1、毕业论文 文献综述 生物工程 关于富硒酵母的驯化研究调查 一 、 前言部分 1.1 富硒酵母驯化目的 元素硒是生物体内谷胱甘肽过氧化物酶的重要组成部分 ,以硒代半胱氨酸的形式存在于其活性中心 1。可以分解生物体内的有害过氧化物 ,清除氧自由基 ,防止细胞膜氧化受损和体内重金属的过量积累 2。缺硒可能导致癌症和心肌梗塞等多种疾病的发生 ,但通过膳食摄取足够的硒则可以起到预防的作用 3。我国 72%的地区处于缺硒、低硒带 ,成人的日摄硒量远低于中国营养学会的推荐标准 ,严重影响人们的身体健康。另外 ,缺硒使家畜生产力下降 ,繁殖 机能受阻 ,给畜牧业带来一定的经济损失。在饲料中加入硒 ,不仅能满足
2、畜禽生长对硒的需要 ,还可生产出富硒食品如富硒牛奶、富硒鸡蛋等 ,对于提高人们健康水平、防止缺硒引起的各种疾病具有特殊意义。 4 天然食品中的硒含量普遍较低 , 仅靠天然食物中的硒并不能满足人体的正常需要 ,而亚硒酸钠之类的无机硒毒性较高不能用于食品中 , 因而开发含硒食品是很有意义的 5。研究表明通过微生物合成法富集硒元素是一种开发硒食品安全有效的途径 ,其中富硒酵母在国外已实现商业化生产 6,国内也有这方面的研究报道，但是对富硒发酵的培养条件还缺 乏探索，不具备规模生产的指导意义。啤酒酵母具有生长繁殖快，发酵周期短，对微量元素吸收率高等特点，是将无机硒转化为有机硒的理想载体。 1.2 富硒
3、酵母驯化现状 目前，用于补充硒源的物质主要分为 2大类：无机硒（以亚硒酸钠为主）和有机硒（如富硒酵母、蛋氨酸硒）。研究表明，有机硒较无机硒毒性小，机体吸收率高。 7其中有机硒的获得主要有：微生物转化法、植物天然种子发芽转化法、动物转化法等。其中微生物转化法较多的是培养富硒酵母，所用的菌种多为啤酒酵母有机硒可克服无机硒的过氧化作用，其生物活性较高，能够有效地在机体内同 化，有利于在动物体内吸收利用。 8人们获得有机硒的主要途径是生物转化。由于微生物具有生长迅速、繁殖快、代谢能力强、适应性强等特点，因此利用微生物进行硒的生物转化不受季节和气候的影响，且生产周期短，容易诱变。酵母菌具有高度的富集硒能
4、力和将无机硒转化为有机硒的能力，单细胞的酵母菌容易诱变，比植物品种容易改良，可采用物理和化学方法诱变育种，从而获得优质的富硒生产菌株。 9因此硒的微生物转化目前也开始成为硒的生物化学研究的重要领域。 当前人们已广泛应用植物或微生物作为硒的生物有机化载体进行富硒功能性食品的研究和 开发10。但多局限在对啤酒酵母的富硒培养及对硒酵母中硒的存在形态、分析方法、免疫调节和抑癌作用等生理功能的研究上，对其他酵母菌的富硒性能及发酵生理学指标和条件的研究尚少。 二 、 主题部分 2.1 富硒酵母的功效 硒是人和动物生命活动中最重要的微量元素之一。硒主要经胃肠道吸收 ,吸收后经血浆运载进入各组织 ,主要分布于
5、肾、肝、胰腺、垂体及毛发 ,而肌肉、骨骼和血液相对较低 ,脂肪中最少。 硒的生理功能主要表现在 :11 参与酶的催化反应：硒蛋白作为哺乳动物酶系统的基本成分 ,促进正 常代谢过程中产生的有毒过氧化物的分解 ,防止其堆积 ,进而保护细胞中重要的膜结构不受损害 ;同时还直接参与膜磷脂氢过氧化物的还原 ,从而达到保护生物膜的目的。 .增强机体免疫力：硒几乎存在于人体所有免疫细胞中 ,它能促进淋巴细胞产生抗体 ,使血液免疫球蛋白水平增高或维持正常 ,增强机体对抗原产生抗体的能力。硒能增强淋巴细胞转化和迟发型变态反应 (TDH),能促进吞噬细胞的功能。 .参加阻断自由基反应：硒进入人体后 ,能迅速与血液
6、中的血蛋白结合 ,清除体内的自由基 ,从而有效防御自由基对细胞、组织和器官的损害。此外专家还发现 :长寿老人体内硒的含量比一般老年人高 ,华中工学院在对百岁老人的研究中发现 ,这些老人体内的硒含量比健康者高出 3-6 倍。 . 硒是体内拮抗有毒物质的保护剂。 .抗癌作用：动物实验和流行病学调查的大量资料表明 ,低硒摄入量是各种肿瘤高发的原因之一 ,长期摄入适量的硒具有较好的抗癌、防癌效果。 . 硒可调节维生素 A、 C、 E、 K 的吸收与消耗 ,并与维生素 E 协同保护细胞膜 ,参与 CoA 和泛醌(CoQ)的合成 ,在机体代谢、电子传递中起重要作用。 2.2 酵母对硒的富硒机制 酵母富集硒
7、元素的作用机制相当复杂 , 其过程一般分为胞外结合与沉积、胞内吸收与转化几个步骤。具体的富集途径有物理吸附、生物吸附、表面沉积、主动运输和被动扩散等 , 其中生物吸附和主动运输为富集的主要途径。 12 2.2.1 生物吸附 生物吸附是指生物体从溶液中吸附金属离子、非金属化合物或固体颗粒的过程 , 是一个吸附 - 解吸的可逆过程 , 被吸附的离子可被其它离子、螯合剂或酸解吸下来。酵母在吸附金属离子的同时经常会伴随 其它离子 , 如 Ca2+、 Mg2+、 H+等的释放 ,而且释放出的离子总电荷数大致等于被吸附的电荷数。因而吸附的过程可以被看作是一个离子交换过程 , 随着交换的进行 , 使得硒离子
8、在酵母细胞内得到富集 2.2.2 主动运输 主动运输是微生物主动吸收胞外物质的一种方式 ,需要细胞提供能量和载体的参与 ,能有效地使胞外物质在低浓度下逆浓度梯度进入细胞内 ,从而得到富集。主动运输是一个极为复杂的过程 ,与酵母中的糖、脂、蛋白质、无机盐的代谢密切相关 ,并形成微量元素与糖、脂、蛋白质等的结合体 ,因此以主动运输途径富集的硒元素 具有较高的生物活性。 2.2.3 转运系统 通过吸收、积累的硒依靠体内的转动系统而进入菌体内部 ,进而转化为有机硒。 2.3 影响酵母富硒的因素 2.3.1 培养基中硒浓度 培养基中硒的浓度对微生物的生长和硒的利用有很大的影响 ,在开始添加硒时 ,低的硒
9、浓度对酵母的生长影响不大 ,随着浓度的增加酵母中的富硒量随之增加 ;但当硒浓度达到某一限度时 ,酵母的生物量和硒的转化率会随着硒浓度的增加而降低。因此 ,通常将硒源物质分次添加至培养基中。分次添加硒源物质时 ,发酵初期硒的添加量较少 ,培养基硒浓度较低 ,这样避免了高浓度的硒对酵 母分裂繁殖的影响 ;在发酵的中后期硒的添加量逐步增加 ,这样有利于硒的富集。 2.3.2 培养基组成 天然培养基与合成培养基相比 ,除了同样为酵母菌提供营养之外 ,还含有一些促生长因子之类的物质 ,并且成本低。麦芽汁培养基为较好的天然培养基。王凤琴等 13通过试验比较发现 , 麦芽汁培养基比合成培养基效果好 ,酵母产
10、量与硒富集量都高 ,故可选择麦芽汁培养基作为种子和发酵培养基。 2.3.3 发酵培养时间 在微生物的培养和发酵中 ,时间太短会导致菌体数量过低 ,且产物不能生成或是生成量不足 ;时间太长则会导致菌体的死亡 ,同时对产 物的生成产生抑制作用 ,而且还会增加成本。 14 2.3.4 温度， PH 值和含氧 酵母菌的生长随着温度和 pH 值的不同而出现不同的适应性。在较低温度时生长相对比较缓慢 ,在较高温度时生长几乎停止 ,而在 28 左右较适合酵母的生长 ; 在较低 pH 值条件下酵母菌生长相对比较差 ,在较高 pH 值条件下菌体几乎停止生长 ,而 pH 值在中性偏酸时较适合酵母的生长。朱蕴兰等
11、(2006)研究发现 , 在温度为 28 、 pH 值为 5 时液体活性酵母的有机硒转化率最高 , 为 80.6%。吴宝强等在对啤酒酵母进行摇瓶培养 中得到最适温度 30 、初始 pH 值为 4.0。范秀英等(2003)研 究发现 , 在糖蜜培养基中温度为 28 、 pH 值 6.0 6.5 对菌株 ZFF-2 8 富硒最适合。酵母菌是兼性厌氧菌 ,其生长以有氧生长为主 ,培养基中氧的溶解度影响其产量和富硒效果。 15-16 2.3.5 硒源 酸钙是较理想的硒源。黎星术等研究发现 , 亚硒酸钠、亚硒酸钙、亚硒酸钴均可作为硒源生产饲料硒酵母。啤酒酵母对亚硒酸钙有较好的同化吸收作用 ,亚硒酸钙性质
12、稳定、毒性低 ,使用和管理都较亚硒酸钠方便。邝光荣等发现 , 酵母菌对亚 硒酸钙、亚硒酸钠、二氧化硒等多种硒源的有机转化率不同 ,其中亚硒酸钙作为硒源具有毒性小、可转化率高的优点。 17 各种因素对酵母产品的生物量及硒含量的影响是不同的 ,且不同研究者得出不同结果 ,这与研究者所采用的研究方法、菌种、原材料和培养条件等因素的不同有关。 2.4 总结与展望 硒作为人体的必需微量元素 ,对人体有重要的生理功能。无机硒和有机硒虽然都可以作为硒源来预防和治疗人体的硒缺乏 ,但无机硒毒性大 ,吸收率低 ,不适宜作为一种有效的硒的补充来源。富硒酵母通过将无机硒转化为有机硒 ,降低无机硒的毒性 ,提高其吸收
13、和 利用率 ,从而可以作为一种安全的硒源。同时富硒酵母在提供硒的同时还可以提供一定数量的蛋白质、氨基酸等营养物质 ,是一种非常理想的功能性食品原料。 国外从七十年代就开始进行富硒酵母的研究。在美国、法国、德国和日本等国家均有富硒酵母作为食品添加剂和药物出售。我国在这方面的起步较晚，目前关于酵母菌体富集硒元素的研究主要集中在制造方法、应用技术方面 ,对于富集机理方面也有报道 ,还存在着许多不足和空白 ,该方面的相关研究亟需加强 ; 富硒酵母的产品中 ,含有一定量的无机硒 ,应通过条件优化 ,进一步降低其含量 ,提高有机硒的含量 ,以 更好地指导生产。由于生物机体的复杂性 ,体内的硒含量和化学形态
14、的稳定性能难以达到较理想的状态。在富硒酵母生产研究中 ,对其相关的应用理论和机理研究应加强投入。 由于我国是一个缺硒大国 ,而从天然食品中获得的硒难以满足人们对硒的需求 ,因此富硒酵母作为一种安全、有效的硒来源具有极大的发展潜力。虽然其价格一般都较高 ,但是仍然具有广阔的市场前景。 参考文献 1 郝素娥 ,滕冰 .硒酵母中硒含量测定方法的研究 J.理化检验 :化学分册 ,1999,35(4): 15l-153. 2 牛海涛 ,汤燕花 .利用产朊假丝酵 母转化无机硒为有机硒的研究 J.饲料工业 , 2006,27(20): 16-18. 3 谢 必 峰 . 制 备 富 硒 产 朊 假 丝 酵 母
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