制備有機(jī)鉻添加劑——鉻酵母的研究

和興 · 發(fā)表于 2008-6-19 20:11:32

制備有機(jī)鉻添加劑——鉻酵母的研究

郝素娥　陳慶峰　劉旭　劉亞斌

　　摘　要　利用生物合成法制備了一種有機(jī)鉻含量較高的新型添加劑——鉻酵母，并采用分光光度法及透析處理測定了鉻酵母中總鉻和有機(jī)鉻的含量，從而確定了鉻酵母的最佳制備條件為：培養(yǎng)基采用麥芽汁+尿素，培養(yǎng)基中三氯化鉻的添加量為1.6 μg。ml－1，啤酒酵母的接種量為3%，培養(yǎng)溫度為30 ℃，培養(yǎng)時(shí)間為48 h。
　　關(guān)鍵詞　鉻酵母　有機(jī)鉻　添加劑
　　1　前言
　　鉻是生物體必需的微量營養(yǎng)元素，人體缺鉻會(huì)產(chǎn)生葡萄糖、脂肪、蛋白質(zhì)代謝障礙，引起各種疾病，如動(dòng)脈粥樣硬化、糖尿病、冠心病、末梢神經(jīng)炎、近視眼等，尤其嬰兒缺鉻易患消瘦性蛋白質(zhì)營養(yǎng)不良癥［1］；動(dòng)物缺鉻表現(xiàn)為膽固醇或血糖升高、生長遲緩、免疫力下降、繁殖能力降低和壽命縮短等，如禽類喂含鉻量低于5 μg。kg－1的飼料日糧時(shí)，羽毛大量脫落；用低鉻日糧喂兔，則母兔產(chǎn)仔率下降；用無鉻日糧喂種公牛，精液量大大減少，精子畸形率顯著提高。當(dāng)補(bǔ)鉻后，癥狀消失［2］。
　　在研究鉻的補(bǔ)充時(shí)，主要有無機(jī)鉻(常用CrCl3。6H2O、Cr2(SO4)3、Cr(NO3）3）和有機(jī)鉻(常用煙酸鉻、蛋白螯合鉻、鉻酵母)兩種形式。鉻的生物活性的發(fā)揮需要三價(jià)鉻，鉻主要以Cr3＋構(gòu)成葡萄耐量因子(GTF)，協(xié)助胰島素作用，影響糖類、脂類、蛋白質(zhì)和核酸的代謝。鉻進(jìn)入體內(nèi)，經(jīng)腸道吸收，在血液里與運(yùn)送鐵的球蛋白結(jié)合，而后被運(yùn)至肝臟及全身。由于不同形式的鉻在組織中的結(jié)合程度不同，導(dǎo)致吸收率不同，因此鉻的吸收與化學(xué)結(jié)合形式有很大關(guān)系，飼料中的總鉻含量不能反映可利用鉻或鉻的營養(yǎng)狀況。無機(jī)鉻不但毒性大，且以極低水平吸收，約為0.4%～3％；有機(jī)鉻安全性高，且易被吸收，吸收率約為10%～25%［3］。瑞士聯(lián)邦學(xué)院畜牧所Gebert和Wenkin的研究表明，煙酸鉻和酵母鉻的效果明顯好于氯化鉻，尤以酵母鉻最佳［4］。鉻酵母是以生物方法制備的，具有生物活性高、毒性小、生產(chǎn)成本低等特點(diǎn)，可以認(rèn)為是一種具有較好應(yīng)用前景的鉻的補(bǔ)充物。
　　本文利用生物合成法制備了有機(jī)鉻含量較高的鉻酵母，并對(duì)所制備的鉻酵母中的總鉻和有機(jī)鉻的含量進(jìn)行了分析測定，從而確定了制備鉻酵母的最佳條件，為鉻酵母今后在醫(yī)藥及添加劑領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了必要的基礎(chǔ)。
2　實(shí)驗(yàn)方法
2.1　鉻酵母的制備過程
　　培養(yǎng)基調(diào)制→滅菌→濾蛋白→添加氯化鉻→滅菌→接種酵母菌→培養(yǎng)→離心→水洗→干燥→粉碎→成品
2.2　鉻酵母中總鉻及有機(jī)鉻含量的測定
　　鉻(Ⅵ)可與對(duì)氨基二乙基苯胺發(fā)生氧化反應(yīng)，生成紅色化合物，利用分光光度法可以測定鉻酵母中的鉻含量，最大吸收波長為540 nm［5,6］。
　　鉻酵母經(jīng)消化進(jìn)行測定，即為鉻酵母中的總鉻含量；將鉻酵母進(jìn)行透析處理，使有機(jī)鉻與無機(jī)鉻分離，便可測得鉻酵母中有機(jī)鉻的含量。
3　實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
　　在鉻酵母的制備過程中，鉻酵母中的總鉻含量及有機(jī)鉻含量與培養(yǎng)基的種類、培養(yǎng)基中CrCl3。6H2O的添加量、酵母菌種及其接種量、以及培養(yǎng)溫度和培養(yǎng)時(shí)間均有關(guān)。
3.1　培養(yǎng)基的種類對(duì)鉻酵母中鉻含量的影響
　　文中采用了四種不同的培養(yǎng)基進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1　培養(yǎng)基對(duì)鉻酵母中鉻含量的影響μg/g

培養(yǎng)基種類	麥芽汁	麥芽汁＋尿素	麥芽汁+葡萄糖	人工培養(yǎng)基
總鉻有機(jī)鉻	84.28 75.05	124.75 109.36	122.40 101.88	91.65 67.48

　　從表1可以看出，當(dāng)麥芽汁中添加一定量尿素或葡萄糖時(shí)，酵母對(duì)培養(yǎng)基的利用率較高，其轉(zhuǎn)化無機(jī)鉻為有機(jī)鉻的能力也較強(qiáng)；利用人工培養(yǎng)基(葡萄糖加無機(jī)鹽等)也可制備鉻酵母，但從制備效果和經(jīng)濟(jì)效益上考慮，均不如采用天然培養(yǎng)基為好。
3.2　培養(yǎng)基中CrCl3。6H2O添加量對(duì)鉻酵母中鉻含量的影響
　　在鉻酵母的制備過程中，對(duì)鉻酵母中總鉻含量及有機(jī)鉻含量影響最大的因素是培養(yǎng)基中CrCl3。6H2O的添加量。由表2可知，隨著培養(yǎng)基中CrCl3。6H2O添加量的增加，鉻酵母中的總鉻含量及有機(jī)鉻的含量開始的時(shí)候亦呈增加趨勢(shì)，但達(dá)到一定水平后又呈下降趨勢(shì)。這說明酵母能夠利用培養(yǎng)基中的無機(jī)鉻并將其轉(zhuǎn)化為有機(jī)鉻，但培養(yǎng)基中無機(jī)鉻的濃度不能太高，濃度太高時(shí)會(huì)對(duì)酵母的生長產(chǎn)生抑制作用。培養(yǎng)基中CrCl3。6H2O的最佳濃度為1.6　μg。ml－1。

表2　CrCl3。6H2O添加量對(duì)鉻酵母中鉻含量的影響

CrCl3/μg。ml－1	0.4	0.8	1.2	1.6	2.0	2.4
總鉻/μg。g－1 有機(jī)鉻/μg。g－1	40.08 28.25	77.64 53.19	113.15 90.92	124.75 109.36	108.76 88.12	89.35 69.87

3.3　酵母菌種及接種量對(duì)鉻酵母中鉻含量的影響
　　分別用面包酵母和啤酒酵母進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，用面包酵母的時(shí)候，鉻酵母的總鉻含量較高，而用啤酒酵母時(shí)，雖總鉻含量稍低些，但其有機(jī)鉻含量卻較高，因此認(rèn)為還是啤酒酵母較好些，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。另外，酵母菌的接種量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果也有一定的影響，實(shí)驗(yàn)表明，接種量為3%時(shí)，效果最好。

表3　酵母菌種對(duì)鉻酵母中鉻含量的影響

酵母菌種	面包酵母	啤酒酵母
總鉻/μg。g－1 有機(jī)鉻/μg。g－1	90.05 67.96	84.28 75.05

3.4　培養(yǎng)溫度和培養(yǎng)時(shí)間對(duì)鉻酵母制備的影響
　　培養(yǎng)溫度和培養(yǎng)時(shí)間對(duì)鉻酵母中總鉻含量及有機(jī)鉻含量亦有一定的影響。分別進(jìn)行了培養(yǎng)溫度為20 ℃，25 ℃，30 ℃，35 ℃，40 ℃培養(yǎng)時(shí)間為24 h，36 h，48 h，60 h,72 h的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，當(dāng)培養(yǎng)溫度為30 ℃，培養(yǎng)時(shí)間為48 h時(shí)，鉻酵母的制備效果最好。
3.5　鉻酵母的紅外光譜分析
　　在鉻酵母的紅外分析譜圖上可以看出(圖1)，在3 371.37 cm-1，1 654.83 cm－1，1 237.26 cm－1，521.71 cm－1處有較強(qiáng)的吸收峰，它們分別為氨基，碳—碳鍵，羧基，以及三價(jià)鉻的吸收峰，且發(fā)生了不同程度的移動(dòng)，這說明在鉻酵母中存在著碳—鉻鍵，鉻是以有機(jī)鉻的形式存在的，而且很有可能是以鉻氨基酸的形式存在的［7］。由于含鉻氨基酸的標(biāo)準(zhǔn)樣難以得到，鉻酵母中有機(jī)鉻的準(zhǔn)確形式還有待于進(jìn)一步研究。

　　綜上所述，當(dāng)采用天然培養(yǎng)基麥芽汁，其中加一定量尿素，并添加1.6　μg。ml－1的CrCl3。6H2O，啤灑酵母的接種量為3%，培養(yǎng)溫度為30 ℃，培養(yǎng)時(shí)間為48 h時(shí)，可制得總鉻及有機(jī)鉻含量較高的鉻酵母，總鉻含量可達(dá)124.75　μg。g－1，有機(jī)鉻含量可達(dá)109.36　μg。g－1。
　　鉻酵母作為一種生理活性高，毒性小，成本低的有機(jī)鉻添加劑，其開發(fā)生產(chǎn)必將產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
作者單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)應(yīng)用化學(xué)系(150001)