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摘 要

本文采用超声-微波协同萃取法提取废啤酒酵母中的谷胱甘肽，在单因素实验的基础上对微波功率、作用时间、料液比、温度进行正交试验。实验结果研究表明，最优工艺条件是：微波功率60W，作用时间150s，料液比1:6，温度为40℃，提取率为2.60%，高于超声波抽提法1.075%，高于微波法0.345%。该提取方法优于传统的提取工艺，故具有一定的实际应用价值。

关键词：酵母泥，超声微波法提取，谷胱甘肽，优化工艺

Abstract: This article is mainly about exploring optimal reaction conditions of distil GSH from waste beer yeast by using microwave and ultrasonic. Based on the single factor experiment, the extraction process of Glutathione was optimized. The result showed that the optimum conditions are: microwave power 60W, extraction time 150s, ratio of water to material 1:5, temperature of 40 degree, and the extraction rate reached 26.0%, 0.28% higher than extracting by ultrasonic,0.09% higher than extracting by microwave. This result is superior to traditional methods, and that may be of great relevance to applications.

Keywords: beer yeast; microwave and ultrasonic extraction; Glutathione; process optimization

目 录

1 前言 5

1.1 我国啤酒工业的发展现状 5

1.2 啤酒废酵母的综合利用的发展现状 5

1.3 谷胱甘肽分子结构及其物理化学性质 6

1.4 废啤酒酵母提取谷胱甘肽的研究现状 6

1.5 立题原因及研究意义 7

1.6 论文的主要研究内容 7

1.6.1 废啤酒酵母的预处理技术 7

1.6.2 超声-微波协同萃取谷胱甘肽的方法研究 7

1.6.3 谷胱甘肽的测定方法 7

2 材料与方法 8

2.1 实验材料 8

2.1.1 主要材料和试剂 8

2.1.2 主要仪器设备 8

2.2 实验方法 8

2.2.1 啤酒废酵母的预处理 8

2.2.2 超声-微波法协同萃取谷胱甘肽 8

2.2.3 谷胱甘肽的测定方法——DTNB法 8

2.2.4 谷胱甘肽提取率的计算 9

3 结果与分析 9

3.1 标准曲线 9

3.2 谷胱甘肽提取的单因素试验 9

3.2.1 微波功率对谷胱甘肽提取率的影响 9

3.2.2 作用时间对谷胱甘肽提取率的影响 10

3.2.3 料液比对谷胱甘肽提取率的影响 10

3.2.4温度对谷胱甘肽提取率的影响 11

3.3 超声微波法抽提条件的优化 11

3.4 最优条件的验证实验 12

结 语 14

参 考 文 献 15

1 前言

1.1 我国啤酒工业的发展现状

我国啤酒的啤酒产业自上世纪八十年代以来飞速发展，改革开放更是为其提供了强大的后驱力。从2002年起，中国啤酒产量已跃居世界第一，近年来更是稳居世界首位，成为名副其实的啤酒生产大国。与此同时，中国啤酒市场的巨大容量，使中国成为世界啤酒消费大国之一，也因此被国外行业观察员誉为“世界啤酒产业最后的乐土”。下图是我国近几年啤酒的产量图。

图1. 中国历年啤酒产量图（2005~2013）

由此看来，我国啤酒产业近年来呈现低速稳定增长趋势。而在近期召开的中国啤酒年度峰会上，中国酒业协会理事长也指出，从高速发展期步入逐渐成熟期将是中国啤酒行业不可改变的发展趋向。现今啤酒行业日趋成熟，行业格局初具形成，发展啤酒产业中的副产品价值也因此提上日程。

1.2 啤酒废酵母的综合利用的发展现状

啤酒废酵母，即从啤酒酿造后沉降在发酵罐底部的酵母泥，主要是由仍具有活性的酵母细胞和酒花碎片及少量死细胞、弱细胞组成^[1]。资料显示，每生产万吨啤酒可以得到干重酵母15吨，2013年共计生产啤酒5000万吨左右，那么就有7.5万吨左右的废啤酒酵母（干重）可以开发利用。

啤酒酵母细胞拥有丰富的营养组成，堪称酵母泥中的“宝藏”。啤酒酵母中含有蛋白质、酵母多糖、RNA以及以磷酸酯形式存在的B族维生素^[2]，因功能强大而被广泛应用。此外，磷、铁、钙、钠、镁等矿物质也是啤酒酵母中不可忽略的一部分，大量的酶系和生理活性物质，如辅酶A、辅酶Q、辅酶I、细胞色素C、谷胱甘肽等都广泛地被科学家们研究提取^[2]。

废啤酒酵母在比利时^[3]、西班牙^[4]、奥地利等地被通过各种方式发挥其潜在的价值。目前我国对废啤酒酵母的开发利用主要表现在以下几方面：①作为食品蛋白新资源功能性调味剂；②提取功能活性物质用于临床医学等^[5]；③利用啤酒酵母的生物催化发展微生物燃料电池^[6]；④作为高效的生物吸附剂处理重金属废水；等。

1.3 谷胱甘肽分子结构及其物理化学性质

谷胱甘肽（glutathione，GSH）是一种含γ-酰胺键和巯基的三肽^[7]，由谷氨酸、半胱氨酸及甘氨酸脱水缩合而成，有氧化型（GSSG）和还原型（GSH）两种形式，其中在人体内承担功能较多的是GSH。谷胱甘肽是生物机体内的重要活性物质，能够帮助保证机体的免疫系统功能正常，即维持生物体内适宜的氧化还原环境。另外，清除自由基、解毒、延缓衰老等多种生理功能也使之被综合运用于多种药物和功能性食品。

1.4 废啤酒酵母提取谷胱甘肽的研究现状

发酵法是目前国内外使用较为普遍的生产方法，酵母则成为工业生产GSH最经济、便捷的来源，而啤酒酵母因其来源广、成本低的特点被大量研究、使用。近年来，国内外学者研究了多种从发酵液中提取GSH的方法，包括热水抽提法、溶剂萃取法、超声波抽提法、微波抽提法等。

热水抽提法^[8]是较早应用于提取谷胱甘肽的一种方法：该方法提取时间较短，操作简单，生产成本低，因而在工业生产中广泛应用；溶剂萃取法与热水抽提法相似，杂质含量少，能耗低，但不同的溶剂会对提取率产生不同的影响，较为有效的是尼泊金丙酯作溶剂，其余溶剂提取率都相对较低；超声波抽提法是在超声波技术发展的基础上产生的：这种方法能够使酵母细胞充分破壁，将细胞中的GSH完全溶出，能够提高提取率，但也不可避免地带出蛋白质、核酸等杂质，纯度较低；微波处理技术同样是对酵母细胞的细胞壁进行破壁处理，时间短，提取纯度高，但其耗能多，生产成本高。上述几种提取方法的最佳操作条件及效果各不相同，比较结果如表1所示。

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