郝建華,王躍軍,劉均忠,孫 謐
(中國水產(chǎn)科學研究院黃海水產(chǎn)研究所海洋酶工程室,山東 青島 266071)
紅酵母不僅含有豐富的蛋白質(zhì)、維生素,而且還能產(chǎn)生胡蘿卜素、蝦青素等天然物質(zhì)[1]。這些豐富的蛋白質(zhì)、纖維素和色素類物質(zhì)在紅酵母生長代謝過程中都積累在細胞內(nèi)。紅酵母具有結(jié)構(gòu)復雜的細胞壁[2-4],影響細胞內(nèi)物質(zhì)的釋放,其細胞壁對提高酵母利用率十分重要。目前已報道的破壁方法有物理破壁[5]、化學破壁[6]、生物破壁[7-11]等方法,這些破壁方法有各自的優(yōu)缺點。本研究以一株自行分離的海洋紅酵母為試驗材料,采用酸堿法、珠磨法和酶溶法對其進行破壁處理,探討其破壁效率,以期為將來高效利用海洋紅酵母提供技術(shù)支撐。
海洋活性酵母YS-185,894堿性蛋白酶(活力單位13萬U/g),中國水產(chǎn)科學研究院黃海水產(chǎn)研究所海洋酶工程室保存。
離心機:LC-6M型(上海市離心機械研究所);752型紫外光柵分光光度計(上海分析儀器總廠);BIOPHOT型Nikon相差顯微鏡(日本尼康公司);Motics SFC-18型生物顯微鏡(麥克奧迪實業(yè)集團有限公司);恒溫水浴鍋(北京西城區(qū)醫(yī)療器械廠);KDL型珠磨機(瑞士WAB公司)。
酵母細胞懸濁液在pH值3時于55℃處理36 h,然后將pH值調(diào)至12,繼續(xù)處理24 h,離心收集不容沉淀物,水洗2~3遍,噴霧干燥得酵母細胞壁。其中離心速度和時間均為400 r/min,15min。
將培養(yǎng)好的海洋酵母細胞離心收集,取100 mg濕酵母細胞(干重約為15 mg)用冷去離子水清洗3遍后,移于試管中使其懸浮于濃度為0.1 mol/L、pH值為8.0的0.5 mL磷酸緩沖液中,按1∶1質(zhì)量比的比例添加玻璃珠,然后在漩渦混合儀上振動,處理時間分別為1、2、3 h,并隔一段時間用冰浴進行降溫。處理后的酵母細胞用冷去離子水清洗3遍,噴霧干燥得酵母細胞壁。
在55℃下,酵母自溶6 h后,按400 mg/100g酵母液的添加量添加894堿性蛋白酶,pH值調(diào)至10.0于37℃下繼續(xù)酶解9 h后,煮沸5 min滅酶活,離心,水洗2~3遍,噴霧干燥得酵母細胞壁。
酵母細胞破壁率按公式α=N1/(N1+N2)×100%計算。其中:α為酵母細胞破壁率;N1為顯微鏡下非正常形態(tài)的細胞數(shù);N2為顯微鏡下形態(tài)正常的細胞數(shù)。在測定的時候隨即選取10個視野,進行平均。
酸堿法破壁雖然試驗步驟簡單易操作,但效果不理想,且一個操作周期比較長,生產(chǎn)中不宜采用此法進行破壁。從圖1中可知,細胞經(jīng)酸堿處理后無明顯變化,基本保持原形態(tài),破壁率在10%左右。
圖1 酸堿法處理后的海洋酵母細胞
珠磨法破壁選擇處理時間分別為1、2、3 h,機械破壁比較劇烈,能將細胞壁破碎,可以得到大小不一的細胞壁碎片,珠磨3 h后的酵母細胞破碎率比較高,碎片較多,顯微鏡下觀察珠磨法破碎海洋酵母細胞效果如下。
由圖2可以看出,珠磨破碎細胞1 h后,細胞部分破碎,細胞壁被處理成碎片,但破壁率不高(圖2-A)。珠磨2 h的破壁效果明顯好于前者,顯微鏡下觀察到的完整的酵母細胞已經(jīng)減少,碎片增多(圖2-B)。珠磨3 h后顯微鏡下觀察到的酵母細胞的完整細胞基本觀察不到,碎片比前兩者更多,破碎程度比較劇烈,破壁率為85%(圖2-C)。
圖2 珠磨法處理后的海洋酵母細胞
酶溶法對海洋活性酵母進行破壁,破壁效果較好。從圖3中可以看出,海洋酵母細胞已完全破壁,細胞已成空殼,但仍保持原形態(tài),未被解離成碎片,破壁率為80%左右。
圖3 酶溶法破壁處理后的酵母細胞
酸堿法、酶溶法、珠磨法對海洋酵母YS-185的破壁結(jié)果各異:經(jīng)酸堿法處理后的細胞破壁效果不佳,細胞基本保持原形態(tài);酶溶法破壁率可達80%左右,破壁效果比較理想;珠磨法破碎程度較強,效果較好,所得碎片大小不一,但此種方法只適用于實驗室規(guī)模的細胞破碎,且后處理工作復雜,對于中試規(guī)模的批量生產(chǎn)采用此種方法不太合理,設(shè)備耗損太大,而且珠磨法所需設(shè)備尚不能國產(chǎn),需要進口,較為昂貴。因此,從操作規(guī)模、生產(chǎn)設(shè)備的限制、生產(chǎn)成本以及后處理工作等因素綜合考慮,酶溶法對海洋酵母細胞進行破壁不僅效果理想,而且將來在大規(guī)模生產(chǎn)中也是可行的。
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