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        啤酒廢酵母中RNA和β-(1,3)-D-葡聚糖的綜合提取

        2012-12-26 08:59:06王志宏邢沈陽張桂榮
        東北師大學報(自然科學版) 2012年2期
        關(guān)鍵詞:啤酒酵母葡聚糖啤酒

        王志宏,邢沈陽,張桂榮

        (1.長春中醫(yī)藥大學基礎(chǔ)醫(yī)學院,吉林 長春 130117;

        2.吉林大學畜牧獸醫(yī)學院,吉林 長春 130062;

        3.吉林大學生命科學學院,吉林 長春 130012)

        啤酒廢酵母中RNA和β-(1,3)-D-葡聚糖的綜合提取

        王志宏1,邢沈陽2,張桂榮3

        (1.長春中醫(yī)藥大學基礎(chǔ)醫(yī)學院,吉林 長春 130117;

        2.吉林大學畜牧獸醫(yī)學院,吉林 長春 130062;

        3.吉林大學生命科學學院,吉林 長春 130012)

        為實現(xiàn)RNA和β-(1,3)-D-葡聚糖的綜合提取,通過堿-酶提取法和優(yōu)化稀堿提取條件,研究了溫度、NaOH質(zhì)量分數(shù)對RNA提取的影響.結(jié)果表明:溫度為100℃,NaOH質(zhì)量分數(shù)為4%時,提取率為7.65%,純度為70.24%.進一步比較中性蛋白酶和堿性蛋白酶對β-(1,3)-D-葡聚糖提取的影響,發(fā)現(xiàn)中性蛋白酶得到的產(chǎn)物較多,純度較高.實驗結(jié)果為進一步的工業(yè)化生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ).

        啤酒廢酵母;RNA;β-(1,3)-D-葡聚糖;堿-酶提取法

        啤酒廢酵母為啤酒生產(chǎn)的主要廢棄物,它含有豐富的蛋白質(zhì)、核酸、維生素、礦物質(zhì)等多種高營養(yǎng)、高附加值的組分,且安全、無毒,利用價值非常高.而目前啤酒酵母的主要處理方式是干燥后作為飼料或直接排放,有效成分并沒有得到充分的利用.

        免疫核糖核酸(immunogenic RNA)是動物體內(nèi)一種具有轉(zhuǎn)移免疫性功能的生物大分子,是一種重要的免疫觸發(fā)劑或免疫調(diào)節(jié)劑,廣泛應用于醫(yī)藥與食品行業(yè).β-(1,3)-D-葡聚糖是一種極富生物活性的免疫多糖,目前已證實它對腫瘤、肝炎、糖尿病、心血管疾病、高血脂等疑難病都有良好的治療效果.

        隨著啤酒等發(fā)酵行業(yè)的快速發(fā)展,大量的發(fā)酵副產(chǎn)物隨之產(chǎn)生,如何利用這些低值的副產(chǎn)物,做到既不污染環(huán)境,又能產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益,一直是研究的熱點.本研究利用堿-酶提取法,進行了從啤酒廢酵母中提取RNA 和β-(1,3)-D-葡聚糖的綜合實驗,以得到較高純度的RNA和β-(1,3)-D-葡聚糖,為實現(xiàn)低成本的工業(yè)化生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)[1-5].

        1 材料和方法

        1.1 主要試劑

        啤酒酵母干粉,日本W(wǎng)AKO酵母RNA標準樣,中性蛋白酶和堿性蛋白酶(北京奧博星生物技術(shù)有限責任公司生產(chǎn));其他試劑均為國產(chǎn)分析純.

        1.2 RNA的提取及影響因素

        1.2.1 RNA標準曲線的制定

        準確稱取10.0mg RNA,用少量0.05mol/L NaOH濕透,然后用玻璃棒研磨成糊狀的混濁液,加入少量蒸餾水,混勻,調(diào)pH=7.0,再用蒸餾水定容至10mL.此溶液即為標準RNA母液(1mg/mL).

        取母液1.0mL置10mL容量瓶中,用蒸餾水稀釋至刻度,此溶液為100μg/mL的標準RNA溶液.

        取6支干凈烘干的試管,按表1的編號及配置加入試劑,然后置沸水中加熱25min,取出冷卻,以0號管作對照,于670nm波長處測定吸光度值,取兩管平均值.以RNA濃度為橫坐標、吸光度值為縱坐標作圖,繪制標準曲線.

        表1 RNA標準品的配置

        1.2.2 啤酒酵母中RNA的提取

        準確稱取10g干燥酵母粉,加入100mL水充分洗滌,4 800r/min離心10min;將沉淀物重復洗滌、離心至洗滌液澄清為止.

        將上述沉淀放入100mL燒杯中,水洗兩次,離心后向沉淀物質(zhì)中加入4%NaOH 30mL,然后放入沸水中水浴1h.將上述提取液取出,冷卻,以4 000r/min離心10min,取上清液,倒入燒杯中,調(diào)pH=5.5.然后邊攪拌邊緩慢加入150mL 95%的乙醇,以4 000r/min離心10min,棄去上清液,用少量95%乙醇洗滌3次,常溫下干燥,得RNA產(chǎn)品.測量檢測后密封放入4℃冰箱保存[6-8].

        1.2.3 溫度對RNA提取的影響

        分別準確稱取10g干燥酵母粉,如前述在啤酒酵母中提取RNA的方法,分別在80℃,85℃,90℃,95℃,100℃的條件下提取1h,得到5種RNA粗制品.稱量自制的5種干燥RNA粗制品各10mg(純度約為50%),控制RNA的濃度在10~100μg/mL范圍內(nèi),按標準RNA溶液方法配制10mL,如前述進行RNA含量的測定.

        1.2.4 NaOH質(zhì)量分數(shù)對RNA提取的影響

        分別準確稱取10g干燥酵母粉,如前述提取RNA的方法,用質(zhì)量分數(shù)分別為2%,4%,6%,8%的NaOH溶液,100℃提取1h,得到4種RNA粗制品.稱量自制的4種干燥RNA粗制品各10mg(純度約為50%),控制RNA的濃度在10~100μg/mL范圍內(nèi),按標準RNA溶液方法配制10mL,進行RNA含量測定.

        1.3 β-(1,3)-D-葡聚糖的提取與含量測定

        1.3.1 葡萄糖標準曲線的制定

        苯酚-硫酸法標準曲線的制作:分別吸取40μg/mL的葡萄糖溶液0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.2,1.4,1.6,1.8,2.0mL,加去離子水補足2mL.然后加入6%苯酚1.0mL及濃硫酸5mL,靜止10min,搖勻,室溫放置20min后于490nm測定吸光度.以標準糖溶液的量(mL)為橫坐標、吸光度值為縱坐標繪制標準曲線.

        1.3.2 β-(1,3)-D-葡聚糖的提取

        將提取RNA后的沉淀物質(zhì)按照15mL∶1g的比例加入3%的NaOH溶液,在80℃水浴條件下水解2h,離心.將沉淀物質(zhì)洗滌后加入100mL去離子水,并分成兩份.調(diào)節(jié)1號樣品pH=8,加入堿性蛋白酶500μL,70℃下水解24h;調(diào)節(jié)2號樣品pH=7,加入中性蛋白酶0.019g,40℃水解24h.離心,沉淀物質(zhì)用無水乙醇洗滌、干燥[9-13].

        1.3.3 β-(1,3)-D-葡聚糖含量的測定

        稱取β-(1,3)-D-葡聚糖提取樣品4mg,放入50mL的具塞刻度試管中,加入10mol/L的硫酸溶液5mL,水解25min后,將硫酸稀釋至2mol/L,封管后于95℃水浴鍋中水解18h,獲得β-(1,3)-D-葡聚糖的水解液.按照苯酚-硫酸法于490nm下測定吸光度.

        2 實驗結(jié)果

        2.1 影響RNA提取的因素

        2.1.1 RNA標準曲線

        本研究采用地衣酚-Cu2+法測定了RNA的含量,共獲得6組吸光度值,結(jié)果見表2;制定的RNA標準曲線見圖1.

        表2 RNA標準品的吸光度

        2.1.2 酵母中RNA的含量

        RNA提取樣品吸光度為0.320,帶入經(jīng)計算得出RNA的純度為70.24%.

        2.1.3 溫度對RNA提取的影響

        如表3所示,溫度在80℃~100℃時,隨著溫度的升高,RNA產(chǎn)率不斷上升,在100℃時達到最高.因為溫度高于100℃時,RNA容易分解,影響產(chǎn)率.綜合考慮可控性、產(chǎn)率等眾多因素影響,選擇的溫度為100℃.

        圖1 RNA標準曲線

        表3 抽提溫度對RNA提取產(chǎn)量的影響g

        2.1.4 NaOH質(zhì)量分數(shù)對RNA提取的影響

        如表4所示,堿提加入的NaOH質(zhì)量分數(shù)為4%時產(chǎn)量最高,隨著濃度的增加產(chǎn)量明顯下降,可能是由于濃度高破壁效果不好以及核酸變性所致.因此提取時NaOH質(zhì)量分數(shù)選擇為4%.

        表4 NaOH質(zhì)量分數(shù)對RNA提取產(chǎn)量的影響 g

        在100℃,NaOH質(zhì)量分數(shù)為4%的條件下進行綜合提取,得到的RNA產(chǎn)物干燥后呈乳白色略微帶有些黃色,干燥直到恒重后經(jīng)稱量得到RNA 0.765g,提取率為7.65%.

        2.2 β-(1,3)-D-葡聚糖含量的測定

        2.2.1 葡萄糖的標準曲線

        由標準糖溶液測得的各濃度梯度的吸光度值見表5,制作的標準曲線見圖2.

        表5 標準糖溶液的吸光度值

        2.2.2 β-(1,3)-D-葡聚糖含量

        經(jīng)中性蛋白酶作用后得β-(1,3)-D-葡聚糖0.684g,經(jīng)堿性蛋白酶作用后得β-(1,3)-D-葡聚糖0.560g.測得樣品吸光度分別為0.282,0.266,帶入計算得中性蛋白酶和堿性蛋白酶處理得到的產(chǎn)物純度分別為76.6%和61.6%.

        3 討論

        本實驗為實現(xiàn)工業(yè)化的RNA提取提供了依據(jù).當然,盡管本實驗給出了優(yōu)化分析方法,但要想使β-(1,3)-D-葡聚糖的研究、生產(chǎn)和實際應用等能夠產(chǎn)業(yè)化,其含量分析須有國際統(tǒng)一標準.本實驗所設(shè)計的提取流程僅局限于RNA和β-(1,3)-D-葡聚糖的提取利用,而啤酒酵母中仍然含有大量的其他營養(yǎng)物質(zhì),如取超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱苷肽(GSH)、果糖二磷酸鈉(FDP)、B族維生素和酶等.如何能夠最大限度地在同一平臺上進行多種營養(yǎng)物質(zhì)的綜合提取,實現(xiàn)營養(yǎng)物質(zhì)經(jīng)濟價值的最大化是今后研究的方向.

        圖2 苯酚-硫酸法糖溶液的標準曲線

        [1] 常雅寧,俞建瑛,袁勤生.啤酒廢酵母的綜合利用[J].微生物學雜志,2001(2):30-33.

        [2] 胡瑛.啤酒酵母的簡單介紹及其在食品中的應用與開發(fā)[J].現(xiàn)代測量與實驗室管理,2007(4):34-38.

        [3] 姜桂榮,秦寰勛.核酸膳食治療高血脂癥的探討[J].營養(yǎng)學報,1998,21(1):55-58.

        [4] 黃麗紅,宋偉民,陸亞松.β-(1,3)-D-葡聚糖對機體健康的影響[J].國外醫(yī)學衛(wèi)生學分冊,2001,28(3):163-166.

        [5] 孔明,姚汝華.啤酒廢酵母綜合利用的探討[J].廣州食品工業(yè)科技,2003,19(2):59-62.

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        Synthetic extraction of RNA andβ-(1,3)-D-Glucan from waste beer yeast

        WANG Zhi-hong1,XING Shen-yang2,ZHANG Gui-rong3

        (1.Basic Medical College,Changchun University of Chinese Medicine,Changchun 130117,China;
        2.Animal Husbandry Veterinary College,Jilin University,Changchun 130062,China;
        3.Life Science College,Jilin University,Changchun 130012,China)

        The present paper studies the influence of temperature and NaOH concentration on the synthetic extraction of RNA andβ-(1,3)-D-Glucan from waste beer yeast.The experiment uses the alkali-enzyme extraction method and optimizes the dilute alkali extraction conditions to bring about the synthetic extraction.The experiment shows that the extraction rate is 7.65%and the degree of purity is 70.24%with a temperature of 100°C and the concentration of NaOH for 4%.Furthermore,the experiment investigates the influence of neutral protease and alkaline protease on the extraction of β-(1,3)-D-Glucan and finds that neutral protease may facilitate moreβ-(1,3)-D-Glucan of higher purity.It is believed that the experiment results lay a foundation for industrial production.

        waste beer yeast;RNA;β-(1,3)-D-Glucan;alkali-enzyme extraction method

        R 963

        310·4730

        A

        1000-1832(2012)02-0095-04

        2011-12-13

        國家自然科學基金資助項目(30870251,31070309);教育部985平臺項目.

        王志宏(1965-),男,副教授,主要從事中醫(yī)藥及生化藥物研究;通訊作者:張桂榮(1964-),女,博士,教授,主要從事分子生物學及生物化學研究.

        方 林)

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