发明内容
本发明的目的是提供一种水不溶性β-1,3/1,6-葡聚糖的制备方法。
本发明所提供的水不溶性β-1,3/1,6-葡聚糖的制备方法,包括下述步骤:
1)酶解处理:将酵母细胞壁的悬浮液中加入溶菌酶,在35~40℃下,酶解,离心收集沉淀;
2)碱处理:将步骤1)得到的酶解后的产物,在0.5~1.5mol/L的NaOH溶液中,在75~90℃下,进行搅拌处理2~3小时,然后离心收集沉淀并洗涤;
3)酸处理:将步骤2)得到的沉淀在体积百分浓度为2~8%的乙酸溶液中,在室温条件下,搅拌处理2~3小时,离心收集沉淀并洗涤;
4)脱脂、去除蛋白:将步骤3)酸处理后离心得到的沉淀依次用无水乙醇、丙酮和乙醚依次重悬搅拌洗涤30分钟~1小时,然后静置12~24小时,离心收集沉淀干燥得到水不溶性β-1,3/1,6-葡聚糖。
所述方法中,所述步骤1)中,所述酶解温度优选为37℃。所述溶菌酶的添加量为0.5~3mg/g(10000~60000U/g)酵母细胞壁干重,优选为1mg/g(20000U/g)酵母细胞壁干重;所述溶菌酶在所述酵母细胞壁的悬浮液中的浓度为2000~12000U/ml,优选为4000U/ml。
所述方法中,所述步骤1)中,所述酶解时间可为30~60分钟,优选为30分钟。
所述方法中,所述步骤2)中,所述NaOH溶液的浓度优选为1mol/L;所述碱处理的温度优选为85℃,碱处理时间优选为3小时。
所述步骤2)中,所述酶解后的产物干重与所述NaOH溶液的质量/体积比为1g∶5~12ml。优选为1g∶5-6ml。
所述方法中,所述步骤3)中,所述乙酸溶液的体积百分浓度优选为4%;所述室温条件为18~25℃;所述酸处理时间优选为2小时。
所述方法中,所述步骤3)中,所述步骤2)得到的沉淀干重与所述乙酸溶液的质量/体积比为1g∶5~12ml,优选为1g∶10-11ml。
所述方法中,还可包括将所述步骤1)、2)和3)中收集的沉淀用水洗涤。
上述方法中所述步骤2)离心得到的上清液可以进一步提取得到甘露聚糖,所述提取甘露聚糖步骤可包括:①将所述步骤2)离心得到的上清液,调节pH值至中性,加入中性蛋白酶,在温度为37℃,酶解3小时得到棕黄色悬浊液,离心取上清液;或者将所述步骤2)离心得到的上清液调节pH值至5.5(所选酸为乙酸或稀盐酸,但酸的选择会影响最后甘露寡聚糖的得率和纯度,乙酸处理略好于盐酸,可依照成本自行决定),得棕黄色悬浊液,离心(离心速度为2400rpm,离心时间为10min)取上清液;②将步骤①所得上清液、质量百分含量为16%的CTAB溶液和质量百分含量为0.5%硼酸钠-乙酸钠缓冲液按照体积比为20∶5∶10的比例配成混合溶液,室温静置时间为48h,离心(离心速度为3000rpm,离心时间为10min),保留上清液进行喷雾干燥可得甘露聚糖(具体操作流程请见附图2)。
本发明基于酶针对特定底物具有高效催化活性这一特点,采用溶菌酶(工业化生产较易且成本低廉)这一特异性酶(β-1,4-糖苷键水解活性),水解存在于酵母细胞壁中的几丁质成分(酵母细胞壁中的几丁质为β-1,4-糖苷键连接形式,与β-1,3-D-葡聚糖交联形成网状结构,使得酵母细胞壁不能溶于水、稀酸、碱和有机溶剂)。经溶菌酶水解破坏,原本坚固缔合的酵母细胞壁内的网状结构变得松散,在下一步的碱处理较易完成彻底破壁(浓碱也可完成较彻底的破壁,但其容易造成工业危险且易造成环境污染)。经验证,经过溶菌酶处理,酵母细胞壁的破壁效率达98%以上,再经过碱处理可达100%(直接碱处理最高只能达到85~90%左右)。本发明还降低了碱处理时碱的浓度(用量),在改进破壁效率的同时降低了成本、减少了环境污染的危险。本发明采用了多重有机溶剂洗涤的方法,降低了最终产品中的蛋白质和脂肪含量,有利于产品在动物生产中发挥有益作用。
本发明方法操作简单,分别考虑各个影响因素,确定参数的优选数据范围,使获得的水不溶性β-1,3/1,6-葡聚糖产品具有较高的纯度和得率,产物中蛋白含量为和脂肪含量较小。本发明的方法一次处理工业副产物——酵母细胞壁,可同时获得水不溶性β-1,3/1,6-葡聚糖和甘露聚糖。经动物试验验证均为适合动物生产实践中应用的免疫调节剂。
具体实施方式
下述实施例中的方法,如无特别说明,均为常规方法。
下述实施例中所述的百分含量,如无特别说明,均为质量百分含量。
实施例1、水不溶性β-1,3/1,6-葡聚糖的制备及其副产物甘露聚糖的制备
一、水不溶性β-1,3/1,6-葡聚糖的制备
水不溶性β-1,3/1,6-葡聚糖的制备操作流程如图1所示,具体步骤如下所述:
1、酵母细胞壁的酶解:将100g酵母细胞壁(产品购自湖北宜昌安琪酵母股份公司)、100mg(20000U/mg)溶菌酶(源自卵清蛋白,Cayman)和500ml水混合,37℃条件下用匀速搅拌器中速(上海标本模型厂,骠马牌可调速搅拌器,200~300转/分钟)搅拌,搅拌时间为30分钟,之后以3000转/分钟(上海安亭科学仪器厂,DL6000B型冷冻离心机,下同)离心20分钟去上清得到95.3g沉淀,即为酵母细胞壁酶解后的产物。
2、碱处理:将步骤1中所得酵母细胞壁酶解后的产物95.3g加入500ml 1M NaOH溶液中(即按照破壁后的产物干重与1M NaOH溶液的质量/体积比约为1g∶5ml的比例添加),在85℃条件下用匀速搅拌器中速搅拌,搅拌时间为3小时,然后以3600转/分钟离心20分钟,得到29.5g沉淀和上清液(可继续用于提取甘露聚糖)。将沉淀用水洗涤三遍,得到28.7g沉淀。
3、酸处理:将步骤2中所得碱处理后的产物28.7g加入300ml体积百分含量为4%乙酸溶液中(即按照碱处理后的产物干重与4%乙酸溶液的质量/体积比约为1g∶10ml的比例添加),在室温条件下用匀速搅拌器中速(上海标本模型厂,骠马牌可调速搅拌器,200~300转/分钟)搅拌,搅拌时间为2小时,之后以3000转/分钟离心20分钟去上清。得到22.2g沉淀,将沉淀用水洗涤三遍。将沉淀用水洗涤三遍,得到21.5g沉淀。
4、乙醇洗涤:将步骤3中所得酸处理后的产物(21.5g)按照0.2-0.25g产物(干重)/ml的量加入到无水乙醇中,室温(18~25℃)条件下用匀速搅拌器中速搅拌,搅拌时间为1小时,之后以3000转/分钟速度离心20分钟去上清,收集沉淀。
5、丙酮洗涤:将步骤4中所得乙醇洗涤后的沉淀产物按照0.2-0.25g产物(干重)/ml的量加入到无水丙酮中,室温(18~25℃)条件下用匀速搅拌器慢速搅拌(上海标本模型厂,骠马牌可调速搅拌器,100~150转/分钟),搅拌时间为1小时,之后以2400转/分钟速度离心20分钟去上清,收集沉淀。
6、乙醚洗涤:将步骤5中所得丙酮处理后的沉淀产物按照0.2-0.25g产物(干重)/ml的量于通风橱中加入到无水乙醚中,室温(18~25℃)条件下用匀速搅拌器慢速(上海标本模型厂,骠马牌可调速搅拌器,100~150转/分钟)搅拌,搅拌时间为1小时,之后将容器盖盖后室温静置12~24小时。然后,2400转/分钟离心20分钟去上清,干燥(气流吹干或减压蒸干或冷冻干燥),得到20.1g水不溶性β-1,3/1,6-葡聚糖。
7、所得产物纯度采用总糖测定法和薄层层析测定法确定,为91.5%;得率采用产物量/所用细胞壁量相比,结果为20.1%;分子量以改进荧光法(Rinsten,L.,T.Stenberg and R.Andersson.2003.Determination of β-glucan molecular weightusing SEC with calcofluor detection in cereal extracts.Cereal Chemistry,80(4):485-490)测定,约为800~850KD。结构检测经红外光谱和核磁共振分析如下所示:
-「-β-D-Glcp-(1,3)-β-D-Glcp-(1,3)-β-D-Glcp-(1,3)-β-D-GlcpNAc-
-
|1,6
β-D-Glcp-(1,6)-β-D-Quip-(1,6)
产品的蛋白质和脂肪含量采用国标方法进行,分别为:蛋白含量为1.15%、脂肪含量为0.43%。
二、甘露聚糖的制备
上述步骤一中步骤2所述的碱处理后离心得到的上清液用于制备甘露聚糖(具体操作流程请见图2)。具体步骤如下所述:
1、将步骤一中步骤2所述的碱处理后离心得到的上清液分成两份,用HCl调整pH值至中性。
2、将步骤1中得到的两份上清液,分别进行如下酶法处理或酸法处理:
酶法处理:在上清液中加入26.5g(927.5KU,3500U/ml上清液)中性蛋白酶(35000U/g),匀速搅拌器中速搅拌(上海标本模型厂,骠马牌可调速搅拌器,200~300转/分钟,下同),处理时间3小时,处理温度37℃,酶浓度0.1g/mL(3500U/ml),得到棕黄色悬浊液,离心(离心速度3000rpm,离心时间10min,上海安亭科学仪器厂,DL6000B型冷冻离心机,下同)取上清液待处理。
酸法处理:将上清液用乙酸溶液(体积百分含量为36%)调节pH值至5.5,得棕黄色悬浊液,离心(离心速度2400rpm,离心时间10min)取上清液待处理。
3、将步骤2酶法处理或酸法处理得到的上清液分别与质量百分含量为16%的CTAB溶液和含有质量百分含量为0.5%的硼酸钠和质量百分含量为0.5%的乙酸钠的硼酸钠-乙酸钠缓冲液按照体积比为20∶5∶10的比例配成混合溶液,室温静止48h,离心(离心速度3000rpm,离心时间10min),分别取上清液进行喷雾干燥,结果酶法处理得到18.73g甘露聚糖粉末,酸法处理得到18.36g甘露聚糖粉末。
4、所得产物纯度采用总糖测定法和薄层层析测定法确定,结果表明上述酶法处理得到的甘露聚糖粉末的纯度为88.49%;上述酶法处理得到的甘露聚糖粉末的纯度为88.71%;得率采用产物量/所用细胞壁量相比,结果表明上述酶法处理得到的甘露聚糖粉末的得率为18.73%;上述酸法处理得到的甘露聚糖粉末的得率为18.36%;;分子量以改进荧光法(Rinsten,L.,T.Stenberg and R.Andersson.2003.Determination of β-glucan molecular weight using SEC with calcofluordetection in cereal extracts.Cereal Chemistry,80(4):485-490)测定,约为30KD。结构检测经红外光谱和核磁共振分析如下所示:
-「-α-D-G-(1,6)-α-D-G-(1,6)-α-D-G-(1,6)-α-D-G--
|1,2
α-D-G-(1,2)-(或者)α-D-G-(1,3)
产品的蛋白质和脂肪含量采用国标方法进行,分别为:蛋白含量为0.45%、脂肪含量为0.33%。
实施例2、水不溶性β-1,3/1,6-葡聚糖的制备及其副产物甘露聚糖的制备
一、水不溶性β-1,3/1,6-葡聚糖的制备
水不溶性β-1,3/1,6-葡聚糖的制备操作流程如图1所示,具体步骤如下所述:
1、酵母细胞壁的酶解:将50g酵母细胞壁、100mg(20000U/mg)溶菌酶(源自卵清蛋白,Cayman)和250ml水混合,35℃条件下用匀速搅拌器中速(上海标本模型厂,骠马牌可调速搅拌器,200~300转/分钟)搅拌,搅拌时间为60分钟,之后以3000转/分钟(上海安亭科学仪器厂,DL6000B型冷冻离心机)离心25分钟去上清得到47.80g沉淀,即为酵母细胞壁酶解后的产物。
2、碱处理:将步骤1中所得酵母细胞壁酶解后的产物47.80g加入500ml 0.5MNaOH溶液中(即按照破壁后的产物干重与Na0H溶液的质量/体积比约为1g∶10ml的比例添加),在75℃条件下用匀速搅拌器中速搅拌(上海标本模型厂,骠马牌可调速搅拌器,200~300转/分钟),搅拌时间为3小时,然后以3600转/分钟离心20分钟,得到上清液510ml继续用于提取甘露聚糖,和12.6g沉淀(用于提取水不溶性β-1,3/1,6-葡聚糖)。
3、酸处理:将步骤2中所得碱处理后的产物12.6g加入65ml体积百分含量为2%乙酸溶液中(即按照碱处理后的产物干重与乙酸溶液的质量/体积比约为1g∶5ml的比例添加),在室温条件下用匀速搅拌器中速(上海标本模型厂,骠马牌可调速搅拌器,200~300转/分钟)搅拌,搅拌时间为2小时,之后以3000转/分钟离心20分钟去上清。得到9.03g沉淀,将沉淀用水洗涤三遍。将沉淀用水洗涤三遍,得到8.95g沉淀。
4、乙醇洗涤:将步骤3中所得酸处理后的产物(8.95g)按照0.2-0.25g产物(干重)/ml的量加入到无水乙醇中,室温(18~25℃)条件下用匀速搅拌器中速搅拌,搅拌时间为30分钟,之后以3000转/分钟速度离心20分钟去上清,收集沉淀。
5、丙酮洗涤:将步骤4中所得乙醇洗涤后的沉淀产物按照0.2-0.25g产物(干重)/ml的量加入到无水丙酮中,室温(18~25℃)条件下用匀速搅拌器慢速搅拌(上海标本模型厂,骠马牌可调速搅拌器,100~150转/分钟),搅拌时间为30分钟,之后以2400转/分钟速度离心20分钟去上清,收集沉淀。
6、乙醚洗涤:将步骤5中所得丙酮处理后的沉淀产物按照0.2-0.25g产物(干重)/ml的量于通风橱中加入到无水乙醚中,室温(18~25℃)条件下用匀速搅拌器慢速(上海标本模型厂,骠马牌可调速搅拌器,100~150转/分钟)搅拌,搅拌时间为30分钟,之后将容器盖盖后室温静置12~24小时。然后,2400转/分钟离心20分钟去上清,干燥(气流吹干或减压蒸干或冷冻干燥),得到8.66g水不溶性β-1,3/1,6-葡聚糖。
7、所得产物纯度采用总糖测定法和薄层层析测定法确定,为89.51%;得率采用产物量/所用细胞壁量相比,结果为17.31%;分子量按照改进荧光法(Rinsten,L.,T.Stenberg and R.Andersson.2003.Determination of β-glucan molecularweight using SEC with calcofluor detection in cereal extracts.CerealChemistry,80(4):485-490)测定,结果表明上述得到的水不溶性β-1,3/1,6-葡聚糖的分子量为800~850KD。结构检测经红外光谱和核磁共振分析如下所示:
-「-β-D-Glcp-(1,3)-β-D-Glcp-(1,3)-β-D-Glcp-(1,3)-β-D-GlcpNAc-
-
|1,6
β-D-Glcp-(1,6)-β-D-Quip-(1,6)
产品的蛋白质和脂肪含量采用国标方法进行,分别为:蛋白含量为1.14%、脂肪含量为0.52%。
二、甘露聚糖的制备
上述步骤一中步骤2所述的碱处理后离心得到的上清液按照实施例1步骤二的方法制备甘露聚糖(具体操作流程请见图2),将得到的甘露聚糖粉末采用总糖测定法和薄层层析测定法确定,结果表明上述酸法处理得到的甘露聚糖粉末的纯度为85.31%;上述酶法处理得到的甘露聚糖粉末的纯度为85.52%;得率采用产物量/所用细胞壁量相比,结果表明上述酶法处理得到的甘露聚糖粉末的得率为17.63%,上述酸法处理得到的甘露聚糖粉末的得率为16.95%;分子量以改进荧光法(Rinsten,L.,T.Stenberg and R.Andersson.2003.Determination of β-glucan molecularweight using SEC with calcofluor detection in cereal extracts.CerealChemistry,80(4):485-490)测定,约为30KD。结构检测经红外光谱和核磁共振分析如下所示:
-「-α-D-G-(1,6)-α-D-G-(1,6)-α-D-G-(1,6)-α-D-G-
-
|1,2
α-D-G-(1,2)-(或者)α-D-G-(1,3)
产品的蛋白质和脂肪含量采用国标方法进行,分别为:蛋白含量为0.54%、脂肪含量为0.39%。
实施例3、水不溶性β-1,3/1,6-葡聚糖的制备及其副产物甘露聚糖的制备
一、水不溶性β-1,3/1,6-葡聚糖的制备
水不溶性β-1,3/1,6-葡聚糖的制备操作流程如图1所示,具体步骤如下所述:
1、酵母细胞壁的酶解:将100g酵母细胞壁、300mg(20000U/mg)溶菌酶(源自卵清蛋白,Cayman)和500ml水混合,40℃条件下用匀速搅拌器中速(上海标本模型厂,骠马牌可调速搅拌器,200~300转/分钟)搅拌,搅拌时间为30分钟,之后以3000转/分钟(上海安亭科学仪器厂,DL6000B型冷冻离心机)离心20分钟去上清得到95.4g沉淀,即为酵母细胞壁酶解后的产物。
2、碱处理:将步骤1中所得酵母细胞壁酶解后的产物95.4g加入1000ml 1.0MNaOH溶液中(即按照破壁后的产物干重与NaOH溶液的质量/体积比约为1g∶10ml的比例添加),在90℃条件下用匀速搅拌器中速搅拌(上海标本模型厂,骠马牌可调速搅拌器,200~300转/分钟),搅拌时间为2.5小时,然后以3600转/分钟离心20分钟,得到上清液510ml继续用于提取甘露聚糖,和28.7g沉淀(用于提取水不溶性β-1,3/1,6-葡聚糖)。
3、酸处理:将步骤2中所得碱处理后的产物28.7g加入300ml体积百分含量为8%乙酸溶液中(即按照碱处理后的产物干重与乙酸溶液的质量/体积比约为1g∶10ml的比例添加),在室温条件下用匀速搅拌器中速(上海标本模型厂,骠马牌可调速搅拌器,200~300转/分钟)搅拌,搅拌时间为2.5小时,之后以3000转/分钟离心20分钟去上清。得到20.1g沉淀,将沉淀用水洗涤三遍。将沉淀用水洗涤三遍,得到19.0g沉淀。
4、乙醇洗涤:将步骤3中所得酸处理后的产物(19.0g)按照0.2-0.25g产物(干重)/ml的量加入到无水乙醇中,室温(18~25℃)条件下用匀速搅拌器中速搅拌,搅拌时间为50分钟,之后以3000转/分钟速度离心20分钟去上清,收集沉淀。
5、丙酮洗涤:将步骤4中所得乙醇洗涤后的沉淀产物按照0.2-0.25g产物(干重)/ml的量加入到无水丙酮中,室温(18~25℃)条件下用匀速搅拌器慢速搅拌(上海标本模型厂,骠马牌可调速搅拌器,100~150转/分钟),搅拌时间为40分钟,之后以2400转/分钟速度离心20分钟去上清,收集沉淀。
6、乙醚洗涤:将步骤5中所得丙酮处理后的沉淀产物按照0.2-0.25g产物(干重)/ml的量于通风橱中加入到无水乙醚中,室温(18~25℃)条件下用匀速搅拌器慢速(上海标本模型厂,骠马牌可调速搅拌器,100~150转/分钟)搅拌,搅拌时间为30分钟,之后将容器盖盖后室温静置12~24小时。然后,2400转/分钟离心20分钟去上清,干燥(气流吹干或减压蒸干或冷冻干燥),得到18.5g水不溶性β-1,3/1,6-葡聚糖。
7、所得产物纯度采用总糖测定法和薄层层析测定法确定,为90.37%;得率采用产物量/所用细胞壁量相比,结果表明上述得到的水不溶性β-1,3/1,6-葡聚糖的得率为18.54%;分子量按照荧光法(Rinsten,L.,T.Stenberg and R.Andersson.2003.Determination of β-glucan molecular weight using SEC with calcofluordetection in cereal extracts.Cereal Chemistry,80(4):485-490)测定,结果表明上述得到的水不溶性β-1,3/1,6-葡聚糖的分子量为800~850KD。结构检测经红外光谱和核磁共振分析如下所示:
-「-β-D-Glcp-(1,3)-β-D-Glcp-(1,3)-β-D-Glcp-(1,3)-β-D-GlcpNAc-
-
|1,6
β-D-Glcp-(1,6)-β-D-Quip-(1,6)
产品的蛋白质和脂肪含量采用国标方法进行,分别为:蛋白含量为1.04%、脂肪含量为0.40%。
二、甘露聚糖的制备
上述步骤一中步骤2所述的碱处理后离心得到的上清液按照实施例1步骤二的方法制备甘露聚糖(具体操作流程请见图2),将得到的甘露聚糖粉末采用总糖测定法和薄层层析测定法确定,结果表明上述酸法处理得到的甘露聚糖粉末的纯度为86.63%;上述酶法处理得到的甘露聚糖粉末的纯度为86.47%;得率采用产物量/所用细胞壁量相比,结果为表明上述酶法得到的甘露聚糖粉末的得率为17.25%,酸法得率为17.13%;分子量以改进荧光法(Rinsten,L.,T.Stenberg and R.Andersson.2003.Determination of β-glucan molecular weight using SEC with calcofluordetection in cereal extracts.Cereal Chemistry,80(4):485-490)测定,约为30KD。结构检测经红外光谱和核磁共振分析如下所示:
-「-α-D-G-(1,6)-α-D-G-(1,6)-α-D-G-(1,6)-α-D-G-
-
|1,2
α-D-G-(1,2)-(或者)α-D-G-(1,3)
产品的蛋白质和脂肪含量采用国标方法进行,分别为:蛋白含量为0.41%、脂肪含量为0.39%。