（农产品加工及贮藏工程专业论文）啤酒酵母菌富集硒、铬培养条件优化研究.pdf

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3 0 0 c ，培养基p h 5 0 ，接种量8 ( 以v ，v 计，下同) ，采用梯度方式 添加亚硒酸钠( 0 h 3 0 、6 h 7 0 ) 1 5 0 m g l ( 以添加的无机盐质量与培养基的体 积比计，下同) ，转速2 0 0 r m i n 摇床培养4 8 h ；以此培养方式得到的富硒酵母其 含硒量为9 7 1 i _ t g g ( 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9 3 5 0 ( 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3 0 0 c ，p h 5 0 ，接种 量1 0 ，梯度添加( 0 h 3 0 、6 h 7 0 ) c r c l 3 6 h 2 0 ，使其总浓度达2 0 0 m g l ，在转 速2 0 0 r r a i n 的摇床上培养4 8 h ：用此法培养的富铬酵母含铬量达9 2 1 i | t g g ，其中 有机铬含量达9 1 5 。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8 0 b x ，以o 4 的酵母膏为氮源， s e 5 0 m i g l 、 c r 5 0 m g l 的盐浓度、接种量1 0 、培养基p h 6 0 ，培养温度3 0 0 c ，在2 0 0 r m i n 摇床上培养3 6 h ：此法培养的酵母其富集硒、铬的量分别为5 0 9 i t g g 和5 1 s p g g ， 硒、铬的有机率达9 3 和9 1 。 关键词：啤酒酵母：硒：铬：富集；优化培养 i d e a lg r o w t hc o n d i t i o n sf o rb e e ry e a s te n r i c h i n g s e l e n i u ma n dc h r o m i u m a b s t r a c t s e l e n i u ma n dc h r o m i u ma r ee s s e n t i a lm i c r o n u t r i e n t sb o t hf o rh u m a nb e i n g s a n da n i m a l s ，t h e ya r ei m p o r t a n tt ot h ep h y s i o l o g i c a lw e l lb e i n go f t h eh u m a nb o d y a c c o r d i n gt or e s e a r c h ，t h ea b s o r p t i o no fm i c r o n u t r i e n t si nt h ed i e th a ss o m e t h i n gt o d ow i t hi t sc h e m i c a ls t r u c t u r e f r e em i c r o n u t r i e n t sa l en o te a s i l ya b s o r b e d ，h o w e v e r t h e 咒m a yb es o m et o x i c i t y u s u a l l yt h ei n o r g a n i cf o r mo f m i e r o n u t r i e n t si sn o ta s b e n e f i c i a la so r g a n i cm i c r o n u t r i e n t s ，c o n s e q u e n t l y ，i th a sn o wb e c o m eah o tt o p i co f h o wt 0t r a i l s - f o r mi n o r g a n i cm i c r o n u t r i e n t si n t oo r g a n i co n e s y e a s ti sc h a r a c t e r i z e d b yr a p i dg r o w t h , s h o r tf e r m e n t a t i o na n dh i g he f f i c i e n c yi na b s o r b i n gm i c r o n u t r i e n t s i t sa l li d e a ls u b s t a n c ef o rt r a n s f o r m i n gi n o r g a n i cm i c r o n u t r i e n t si n t oo r g a n i co n e s a t t h em o m e n t , al o to f r e s e a r c hi sb e i n gd o n ea th o m ea n da b r o a d ，a b o u ty e a s t sa b i l i t y t og a t h e rs i n g l em i e r o n u t r i e n t y e a s tw h i c hi sr i c hi ni r o n 、z i n c 、c h r o m i u ma n d s e l e n i u mh a sb e e nd e v e l o p e d ，b u tr e s e a r c hh a sf a i l e dt of i n da t y p eo fy e a s tw h i c h c o n t a i r l st w oo re v e nm o r em i c r o n u t r i e n t s m o r et h a nt e nm i c r o n u t r i e n t sa r ee s s e n t i a l f o rh u m a nb e i n g s s o m ed i s e a s e sa r en o to n l yd u et ot h el a c ko f o n es i n g l em i c r o - n u t r i e n t ；f o re x a m p l e ，as e l e n i u md e f i c i e n c ym a yl e a dt om y o e a r d i t i s a c c o r d i n gt o r e s e a r c hd o n ei nt h ep a s tf e wy e a r s ，l o wl e v e l so f s e l e n i u mc a n n o tr e s u l ti nt h e a f o r e m e n t i o n e dd i s e a s e m y o c a r d i t i sp r o b a b l yh a sal o tt od ow i t ht h ea b n o r m a l i t yo f o t h e rm i c r o n u t r i e n t sa m o n gt h e m , l o wc h r o m i u mi sa l li m p o r t a n tf a c t o r t h e r e f o r e , i f t h ey e a s tc o n t a i n st w oo rm o r em i c r o n u t r i e n t st o g e t h e r , i tw i l lb ev i a b l ef r o ma l l e c o n o m i c a la sw e l la sah e a l t hp o i n to f v i e w t h i se x p e r i m e n t a lr e s e a r c hb e g i n sw i t ht h eg r o w t ho f ab e e r y e a s ti nt h el a bo f s c i e n c ea n dt e c h n o l o g yi n s t i t u t eo f h u n a na g r i c u l t u r eu n i v e r s i t y ，p l a n st oe x p l o r e t h ei d e a lc o n d i t i o n sf o r g r o w i n gab e e ry e a s tw h i c hi sr i c hi ns e l e n i u ma n d c h r o m i u m t h i se x p e r i m e n ti sd e r i d e di n t ot h r e em a i np a r t s ：f i r s t l y ，f i n d i n gi d e a l c o n d i t i o n st og r o wab e e ry e a s tw h i c hi sr i c hi ns e l e n i u m s e c o n d l y ，f i n d i n gi d e a l i c o n d i t i o n st og r o wab e e ry e a s tw h i c hi sr i c hi nc h r o m i u m ，t h i r d l y ，f i n d i n gi d e a l c o n d i t i o n st og r o wab e e ry e a s tw h i c hi sr i c hi ns ea n dc r a f t e rm a n ys i n g l e f a c t o r a t t r i b u t e da n do r t h o g o n a le x p e r i m e n t s ，i tc o m e st oc o n c l u s i o nt h a tt h ei d e a l c o n d i t i o n st og r o wb e e ry e a s tw h i c hi sr i c hi ns e 、c ra n ds ea n dc rt o g e t h e ra l ea s f o l l o w s ：t a k em a l t j u i c ea sc u l t u r em e d i u m ，3 0d e g r e e s ，p h 5 0 ，t h el e a v e ni n o c u l a t e s m e a s u r e su pt o8 ，a d o p t i n gas t e p - b y s t e pw a yt oa d dn a 2 s e 0 3 ( 0 h 3 0 ，6 h 7 0 ) 1 5 0 m g l ，c u l t u r ei tf o r4 8h o u r s 、v i t l lr o t a t i o n a ls p e e d o f 2 0 0 r m i ni nas h a k i n gb e d ， w i t ht h i sw eg e ty e a s tw h i c hc o n t a i n ss e9 7 1 1 t g g ，o r g a n i cs et a k a su p9 3 5 i d e a l c o n d i t i o n st og r o wab e e ry e a s tw h i c hi sr i c hi nc ri st h a tw i t ht h et e m p e r a t u r eo f 3 0 d e g r e e s ，p h 5 0 ，l e a v e ni n o c u l a t e so f1 0 ，a d dc r c l 3 6 h 2 0 ( 0 h 3 0 ，6 h 7 0 ) s t e pb y s t e pt om a k ei t sd e n s i t yr e a c h2 0 0 m g l c u l t u r ei tf o r4 8 hw i t har o t a t i o n a ls p e e do f 2 0 0 r m i ni nas h a k i n gb e d ，t h e nw eg e ty e a s tw h i c hc o n t a i n sc r9 2 1 1 t g g o r g a n i cc r t a k e su p9 1 5 i d e a lc o n d i t i o n st og r o wab e e ry e a s tw h i c hi sr i c hi ns ea n dc ri st o t a k em a h j u i c ea sc u l t u r em e d i u m ，w i t hs u g a rd e n s i t yo f 8 。b x ，t a k ey e a s tg r e a s ew i t h d e n s i t yo f 0 4 a st h es o u r c eo f n i t r o g e n s a l td e n s i t yo f s e5 0 m g l 、c r 5 0 m g l t h e a m o u n to f i n o t a t i o nm e a s u r e su pt o1 0 p h 6 0 c u l t u r et h e mf o r3 6 hw i t l lar o t a t i o n a l s p e e do f 2 0 0 r m i mw i t ht h i sm e t h o dw eg e ty e a s tw h i c hc o n t a i n ss ea n dc r5 0 9 p g g a n d518 f g gr e s p e c t i v e l y ，o r g a n i cs ea n dc rt a k e su p9 3 a n d9 1 r e s p e c t i v e l y k e y w o r d ：b e e ry e a s t ；s e l e n i u m ；c h r o m i u m ；e n r i c h m e n t ；i d e a lg r o w t hc o n d i t i o n s 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。 研究生签谬孝 帆哆年彳月垆日 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) 研究蚴办坪 帆矽年z 月肜日 - 、 导师签名：毋梅艇 时间：知一7 年多月膨日 第一章绪论 1 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1 9 7 3 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。1 ，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。1 9 8 8 年，我国营养 学会修订的“每r j 措食中营养素的供给量”又将硒列入1 5 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。 1 1 硒在人体中的生理功能 1 1 1 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4 “1 。硒的抗氧化作用主要通过 g s h - p x l 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e 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e 高出5 0 0 倍”。硒与维生素 e 构成了动物机体抗氧化的两条防御途径”1 ，两者共同发挥作用。维生素e 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。1 。硒以g s h p x 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“。 1 1 2 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”。 1 1 3 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”1 ，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b 1 的急性 损害“，减轻肝中心小叶坏死的程度和死亡率。 1 1 4 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。 1 1 5 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 1 4 o 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1 0 0 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t 细胞介导的肿瘤 特异性免疫，有利于细胞毒性t 淋巴细胞( c t l ) 的诱导，并明显加强c t l 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。 1 2 硒缺乏与硒中毒 1 2 1 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 2 生，如克山病、大骨节病等”1 。2 0 世纪7 0 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。 1 2 2 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2 ”。 1 3 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0 1 。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5 0 个国家和地区缺硒，而我国则有7 0 以上 的地区、约1 亿人口缺硒“”。 1 4 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。1 9 8 4 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1 ，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| j 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1 ， 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： 1 4 1 硒强化剂 硒强化剂包括无机硒强化剂和有机硒强化剂2 类嘲1 ，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1 1 ) 。 表1 1 允许使用的硒强化剂 t a b l 1t h es e l e n i u me n h a n c e so fa l l o w i n ga nu s a g e 硒强化剂种类 无机硒化合物 有机硒化合物 亚硒酸钠、硒酸钠 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。 1 4 2 硒强化食品的开发现状 1 4 2 1 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8 个县高硒区面积达2 1 0 0 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1 0 0 多种产品，并走红海内外。 1 4 2 2 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。 ( 1 ) 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 4 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1 0 0 0pg g 以上的硒酵母，有机硒含量在8 0 以上，蛋白 质含量在5 5 7 7 。富硒真菌主要是富硒食用菌，生产方法是在食用菌栽培基料中 加入亚硒酸钠等无机硒添加剂。如中国农科院对药食两用价值的猴头菇进行硒富 集力研究，证明其能富集高量硒。山东医药研究所对富硒平菇的培养，生产出 1 0 2 0 ug g 和5 0 一6 0 g g2 种富硒平菇，有机硒含量占9 9 4 0 - 9 9 5 2 ，可作为保 健食品用于治疗癌症、克山病、大骨节病等。湖北恩施农科所生产的富硒蘑菇， 有机硒含量在7 0 pg g ，是生产富硒蘑菇多糖胶囊产品的理想原料。 ( 2 ) 植物转化法：主要用施硒肥和喷硒气雾剂的方法使粮食作物、茶叶、 蔬菜和水果等植物增加硒含量，是改善机体低硒状态的另途径。我国四大富硒 地区利用当地硒资源，人力开发富硒粮油、蔬菜、水果食品。如恩施的富硒玉米、 富硒小麦、富硒大米、富硒魔芋、富硒茶、富硒天麻等己形成产业化生产格局。 利用无机硒生产出富硒藻类等富硒海洋植物保健食品及添加剂。如山东青岛鹏 洋科技公司最新开发生产的富硒螺旋藻( 有机硒含量 1 3 3 m g l o o g ) ，海藻硒化 低聚糖( 有机硒含量 一6 0 m g l o o g ) 等产品，填补了国内市场空白。 ( 3 ) 动物转化法：用含硒量较高的饲料饲喂动物1 ，可生产富硒肉、蛋、奶、 禽产品，如富硒蛋、富硒蜂蜜、富硒肉食制品。 ( 4 ) 利用高新技术研制开发富硒保健食品：如上海四通纳米技术港公司研制 的“硒旺胶囊”，经科学鉴定硒纳米粒子尺寸介于2 0 6 0 h m 之间：天津的“天马 康必硒”是运用现代生物基因高新技术研制的功能食品。我国借助太空诱变技术， 将天曲母菌经太空诱变制成的“富硒他汀”，是他汀与硒的有机复合体，这是我 国开发有机硒药物防治心脑血管疾病的一项重大突破。 1 5 富硒酵母的研究进展 国外最早在7 0 年代末就已研制出硒酵母等产品，但硒含量不高。9 0 年代日本 的旭化成工业股份有限公司的商品硒酵母中的硒含量达至u 1 0 0 0 ug g 。近年来匈 牙利布达佩斯工业大学农业和化学系成功的研制了多种微量元素的酵母产品，其 中硒酵母的硒含量也已达到1 0 0 0 ug g 以上”1 。在美国、法国、德国、芬兰等的 市场上均有硒酵母作为食品添加剂及补充药物出售。近十年来美国对用啤酒酵母 作为硒的载体进行了深入的研究，认为硒酵母是当今世界用于动物生产的生物技 术研究和发展的重点之一。 我国用酵母作为载体富集微量元素的研究始于8 0 年代，研究的目的一般限于 作为人的营养添加剂和医用。上海酵母厂和上海交大、上海工大、上海中医学院 气功研究所、上海肿瘤研究所等单位组成上海功能食品协作组，在国内首先研 制成功防癌、防冠心病、防克山病等的硒酵母。我国的科研单位和高等院校最近 在富硒酵母的研究方面也做了大量的工作啪1 ，如北大生物系。1 和中科院高能物理 所其研制的硒酵母中硒含量达1 0 0 0 g g ，并且已在1 t 罐进行了小试。目前国外 报道的富硒酵母硒含量达1 4 0 0ug g 1 。国内报道的富硒酵母一般是酿酒酵母或 稍作筛选的酵母在添加有适量亚硒酸钠的发酵培养基中，于一定的培养条件下获 得，细胞含硒量在3 0 0 - 1 2 0 0 ug g 之间o ”。据国内最新报道，2 0 0 3 年中科院北京 微生物所和天津科技大学合作已经在摇瓶发酵条件下使硒总含量达到1 6 8 1 0 i ig l ，细胞中硒含量达2 0 5 0ug g ，其中9 1 为有机硒”2 矧。 目前国内外对酵母菌富集硒的研究较多，虽然酵母菌单独富集硒的工艺并不 复杂，但酵母富集的量受酵母的种属、发酵培养时间、酵母接种量，发酵培养基 中硒、铬的浓度、不同的硒来源、不同的培养基配方、p h 值、摇床培养的转速、 培养温度、及其添加方式等诸多因素的影响。因此，硒在酵母内存在的形式及发 酵条件的优化已成为国内外学者研究的重点，目i i i 已取得了如下成果： 1 5 1 富硒酵母中硒的存在形式 r a y m a nm p ”报道硒酵母 ：p 5 4 7 4 为硒蛋氨酸，其余的硒与酵母细胞壁的大 分子组分、肽、氨基酸等紧密结合。 1 5 2 富硒酵母的培养条件优化研究 王凤琴。”将啤酒酵母、酿酒酵母、假丝酵母进行富集发酵，从菌种富集能力 及酵母泥产量考虑，啤酒酵母的得率较高。p o d g o r s k ae 呻1 等通过在培养基中添 2 h n a 。s e 0 4 、n a 。s e 0 3 、s e o ：作为硒源进行培养，发现添加n a ：s e 0 ，的酵母富集硒的量 最高。郝素娥。”等采用在培养基中添加亚硒酸钠的方法培养出5 种不同含硒量的 硒酵母，并对硒酵母中总硒、无机硒、有机硒、硒蛋氨酸和硒胱氨酸的含量进行 6 了测定，确定了硒在酵母培养过程中最适宜的亚硒酸钠添加量为1 5 2 0 m g l 。陈 福生等啪“1 在酵母的培养过程中，于不同的时间组合添加不同量的亚硒酸钠，以 研究不同添加时间和添加量对酵母富硒的影响。实验结果表明：在发酵过程中的 5 h 、8 h 、1 l h ，添加一定量的亚硒酸钠使其在发酵液中的浓度分别达至1 5 m g l 、 l o m g l 、1 5 m g l 时，酵母的产量和富硒效果最佳。江澜等1 采用具有很好富硒能 力的啤酒酵母在不同的培养基中富硒能力的比较，发现培养基对硒含量的影响不 明显，但考虑成本因素，选择麦芽汁作培养基为宜。范秀英等“o 在不同的p h 条件 下进行富集发酵，发现在p h 为6 0 - 6 5 时，菌株的生物量较高，硒总含量最高。 吴宝强等“2 1 选取温度2 8 0 c ，培养基中硒浓度2 5ug m l ，转速2 0 0 r m i n ，培养时间 4 8 h ，做不同接种量的单因素试验，实验结果表明接种量对酵母的生物量和硒含 量有一定影响，但影响较小。经比较各组分数值后确定其最适接种量为1 0 。 s u h a j d a 等“”报道，采用5 l 发酵罐比采用一次加入亚硒酸钠的方法所得酵母的硒 质量分数高。 2 铬的概述 铬是生命必需微量元素之一，由法国科学家于1 7 9 7 年发现。铬有两种氧化 态铬( ) 和铬( ) ，其中铬( ) 为人体所必需，而铬( ) 对人体有剧毒， 可致肿瘤或致死。但铬的营养问题直到1 9 6 6 年美国试用铬制剂治疗塘尿病取得 疗效才引起普遍重视“”。铬是体内葡萄糖耐量因子( g l u c o s et o l e r a n c ef a c t o r ， g t f ) 的重要组成成分“”1 ，它还在糖代谢、脂代谢、蛋白质核酸代谢等过程中起 重要作用。 2 1 铬的生理学功能 2 1 1 铬与葡萄糖耐量因子( g i u c o s et o l e r a n e ef a c t o r ，g t f ) 铬是g t f 的必要活性成分，g t f 是一种能维持动物血液中葡萄糖水平正常 的物质“”。其化学结构目前尚不完全清楚，经分析g t f 含有铬、烟酸和谷氨酸、 甘氨酸、半胱氨酸，普遍推测g t f 是以烟酸一铬一烟酸为轴，连接上述3 种氨基 酸配体的络合物的结构，没有铬，就没有活性“。g t f 在动物营养中的作用 在于它能增加动物的葡萄糖耐受量和提高胰岛素的活性功能”，促进胰岛素与细 胞膜受体结合，进而刺激动物机体组织对葡萄糖的吸收。铬亦可保护正常胰脏b 细胞对葡萄糖之敏感度及对胰岛素的制造有所补益”“。 7 2 1 2 铬与糖代谢 铬是葡萄糖耐量因子的组成成分。葡萄糖耐量因子( g t f ) 可认为是一种类激 素阳1 ，能促进升高的血糖降回到正常值。铬的含量与g t f 的生理活性具有平行关 系。三价有机复合铬化合物能增强胰岛素的活性哺“，产生显著的相当于高水平 胰岛素作用，主要作用机制为g t f 中的三价铬协助胰岛素a 链上的硫与细胞膜上 胰岛素受体的巯基形成二硫键，促使胰岛素发挥最大生物学效能，调节糖的代谢。 2 1 3 铬与脂代谢 铬有维持正常血清胆固醇水平的作用“1 ，缺铬会影响脂肪酸和胆固醇的合成 或清除。当血清胆固醇水平高时嘲，铬( ) 能增强胆固醇的分解与排泄，使血中 胆固醇下降，减少或避免了胆固醇在动脉壁上的沉着，从而减少动脉硬化的发生。 铬能促进脂肪的消耗，目前美国专利报道了一些含有有机铬的减肥配方。在美 国有人甚至把有机铬称为脂肪燃烧器1 。 2 1 4 铬与蛋白质核酸代谢 铬( i i i ) 参与蛋白质代谢1 ，能促进肌肉的增加。实验发现它在与d n a 或染色 质共同孵化时，铬可以兴奋d n a 的合成过程，其它多种金属则有抑制的作用，故提 出铬可能参与基因表达的调节过程。 总之铬对糖、脂类和蛋白质、核酸代谢的影响是通过胰岛素的作用而发挥功 能。它们之自j 相关关系见图1 1 。 有机铬 i 提高血液中胰岛素的水平 l 促进细胞对促进细胞对抑制脂肪组织分解 血糖的吸收氨基酸的吸收 提高氨 促进动物生长 促进糖元生长降低血糖降低脂肪合成降低血脂水平 图1 1 有机铬与胰岛素的生理作用 f i 9 1 1t h ef u n c t i o no fo r g a n i cc h r o m i u ma n di n s u l i n 8 2 2 铬( i i i ) 缺乏的主要原因 人体对铬的需求量尽管很小，但现代人体内的缺铬现象仍然普偏存在。铬是 唯一随着年龄增长而降低的元素”，无机铬的生物活性作用很小，而且难以吸收， 铬与有机物质结合后，才具有较大的生物学活性。铬( i i i ) 缺乏的主要原因是从 食物中摄取不足。而影响食物中铬含量的因素”有：( 1 ) 土壤铬含量的高低：植 物或种子的铬含量随土壤铬含量的提高而提高；( 2 ) 谷物加工精度：铬在谷物种 皮中的含量高于内层，因此，加工愈精其铬含量越小。如精面粉比全麦中的铬少7 倍，比一级粉少3 倍：精白糖比原白糖少1 2 1 7 倍，比红糖少1 0 倍。另外精制加工的 食品还会促进机体内留存的铬大量排泄，使体内缺铬的现象进一步加剧。( 3 ) 糖 蜜精制程度：一般来说精制后甜度越低，色泽越深其含铬量越丰富。( 4 ) 炊具的 类型：酸性条件可使不锈钢中铬转入食物中。另一方面饮食习惯也制约了铬的摄 入，因我国人民习惯食用以谷物精细加工后的制品为主，而经常食用富含微量元 素的海产品和动物性食品的人不多，因而引起缺铬。 2 3 富铬食品的开发 微量元素铬作为一种营养素。对人和动物具有重要的保健作用。目前补铬制 剂在医疗临床上已有应用。由于机体铬的来源主要是食物和水，因此，随着地区的 不同，食物结构的差异而必然导致地区性机体铬的缺乏。而无机铬在机体中的吸 收率又大大低于天然铬合物和生物有机铬，因此，铬功能食品的开发将成为改善 铬摄入量不足的重要手段。人们开始了铬在功能食品和保健药品领域的研究。富 铬酵母、富铬微藻、富铬奶粉及富铬功能饮料( 口服液) 等产品的研究开发将具 有广阔的市场前景。高铬酵母是最近几年的高科技成果，它的研制成功为预防医 学开拓了新的领域。是采用生物工程方法，选育出某些酵母菌株，其细胞通透性 好使三价铬离子容易进入细胞内与蛋白质结合制成高铬酵母。高铬酵母不仅仅含 较高铬，还含有丰富蛋白质，核酸、糖原、脂肪、生物素、多种b 族维生素、固 醇和其他多种微量元素。除具有一定营养保健作用外还可用于食品工业中进行营 养强化和食品加工。它在食品工业上的应用有”：( 1 ) 最适于制作点心、面包、 饼干等快餐食品的强化营养，一般添加量2 3 。( 2 ) 改善点心、面包、生面团质 量，增加延展性，便于操作，添加量0 5 - 1 。( 3 ) 提高熟食品、冷冻食品的风味， 添加量2 3 。( 4 ) 对于含有较高脂肪和脂溶性维生素( a 、d 、e 、k ) 的食品，添 9 加铬酵母能起抗氧化作用，添加量1 。( 5 ) 铬酵母可提高肉类制品本身的粘合性 和保水性，并且能增加香味。添加量卜3 。( 6 ) 铬酵母自溶或酶解液与一定量的 果汁、调味汁等配成营养强化饮料与调味液( 例如鲜酱油、食醋) 。也可与豆乳、 牛乳混合喷雾干燥为降糖豆乳粉和奶粉 2 4 富铬酵母的研究进展 从文献报道来看，目前国内外对富铬酵母和铬的研究主要集中在对富铬酵母 培养条件的研究，以及对铬及富铬酵母生物学功能和应用效果的研究，其中对铬 的生物学功能和应用效果的研究较多。而对富铬酵母生产工艺报道较少，报道结 果差异很大，而且所报道的生产工艺研究也都是在很简单的初步阶段。郝素娥“1 等报道利用摇瓶培养对培养基的种类、加铬量、接种量和培养温度时间进行简单 的研究，所研制的富铬酵母总铬含量为1 1 2 5pg g ，有机铬产量为1 0 6 9pg g ， 其生物量并没有报道：王盛良“7 1 等报道利用摇瓶培养对加铬量、加铬方式、培养 时间进行简单的研究，所研制的富铬酵母总铬含量为1 0 2 3ug g ，生物量为 7 2 m g m l ，有机铬含量约占总铬含量的9 7 6 ：而肖方正1 等报道利用摇瓶培养 对培养温度、发酵p h 、接种量和加铬量进行研究，所研制的富铬酵母总铬含量 为5 0 0 2 0 0 0 pg g ：国外报道1 所研制的富铬酵母总铬含量最高为2 9 6 6 l ag g ， 有机铬含量为1 6 8 5l ag g ，生物量为2 7 m g m l ，其采用了4 0 l 罐发酵，发酵过程 非常复杂。朱靖环盯0 1 等比较了啤酒酵母、异常汉逊氏酵母、假丝酵母、热带假丝 酵母和粉状毕赤酵母的富铬能力，选出富铬能力强的啤酒酵母。a l id e m i r c i “” 等( 2 0 0 0 ) 研究发现，啤酒酵母( c e r e v i s i a e ) 对铬酸钠中铬的富集效果较好。 李爱芬”2 1 等选择了啤酒酵母菌株为铬载体酵母生产菌株，通过摇瓶发酵实验，对 三氯化铬的添加工艺进行了研究探索。确定了铬酵母发酵培养的适宜加铬条件： 在发酵开始的8 h 内分批流加三氯化铬，总加入量5 x1 0 1m o l l ，经过1 2 h 摇瓶发酵 可得铬酵母的生物量为1 5 5 9 l o o m l 酵母含铬量为1 ，1 0 0 l ag g 以上，酵母细胞对 铬离子利用效率达6 0 以上。刘静m 1 等用不同的c r ”浓度进行实验，测出含有3 0 0 ug m l c r ”的培养基中培养的酵母细胞中铬有机化程度最高。生业”等以麦芽 汁为培养基，2 8 0 c ，p h 6 0 ，2 0 0 r m i n ， c r 3 + 1 2 0 0 m u g m l ，酵母接种量1 0 ( v v ) 的条件下，以啤酒酵母为生产菌株，培养3 0 h ，得到高铬( 3 2 4 8 m u g g ) 酵母。张 帅”利用啤酒厂排放的啤酒废酵母来制备富铬酵母，并确立了其最佳工艺条件， 1 0 为啤酒废酵母的综合利用开辟了一条新途径。薛冬桦。6 1 等研究以糖厂副产品甜菜 糖蜜为发酵培养基，进行铬酵母的耐铬量实验，发酵生产工艺条件实验，发酵稳 定实验，提出工艺流程，工艺参数，为工业化生产奠定了基础。c a r m o n am e r 。7 1 等通 过监测发现酵母对c r ”的最大吸收是在培养1 2 h 时。富铬酵母培养的目标不仅要满 足于提高酵母中铬含量，酵母的有机铬产量也是一个重要指标。 3 富集微量元素的最佳载体一酵母菌 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。另外，经科学测定分析发现，酵母菌 中的营养成分丰富，蛋白质含量可达细胞干重的5 0 以上，并含人体必需的氨基 酸，b 族维生素含量也