羧甲基化的方法进行增溶改性,但酵母β-葡聚糖在羧甲基化的改性过程中很难被甲基充分取代,β-葡聚糖的活性也有所丧失。因此后续研究应在酵母β-葡聚糖的制备和修饰改性、溶液构象以及功能性评价等方面进行加强研究。 6.历年获奖情况 无