从酵母抽提物中提取海藻糖的研究

李 博

(鹤壁职业技术学院，河南 鹤壁 458030)

从酵母抽提物中提取海藻糖的研究

李 博

(鹤壁职业技术学院，河南 鹤壁 458030)

对酵母溶液进行超滤-渗滤试验，考察膜通量﹑渗滤液加量对海藻糖收率的影响。结果表明，在超滤过程，膜通量前2h衰减显著，随压力和溶液浓度增大，海藻糖收率增大，海藻糖收率约为88%；在渗滤阶段，收率随渗滤剂加量不断增加。经超滤-渗滤操作，海藻糖总收率在95%以上。

超滤；海藻糖；酵母抽提物；收率

海藻糖又称蕈糖﹑漏芦糖，是一种安全可靠的天然非还原性双糖，广泛存在于酵母﹑菌类﹑海藻﹑昆虫及生物体内，对多种生物活性物质具有非特异性保护作用，因此在科学界有“生命之糖”的美誉[1]。酵母抽提物的主要成分是蛋白质和海藻糖，蛋白质的存在严重干扰海藻糖的提取，故去除酵母溶液中的蛋白质是提取海藻糖的首要步骤。以往多采用硫酸锌去除酵母中的蛋白，再用氢氧化钡去除过量的硫酸盐，该工艺在除去蛋白质的同时，引入了金属离子，产生大量无机废水，投资大，成本高，原材料消耗和环境污染严重，限制了其在工业中的应用。

超滤是一种以压力为推动力的膜分离技术，可以将溶液中的大分子与小分子分离，超滤截留的分子量范围大致是1000～30000Dal。超滤实验条件温和，与蒸发﹑冷冻﹑干燥相比没有相变化，而且不引起温度﹑pH的变化，因而可以防止生物大分子的变性﹑失活和自溶[2]。因此，利用超滤-渗滤去除酵母抽提物中的蛋白质，提取海藻糖，具有较高的应用价值[3]。本文从实验角度，探讨超滤-渗滤技术在酵母抽提物提取海藻糖的应用研究[4]。

1 材料和设备

1.1 材料及仪器

酵母抽提物。

旋光仪，UV-6100双光束型紫外可见分光光度计。

1.2 实验装置图

本研究中采用的超滤系统实验装置图如图1所示。膜件为美国Osmonics公司的超滤组件。

图1 实验装置图Fig 1 Experimental apparatus figure

2 实验方法

2.1 工艺流程

取酵母抽提物加水配制成约10%的酵母抽提物溶液。酵母抽提物蛋白质含量为9.90%，海藻糖含量为10.25%。

首先对配制的酵母溶液进行预处理，然后进行超滤实验。收集含海藻糖及小分子溶质的透过液进入滤液桶。被截留的大分子溶质和蛋白质随回流液循环到料液桶中。待浓缩液较浓，浓缩倍数大于7时，加水进行渗滤，使浓缩液中滞留的海藻糖随渗滤液一起渗出，待渗出液等于加入量时渗滤结束。超滤过程中每隔一定时间测量膜的滤速，并计算膜的通量。每30min收集渗透液和截留液，通过测定渗透液体积和渗透液及截留液中蛋白质和海藻糖含量，计算渗透通量﹑蛋白截留率和海藻糖透过率。实验过程温度变化为18～40℃，当高于40℃时用自来水冷却，膜组件平均进口压力0.40MPa，平均出口压力0.36MPa，3批料液共计120L，实际运行时间24h，平均处理量约为4.91L·h-1。工艺路线见图1。

图1 工艺流程简图

2.2 分析方法

2.2.1 蛋白质测定

采用Biuret法[5]测定蛋白质。取酵母抽提物溶液0.5mL，加蒸馏水至1mL，再加4mL双缩脲试剂，摇匀，静置20min后在550nm波长下测定光密度，从标准曲线上查得蛋白质含量。

2.2.2 海藻糖测定

由于海藻糖的旋光性（比旋光度+178.3°，20℃，7%于水中）远大于其他物质，故可利用其旋光性测定其浓度[6]。

标准溶液配制：称量分析级海藻糖5g，溶解定容至100mL，然后稀释成质量浓度分别为0.01﹑0.05﹑0.1﹑0.5﹑1.0﹑2.5﹑5.0g·(100mL)-1的标准溶液，绘制标准曲线。

酵母溶液旋光分析：取酵母抽提物2g，定容至100mL，1000r·min-1离心分离10min，然后加一定量活性炭脱色20min，过滤，取澄清透明溶液测定旋光度。

超滤液旋光分析：料液超滤后大部分固形物和色素被去除，溶液呈澄清透明状态，可直接测定旋光度。2.2.3 膜通量测定

膜通量测定参考文献[5]的方法进行。

3 结果与讨论

3.1 超滤过程膜通量的变化情况

配制约10%的酵母抽提物料液3批，分别测得蛋白质和海藻糖含量见表1。

表1 料液蛋白质和海藻糖含量

膜通量是考察膜应用情况好坏的一个重要的参数，一般情况下膜通量随时间呈衰减趋势，衰减趋势大，说明膜受污染的程度大，对实验不利。不同批次料液超滤通量随时间的变化关系如图2所示。

图2 不同批次料液超滤工作曲线

由图2可以知道，3批料液超滤时随时间的衰减趋势是相同的，衰减时间主要集中在最初2h内。料液与膜面接触，透过阻力迅速增加，导致膜通量较快下降。多级泵运行过程产热较快，导致系统温度升高，致使3批料在最初的30min通量均有明显增加；然后膜面沉积层达到动态平衡状态，有利于系统较长时间的平稳运行。总的来说，各批次平均膜通量都较大，最高达到5.25mL·sm-2，而且各批次膜平稳运行的时间都相对较长。随着超滤时间的延长，料罐里料液黏度变大，流动性变差，固形物在膜面的沉积量增加，致使膜通量下降，这一现象在套洗前的一段时间内尤为明显。

仅以第一批料液为例，超滤过程各成分的变化情况见表2。可以看出，随超滤过程的进行，浓缩液中不可溶固形物﹑蛋白质含量逐渐升高，海藻糖﹑氨基氮含量及氯化钠含量等都逐渐下降。

表2 酵母超滤浓缩液成分含量的变化

对上述3批料液进行超滤实验的操作参数及实验结果见表3。由表3可知，在料液浓度大致相同时，平均膜通量跟操作压力有较大关系，压力越大膜通量越大；浓缩倍数越大，蛋白质和海藻糖收率也较大，可以看出经过超滤操作，还有大约10%的海藻糖残留在浓缩液中。

表3 超滤实验结果

3.2 海藻糖收率随渗滤剂加量的关系

超滤结束时，料液浓度较高，通量下降较多，若再继续超滤运行，不仅费时，而且纯化效率不高，严重时损坏设备，产品收率也难以提高。此时可以在浓缩液中加入一定量渗滤剂，使残留海藻糖随渗滤剂尽量渗出以提高收率。海藻糖收率随渗滤剂加量的关系见图3。

图3 海藻糖收率随渗滤剂加量的关系

由图3可知，3批料液中海藻糖总收率均随渗滤剂的加入而升高，且随加入量的增加，海藻糖收率增加趋缓，当渗滤剂加量达到200%（按浓缩液体积百分比），海藻糖总收率均大于95%。增加渗滤剂的量理论上可使料液中的海藻糖100%透过，但是渗滤剂的增加会降低透过液中海藻糖浓度，使后续处理总体积增大，生产成本相应升高。适宜的渗滤剂比率主要与超滤浓缩液的体积有关。

3.3 超滤渗滤物料衡算

在30℃和0.4MPa下，对酵母溶液进行超滤﹑渗滤实验，然后测定超滤液﹑渗滤液中蛋白质和海藻糖含量，总的物料衡算式为：

其中，Q1为料液中溶质质量（蛋白质或海藻糖）；Q2为浓缩液中溶质质量；Q3为透过液中溶质质量。

物料衡算结果见表4。由表4可知，经过超滤操作，可以截留92%以上的蛋白质，海藻糖透过率达到88%以上；再经渗滤操作，最终蛋白质截留率在90%以上，海藻糖透过率达到95%，海藻糖纯度均在50%以上。

表4 物料衡算表

4 结论

酵母抽提物溶液经超滤﹑渗滤处理，得出以下结论：膜通量随超滤操作时间进行而衰减，最初2h是膜衰减的主要阶段，经过超滤操作，海藻糖收率约为88%，还有大约10%的海藻糖残留在浓缩液中。对浓缩液进行渗滤操作，海藻糖总收率随渗滤剂加入而升高，加入量达到75%时收率增加趋缓，当渗滤剂加量达到200%（按浓缩液体积百分比），海藻糖总收率均大于95%。经过超滤-渗滤操作，最终蛋白质截留率在90%以上，海藻糖透过率达到95%。

[1] 黄日波.海藻糖[M].北京：化学工业出版社，2010：2-12.

[2] 叶骥，薛强，韩少卿.酵母溶液超滤渗滤分离研究[J].中国调味品，2005(4)：21-26.

[3] 陈卓.超滤-渗滤技术制备饮料专用大豆蛋白的研究[D].广州：华南理工大学，2014.

[4] 李静，谭海刚，宫春波，等.从面包酵母中提取海藻糖的研究[J].食品与药品，2008(2)：24-26.

[5] 张桦.生物化学实验指导[M].北京：中国农业大学出版社，2014：31-32.

[6] 穆华荣.食品分析[M].北京：化学工业出版社，2005：43-44.

Study on Extraction of Trehalose from Yeast Solution

LI Bo
(Hebi College of Vocation and Technology, Hebi 458030,China)

PES membrane ultrafltration (UF) test was used to study the effects of the membrane fux and leachate addition amount on yield of trehalose. The result showed that in the first 2h, the membrane flux decreased distinctively during the process of ultrafltration. The trehalose yield was about 88% with the rising of pressure and solution. In diafltration, with the increase of the addition amount of diafltration agent, the total yield of trehalose was more than 95% by ultrafltration and diafltration.

ultrafltration; trehalose; yeast extract; yield

TS 245.9

A

1671-9905(2017)04-0017-03

李博（1977-），女，河南安阳人，硕士，讲师，研究方向：化学工程与工艺，电话:15803921978，E-mail: zijinglb@126.com

2017-02-21