CN101434981B - 一种微生物固态发酵制备生物活性专一的菜籽肽的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种微生物固态发酵制备生物活性专一的菜籽肽的方法,包括以下步骤:将具有产蛋白酶能力的单一菌种如自枯草芽孢杆菌、乳酸菌、雅致放射毛霉、米曲霉、宇佐美曲霉或产朊假丝酵母固态发酵粉碎的菜籽粕,然后提取固态发酵后的培养基,得到菜籽肽的粗提液,通过分离纯化、灭菌、干燥即得生物活性专一的菜籽肽。该方法对环境友好,反应条件温和,能充分发挥微生物的蛋白酶水解作用和降解硫甙作用,是一种低成本、适合工业化大批量制备生物活性专一的菜籽肽的方法。
Description
技术领域
本发明涉及生物活性专一的菜籽肽的制备方法,具体涉及一种采用微生物固态发酵菜籽粕的方法。
背景技术
菜籽饼粕是生产菜籽油的副产物,其中含有丰富的蛋白质,是重要的植物蛋白质资源,因菜籽粕中含有硫甙、植酸等抗营养成分,使菜籽饼粕作为植物蛋白资源在食品工业中的应用受到限制。菜籽蛋白主要由12S球蛋白和2S或1.7S清蛋白组成,赖氨酸、胱氨酸和蛋氨酸的含量较高,氨基酸平衡优于大豆蛋白,是一种优质蛋白质,菜籽蛋白水解成多肽后,具有更好的生物活性和加工特性。
目前以菜籽粕或菜籽蛋白为原料制备生物活性专一(即具有某种特定生物活性如抗氧化、降血压、促进细胞生长和抗肿瘤等的菜籽肽的方法主要有化学法和酶法。化学法采用酸或碱水解植物蛋白时会产生氯丙醇类致癌物质,且反应条件剧烈,破坏了氨基酸原有构型,同时水解废液的排放也会造成一定的环境污染。酶水解法是目前菜籽肽的制备主要方法,但是由于菜籽粕或菜籽分离蛋白中抗营养因子不能完全脱除,影响了蛋白酶的活性,水解程度不高,菜籽蛋白水解物的风味尤其是苦味问题还未根本解决,同时用于菜籽蛋白水解的酶类来源有限,且成本居高不下,酶法制备生物活性专一的菜籽肽受到了限制。
发明内容
本发明的目的在于:提供一种微生物固态发酵制备菜籽活性肽的方法,该方法对环境友好,反应条件温和,能充分发挥微生物水解蛋白质和降解硫甙好作用,是一种低成本、适合工业化大批量制备生物活性专一的菜籽肽的方法。
本发明提供一种微生物固态发酵制备生物活性专一的菜籽肽的方法,包括以下步骤:
(1)将通过压榨或浸出制油工艺得到的菜籽粕粉碎,获得粉碎的菜籽粕。
(2)以具有产蛋白酶能力的单一菌种,制备发酵剂。
(3)将步骤(2)所述发酵剂接入步骤(1)所述粉碎的菜籽粕,进行固态发酵。
(4)提取步骤(3)所述固态发酵后的培养基,分离去除残渣,得到菜籽肽的粗提液。
(5)将步骤(4)中所述粗提液分离纯化、灭菌、干燥即得生物活性专一的菜籽肽。
步骤(1)所述菜籽粕的原料可以是普通油菜籽也可以是双低油菜籽,其粉碎粒径为100~600μm。粉碎后的菜籽粕可以直接用于发酵或灭菌后用于发酵。
步骤(2)所述发酵剂的制备过程为:
(2-1)配制无菌营养液,其成分为葡萄糖0.1%~5%(w/v),KH2PO40.1%~2.0%,pH为4.0~10.0。
(2-2)将活化、扩大培养后的微生物菌种,用无菌营养液配制成菌含量或孢子含量为1×104~1×108个/mL的悬浊液,即为发酵剂。
步骤(3)所述单一菌种选自枯草芽孢杆菌、乳酸菌、雅致放射毛霉、米曲霉、宇佐美曲霉或产朊假丝酵母。
步骤(3)所述发酵条件为:发酵剂的加入量为粉碎的菜籽粕质量的0.7~4倍,发酵温度20℃~40℃,发酵时间2~5天,环境湿度40%~100%,发酵容器为发酵罐、发酵缸或发酵池。
按照固液比为1∶5~1∶30加入去离子水、蒸馏水或自来水,对固态发酵后的培养基进行提取。提取温度为15~80℃,提取时间为10~180min,提取1~3次。该提取液采用真空过滤器或压力过滤器去除残渣,也可以采用离心法,离心力为1000~15000g,以获得菜籽活性肽的粗提液。该粗提液采用超滤膜分离纯化,超滤膜的截留分子量为30KDa、10kDa,3kDa和1kDa,收集不同分子量的滤液,得到五种生物活性专一的菜籽肽。该粗提液也可以采用凝胶层析、亲和层析或离子交换方法进行分类纯化,得到生物活性专一的菜籽肽。
本发明与现有的技术相比,直接以菜籽粕为原料固态发酵生产菜籽肽,原料来源广泛,价格低廉,不需要对其进行酸、碱的处理,更不需要分离出菜籽蛋白,生产工艺简单、成本低,而且变废为宝,有利于环境保护,以微生物发酵取代纯酶制剂水解菜籽蛋白制备多肽,可以节省大量昂贵的生物酶制剂。同时微生物发酵时产生多种酶类,能有效降解菜籽粕种的有毒物质,达到人和动物的食用标准,用食品级的微生物发酵生产的多肽除具有多肽本身的营养价值外,还含有多种对人体有益的功能因子,所得到的产品具有较好的溶解性,抗氧化性和降血压作用。
具体实施方式
实施例1固态发酵菜籽粕生产生物活性专一菜籽肽的菌种的筛选
筛选对象:黑曲霉、白地霉、米曲霉、宇佐美曲霉、雅致放射毛霉、乳酸菌、产朊假丝酵母、地衣芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌。
发酵剂的制备:活化后的菌种扩大培养后(按常规方法培养),用无菌水稀释发酵种子使菌体或者孢子浓度达到3×107个/mL,即为发酵剂。
将菜籽粕粉碎至粒径为500μm左右,121℃下湿热灭菌30min。于发酵罐内,按固液比1∶1~1∶2(质量比)的比例加入发酵剂,发酵温度为28℃~35℃,环境湿度为80%~90%,搅拌通风。发酵3天后,按固液比1∶15(质量比)加蒸馏水溶解发酵培养基,低速离心(2500g)分离去除粕渣,再用12000g离心力高速离心去杂,得菜籽活性肽粗提液。
通过比较不同菌种发酵后菜籽粕的氮溶解指数、氨基酸态氮、肽得率、微生物产生的蛋白酶的活力、粗提液中菜籽蛋白肽的分子量分布、粗提液的抗氧化性和降血压生物活性,得出:黑曲霉,白地霉、黑根霉和地衣芽孢杆菌发酵产物的氮溶解指数、氨基酸态氮、肽得率都比较低,而米曲霉固态发酵后产生了较多的可溶性氮,蛋白酶酶活力也很高,但多肽得率却较低,色谱分析结果表明产生了较多的游离氨基酸,可以推断其发酵后产生蛋白酶可能是外切酶,作用于菜籽粕后将蛋白质水解成了氨基酸,不能作为固态发酵生产生物活性专一菜籽肽的出发菌株。乳酸菌、产朊假丝酵母、宇佐美曲霉、雅致放射毛霉和枯草芽孢杆菌发酵效果较好。
实施例2雅致放射毛霉固态发酵菜籽粕生产菜籽活性肽
斜面培养基:马铃薯300g,葡萄糖20g,琼脂20g,自来水1000mL。
平板扩大培养基:马铃薯200~300g,葡萄糖20g,琼脂20g,自来水1000mL。
营养液成分:葡萄糖50g,KH2PO42g,自来水1000mL,pH为6.5。
发酵培养基:菜籽粕,营养液。
发酵剂的制备:雅致放射毛霉接种到斜面培养基上于28℃恒温培养4天,然后接种于平板于28℃进行扩大培养,4天后用无菌营养液洗下孢子,并将其浓度调整为107个/mL。
将普通菜籽粕粉碎至粒径为500μm左右,灭菌,于发酵罐内,按固液比1∶1.5(质量比)加入发酵剂,调发酵温度为30℃,环境湿度为90%,搅拌通风。发酵5天后,按固液比1∶15(质量比)加蒸馏水溶解发酵培养基,经压力过滤装置过滤去除粕渣,即得菜籽活性肽粗提液。
将上述粗提液经过离子交换柱(HiTrapTM离子交换柱SP XL;流速:1mL/min,磷酸盐缓冲液pH 6.0,温度:25℃),疏水层析(HiTrapTM疏水层析柱Phenyl FF;流速:1mL/min;温度:25℃)和凝胶过滤(Superdex Peptide HR 10/30;流速:0.2mL/min;温度:25℃),收集具有抗氧化生物活性的组分,经冷冻干燥后得到抗氧化性专一的菜籽肽。
该菜籽肽产品的抗氧化生物活性指标如下:
菜籽肽还原能力(还原Fe3+的能力):产品浓度10mg/mL时,A700nm为0.158;
自由基清除率:产品浓度10mg/mL时,DPPH·自由基清除率为15%;
金属螯合力(Fe2+的螯合能力):产品浓度10mg/mL时,金属螯合力为53%;
脂质氧化抑制率(硫氰酸盐-亚油酸法):产品浓度50mg/mL时,脂质氧化抑制率为45%。
实施例3产朊假丝酵母固态发酵菜籽粕生产菜籽活性肽
斜面培养基:麦芽浸膏3g;葡萄糖10g,酵母浸膏3g,蛋白胨5g;琼脂20g;自来水1000mL。
种子培养基:麦芽浸膏3g;葡萄糖10g,酵母浸膏3g,蛋白胨5g;自来水1000mL。
营养液:葡萄糖3g,KH2PO43g,自来水1000mL,pH为7.0。
发酵培养基:菜籽粕,营养液。
发酵剂的制备:从活化后的菌种保藏斜面中,挑取两环产朊假丝酵母接种于种子培养基中,8层纱布封口,35℃,120r/min,摇床培养24h,菌体浓度达到108个/mL。用无菌营养液将其浓度调整为107个/mL
将菜籽粕粉碎至颗径为300μm左右,121℃,30min灭菌,于发酵罐内,按固液比1∶2.5(质量比)加入发酵剂,发酵温度为30℃,环境湿度为90%,搅拌通风,发酵4天后,按固液比1∶15(质量比)加蒸馏水溶解发酵培养基,低速离心(2500g)分离去除粕渣,即得菜籽活性肽粗提液。
将上述粗提液分别通过截留分子量为30kDa、10kDa、3kDa和1kDa的超滤膜进行超滤,收集不同截留分子量的滤液,经脱盐柱(HiPrepTM 26/10,流速30mL/min,温度25℃)脱盐、脱色,灭菌(121℃,30min),喷雾干燥得到生物活性不同的五个组分菜籽肽粉。其中分子量1KDa~3KDa的菜籽肽具有较好抗氧化性。
实施例4枯草芽孢杆菌固态发酵菜籽粕生产菜籽活性肽
斜面培养基:牛肉膏3g,蛋白胨10g,NaCl5g,琼脂20g,自来水1000mL,pH 7.2-7.4。
种子培养基:牛肉膏3g,蛋白胨10g,NaCl5g,自来水1000mL,pH 7.2-7.4。
营养液:葡萄糖2.6g,KH2PO42.6g,自来水1000,pH为7.0。
发酵培养基:菜籽粕、营养液。
发酵剂的制备:从活化后的菌种培养斜面中,挑取两环枯草芽孢杆菌接种于种子培养基中,8层纱布封口,35℃,120r/min,摇床培养24h,发酵液中菌体浓度达到108个/mL。用无菌营养液稀释发酵液,使菌体浓度为3×107个/mL,即为发酵剂。
将双低菜籽粕粉碎至粒径为500μm左右,灭菌。于发酵罐内,按固液比1∶2.5(质量比)的比例加入发酵剂,发酵温度为32℃,环境湿度为90%,搅拌通风。发酵4天后,按固液比1∶15(质量比)加蒸馏水溶解发酵培养基,低速离心(2500g)分离去除粕渣,再高速离心(12000g)去杂,得菜籽活性肽粗提液。
将上述粗提液分别通过截留分子量为10kDa的超滤膜进行超滤,将分子量小于10kDa的组分经过离子交换柱(HiTrapTM离子交换柱Q XL;流速:lmL/min;Tris HCl缓冲液pH 7.5温度:25℃),疏水层析(HiTrapTM疏水层析柱Phenyl FF;流速:1mL/min;温度:25℃)和凝胶过滤(Superdex Peptide HR 10/30;流速:0.2mL/min;温度:25℃),收集具有抗氧化生物活性的组分,经冷冻干燥后得到抗氧化性专一的菜籽肽。
菜籽肽的抗氧化生物活性指标如下:
菜籽肽还原能力(还原Fe3+的能力):产品浓度10mg/mL时,A700nm为0.151
自由基清除率:产品浓度10mg/mL时,DPPH·自由基清除率为12%
金属螯合力(Fe2+的螯合能力):产品浓度10mg/mL时,金属螯合力为50%
脂质氧化抑制率(硫氰酸盐-亚油酸法):产品浓度50mg/mL时,脂质氧化抑制率为42%
实施例5乳酸菌固态发酵菜籽粕生产菜籽活性肽
斜面培养基:酵母膏5g,碳酸钙6g,琼脂15~20g,5°Bé麦芽汁1000mL,pH 6.0。
种子培养基:酵母膏5g,碳酸钙6g,5°Bé麦芽汁1000mL,pH 6.0。
营养液成分:葡萄糖4g,KH2PO4 1g、自来水1000mL,pH为6.0。
发酵培养基:菜籽粕,营养液。
发酵剂的制备:从活化后的菌种培养斜面中,挑取两环乳酸接种于种子培养基中,8层纱布封口,37℃,120r/min,摇床培养24h,发酵液中的菌体浓度达到108个/mL。用无菌营养液调节发酵液菌体浓度至3×107个/mL。
将菜籽粕粉碎至粒径为400μm左右,于发酵罐内,按固液比1∶1.5(质量比)加入发酵剂,发酵温度为37℃,环境湿度为90%,搅拌通风。发酵4.5天后,按固液比1∶15(质量比)加蒸馏水溶解发酵培养基,低速离心(2500g)去除粕渣,再高速离心(12000g)去杂,得菜籽活性肽粗提液。
将上述粗提液分别通过截留分子量为3kDa的超滤膜进行超滤,分子量≤3kDa的组分经过凝胶过滤(柱:SOURCETM 5RPC,流速1mL/min,温度25℃;磷酸盐缓冲液pH7.0),收集具有抗氧化生物活性的组分,经冷冻干燥后得到生物活性专一的菜籽肽。
该生物活性专一的菜籽肽降血压生物活性指标:抑制50%的ACE(血管收缩素转移酶)活性所需抑制剂的浓度(IC50)为0.3mg/mL。
Claims (8)
1.一种微生物固态发酵制备生物活性专一的菜籽肽的方法,其特征在于:
(1)将通过压榨或浸出制油工艺得到的菜籽粕粉碎,获得粉碎的菜籽粕;
(2)以乳酸菌制备发酵剂;所述制备发酵剂的过程为,
(2-1)配制无菌营养液,其成分为葡萄糖0.1%~5%,KH2PO40.1%~2.0%,pH为4.0~10.0,(2-2)将活化、扩大培养后的微生物菌种,用(2-1)所述无菌营养液配制成菌含量或孢子含量为1×104~1×108个/ml的悬浊液,即为发酵剂;
(3)将步骤(2)所述发酵剂接入步骤(1)所述粉碎的菜籽粕,进行固态发酵;
(4)提取步骤(3)所述固态发酵后的培养基,分离去除残渣,得到菜籽肽的粗提液;
(5)将步骤(4)中所述粗提液分离纯化、灭菌、干燥即得生物活性专一的菜籽肽。
2.根据权利要求1所述微生物固态发酵制备生物活性专一的菜籽肽的方法,其特征在于:步骤(1)中所述粉碎后的菜籽粕的粒径为200~800μm。
3.根据权利要求1所述微生物固态发酵制各生物活性专一的菜籽肽的方法,其特征在于:制备菜籽粕的菜籽原料是普通油菜籽或双低油菜籽。
4.根据权利要求1所述微生物固态发酵制备生物活性专一的菜籽肽的方法,其特征在于:步骤(3)中的发酵条件为:发酵剂的加入量为粉碎的菜籽粕质量的0.7~4倍,发酵温度20℃-40℃,发酵时间2~5天,环境湿度40%-100%,发酵容器为发酵罐、发酵缸或发酵池。
5.根据权利要求1所述微生物固态发酵制备生物活性专一的菜籽肽的方法,其特征在于:
步骤(4)所述提取条件为:按照固液比为1∶5~1∶30加入离子水、蒸馏水或自来水进行提取,提取温度为15~80℃,提取时间10~180min,提取1~3次。
6.根据权利要求1所述微生物固态发酵制备生物活性专一的菜籽肽的方法,其特征在于:
步骤(4)所述分离去除残渣的方法为过滤法或离心法,过滤法采用真空过滤器或压力过滤器,离心法采用的离心力为1000~15000g。
7.根据杈利要求1所述微生物固态发酵制备生物活性专一的菜籽肽的方法,其特征在于:步骤(5)中所述分离纯化过程为:(1)超滤膜分离:所述超滤膜的截留分子量为30KDa、1OkDa,3kDa和1kDa,收集不同分子量的滤液,得到五种生物活性专一的菜籽肽滤液;(2)菜籽肽滤液采用离子交换树脂或反渗透脱盐。
8.按权利要求1或2所述微生物固态发酵制备生物活性专一的菜籽肽的方法,其特征在于:步骤(5)中所述分离纯化过程为采用凝胶层析、疏水层析或离子交换方法,得到生物活性专一的菜籽肽。
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