啤酒废酵母中蛋白质的提取方法研究

啤酒废酵母中蛋白质的提取方法研究

啤酒遗传因子是啤酒遗传因子的原料，通过物理、化学和生物方法破坏母乳细胞的粘膜，增加沟渠的渗透性，并溶解细胞中的蛋白质。可以被用作氮源物质或者加工成以蛋白质为原料的生物制品。在工业生产中能够部分替代植物性蛋白质,减轻工业对农业的依赖。啤酒废酵母是啤酒生产中的主要副产品之一,其中蛋白质含量约占其干物质总量的45%～55%,比大豆的蛋白质含量37%～44%还要高。根据我国啤酒产量推算,仅2009年上半年就能回收啤酒废酵母约2万～3万t,这些酵母黏度大,发酵能力低,已无法在生产中再利用。长期以来,国内各啤酒厂家对废酵母的利用仅限于制造饲料添加剂等低附加值产品。因此,研究啤酒废酵母大量提取蛋白质的工艺显得尤为重要。笔者研究超声波法、冻融法、盐热法、碱热法4种提取方法及不同提取条件下对啤酒废酵母蛋白质的提取率的影响,旨在获得啤酒废酵母蛋白质的最佳提取工艺。1材料和方法1.1仪器、仪器和仪器主要仪器:XO-400S超声波细胞破碎机(南京先欧仪器制造有限公司);HH-W600数显三用恒温水箱(金坛市荣华仪器制造有限公司);LD5-10低速离心机(北京医用离心机厂);722型分光光度计(上海精密科学仪器有限公司);101A-3E电热鼓风干燥箱(上海实验仪器厂有限公司)。主要试剂:啤酒废酵母粉由宝鸡啤酒股份有限公司提供;氯化钠,氢氧化钠,盐酸等试剂均为分析纯。1.2啤酒废酵母泥的制备将啤酒废酵母粉过70目筛后,用4倍于酵母粉重量的清水洗去杂质,随后在4000r/min转速下离心5min,重复清洗、离心3次,弃上清液得干净啤酒废酵母泥。将其配制成酵母菌悬液进行蛋白质提取,之后在4000r/min转速下离心8min,测定上清液中蛋白质含量,计算提取率。1.3检测方法溶出废酵母蛋白质含量的测定采用考马斯亮蓝G-250染色法,计算蛋白质提取率。蛋白质提取率(%)=上清液中蛋白质重/废酵母干重×1001.4超声破壁取干净的啤酒废酵母泥,与蒸馏水配制成菌液比(w/w,菌重为酵母泥湿重)为1∶5的酵母菌悬液,在超声波细胞破碎机中超声破壁。离心,测定上清液中蛋白质含量,3次重复,计算平均提取率。1.5酵母菌悬液的制备取干净的啤酒废酵母泥,与蒸馏水配制成菌液比(w/w,菌重为酵母泥湿重)为1∶5的酵母菌悬液,置于-20℃环境中冷冻2h后解冻。离心,测定上清液中蛋白质含量,3次重复,计算平均提取率。1.6正交试验设计取干净的啤酒废酵母泥,与氯化钠溶液配制成酵母菌悬液,选择菌液比、氯化钠浓度、时间和温度4个因素,以蛋白质提取率为指标,进行L9(34)正交试验。正交试验因素与水平如表1所示。对最佳条件组合进行3次重复试验,计算平均提取率。1.7正交试验设计取干净的啤酒废酵母泥,与氢氧化钠溶液配制成酵母菌悬液,选择菌液比、氢氧化钠浓度、时间和温度4个因素,以蛋白质提取率为指标,进行L9(34)正交试验。正交试验因素与水平如表2所示。对最佳条件组合进行3次重复试验,计算平均提取率。1.8废酵母蛋白膏的制备用盐酸将上清液的pH调至4.2～4.5,即会有大量絮状蛋白质析出。对此悬浊液4000r/min离心12min,弃上清液,得废酵母蛋白膏。用4倍于蛋白膏重量的蒸馏水清洗3次。真空冷冻干燥、喷雾干燥或热干燥并粉碎,即可得干燥啤酒废酵母蛋白粉。2结果与分析2.1超声法2.2盐热法最佳工艺条件组合的确定由表5极差分析结果可知,4个因素中,温度对试验的影响最大,氯化钠浓度对试验结果的影响最小,试验中的最优组合是D2C2A1B2。直观分析结果所得最佳的条件组合是D2C2A2B2,即2种组合不同,以直观分析最佳的条件组合,进行3次重复试验,最终平均蛋白提取率为5.66%,因此确定盐热法最佳工艺条件组合为D2C2A2B2,即菌液比2∶10、氯化钠浓度3%、时间2h、温度65℃。由表6极差分析结果可知,各单因素对蛋白提取率的影响顺序为D>C>B>A,即温度影响最大,菌液比影响最小。试验中表现最好的条件组合是D2C2B2A1。直观分析最佳的条件组合是D2C2B2A3,即2种组合不同,以直观分析最佳的条件组合,进行3次重复试验,最终平均蛋白提取率为22.81%,高于D2C2B2A1组合。因此确定碱热法最佳工艺是菌液比3∶10、氢氧化钠浓度1%、时间1h、温度60℃。3超声波提取法试验结果表明,啤酒废酵母蛋白质的提取以碱热法最佳,其最佳条件组合为:菌液比3∶10,氢氧化钠浓度1%,提取时间1h,提取温度60℃;提取率可达废酵母干重的22.81%;且碱热法具有低成本,低能耗等特点,可以用作啤酒废酵母蛋白质的大量提取。随着工业用蛋白质的日益增加,单纯依靠植物性蛋白质并不能满足其需求,并且植物性蛋白质通常取自大豆等粮食作物,这无疑又加重了粮食危机。该研究所得啤酒废酵母蛋白质的提取工艺为未来啤酒废酵母蛋白质的工业应用奠定了基础。由表3可知,随着超声时间的延长,蛋白质提取率逐渐增加,但3h之后提取率增加不明显,如果继续延长超声时间,投入产出比将会大大升高。超声波法的最佳时间为3