論述發酵生產谷胱甘肽的研究進展論文
谷胱甘肽是一種含γ-醯胺鍵和巰基的三肽，由穀氨酸、半胱氨酸及甘氨酸組成。存在於幾乎身體的每一個細胞。谷胱甘肽能幫助保持正常的免疫系統的功能，並具有抗氧化作用和整合解毒作用，半胱氨酸上的巰基為其活性基團***故常簡寫為G-SH***，易與某些藥物***如撲熱息痛***、毒素***如自由基、碘乙酸、芥子氣，鉛、汞、砷等重金屬***等結合，而具有整合解毒作用。谷胱甘肽具有廣譜解毒作用，不僅可用於藥物，更可作為功能性食品的基料，在延緩衰老、增強免疫力、抗腫瘤等功能性食品廣泛應用。以下是小編今天為大家精心準備的：論述發酵生產谷胱甘肽的研究進展相關論文。內容僅供參考，歡迎閱讀!
論述發酵生產谷胱甘肽的研究進展全文如下：
谷胱甘肽***GSH*** 是一種由L - 穀氨酸、L - 半胱氨酸和甘氨酸組成的3 肽。在臨床上用於保護肝臟、治療腫瘤、解除氧中毒、抗衰老和治療內分泌紊亂等疾病，在醫療、食品、保健品生產及體育運動和有關生物研究領域有廣泛市場。
1 菌種選育
能夠生產谷胱甘肽的菌株主要是酵母菌、釀酒酵母和熱帶假絲酵母, 其菌體內GSH 含量較高，且能長時間保持合成GSH 的能力。發酵法生產GSH 的重點在於優良菌種的選育，以常規誘變育種以及遺傳工程技術就可以得到優良的生產菌株。
1.1 常規誘變育種
傳統誘變育種大致可分為2 類：一是物理誘變方法，如紫外線誘變、放射線誘變、超聲波誘變等;二是化學誘變方法，主要是用化學誘變劑處理，如亞硝酸鹽、亞硝基胍、疊氮化鈉、硫酸二乙酯、甲基磺酸乙酯等。抗性篩選中常用的抗性篩選物有甲硫氨酸、乙硫氨酸、氯化鋅、三氮唑等。
克熱木江·阿布都熱合曼用釀酒酵母作為出發菌株，先用紫外誘變篩選抗氯化鋅突變株，再用亞硝基胍誘變篩選三氮唑和疊氮化鈉抗性突變株，最後又用紫外和亞硝基胍複合誘變，最終得到的GSH高產突變株產量為162.0 mg/L，比出發菌株產量提高了404.7%。王小娟用一株穩定高產的假絲酵母作為出發菌株，經過紫外誘變，氯化鋅、甲硫氨酸抗性物交替篩選得到的突變株，谷胱甘肽產量是出發菌株的150%。
李小娟從自然環境土壤樣本中分離篩選出一株谷胱甘肽***GSH*** 產量為35.4 mg/L 的酵母菌株Y51;經紫外線誘變、亞硝基胍誘變後，分別用乙硫氨酸、氯化鋅和三氮銼3 種抗性平板進行抗性篩選，得到一株GSH 高產菌株Y51- 21- 15;對該菌株搖瓶發酵生產GSH 的工藝條件進行優化後，菌株Y51- 21- 15 產GSH 量達158.4 mg/L，較出發菌株提高3.5 倍。郝淼聞研究半胱氨酸對S. cerevisiaeY08 的GSH 生產性狀影響基礎上，對菌株進行紫外- 亞硝酸複合誘變，在含有不同質量濃度半胱氨酸的高滲培養基上篩選半胱氨酸抗性菌株，所篩選到的菌株能夠在發酵初期較高質量濃度的半胱氨酸環境下正常生長，並可以利用半胱氨酸高產GSH。
1.2 基因工程育種技術
基因工程育種技術可實現超遠緣雜交，是一種可預先設計和控制的育種新技術，其篩選標記廣泛、機理較明確、高產菌株的篩選率比較高，近20 年來發展較快;國內也有許多學者正在致力於研究利用這種技術來提高GSH 產量。目前，能夠操作的菌株有大腸桿菌、畢赤酵母、乳酸乳球菌等，通常採取對GSH 合成酶系的改造，進而提高GSH 的含量。郝瑞穎構建釀酒酵母工程菌提高其產谷胱甘肽的能力，通過酶切帶有GSHⅠ和銅抗性篩選標記CUP1 基因的載體pICG 獲得GI 表達載體盒，並將其同源重組整合至工程菌株RA 的α- 乙醯乳酸合成酶基因ILV2 染色體基因組上。
結果顯示，工程菌RIA的GSH 產量較出發菌株顯著提高了18.7% ***p<0.05***。陳加利等人用PCR 擴增釀酒酵母的GSHⅠ及GSHⅡ基因，以乙醇脫氫酶***ADH1*** 啟動子進行表達，並以Kanr 基因和Hygr 基因作為篩選標記，構建了2 個重組表達質粒。採用電擊法將這2 個質粒分別和同時轉入工業釀酒酵母菌株，在含有G418 或***和***Hyg的平板上篩選陽性克隆S.TS013/GSHⅠ，S.TS013/GSHⅡ和S.TS013/GSHⅠ+ GSHⅡ。將重組菌進行搖瓶發酵，結果顯示不同轉化子重組菌的谷胱甘肽產量相比宿主菌分別提高了44.11%，29.79%和5***7%。
王瑋瑋[7]綜述了谷胱甘肽生物合成及代謝相關酶的研究進展和利用基因工程手段構建谷胱甘肽高產菌株，也不僅侷限於谷胱甘肽自身的生物合成和代謝，半胱氨酸的合成、蛋氨酸的合成和谷胱甘肽合成過程中基因表達的調控及谷胱甘肽的胞外轉運，對於胞內谷胱甘肽水平也有重要影響。方聰明[8]利用基因工程的方法，以高產GSH 釀酒酵母S. cerevisiae CCCG為研究物件，構建了釀酒酵母GSH 合成中關鍵酶基因：γ- 谷氨醯半胱氨酸合成酶基因***GSH1*** 和谷胱甘肽合成酶基因***GSH2*** 的大腸桿菌工程菌，再經表達、分離純化得到GSH1，GSH2 重組蛋白，並研究它們的酶學性質，最後基於GSH1，GSH2 的酶學性質對釀酒酵母發酵產GSH 進行研究。
2 培養基與培養條件優化
選育一株高產的菌株之後，對其菌種的培養基以及培養條件進行優化則可以進一步使產量增加，並且一些試驗設計和數理統計方法的引入，能有效地設計試驗方案。謝麗等人選育菌種，並研究酵母粉與硫酸銨對胞內谷胱甘肽含量影響最大。以硫酸銨為氮源時，GSH 含量可達到25.48 mg/g;補加葡萄糖的時間為接種後10 h，補加量為16 mL 時，最佳條件下得到菌體幹質量為8.14 g/L，通過搖瓶發酵GSH 產量為113.45 mg/L，GSH 產量提高了2.89 倍。黎明從果園土壤中篩選到一株產谷胱甘肽的酵母菌YS10，經26S rDNA鑑定為釀酒酵母Saccharomycescerevisiae，正交試驗獲得該菌株產谷胱甘肽合適的發酵培養基為葡萄糖3.0%，酵母膏0.7%，硫酸銨1.0%，磷酸二氫鉀0.3%，硫酸鎂0.05%，通過發酵條件的優化，該菌在500 mL 三角瓶裝量50 mL，30 ℃搖瓶培養72 h，谷胱甘肽的產量可達183.04 mg/L。楊莉[11]通過單因素及正交試驗對釀酒酵母搖瓶發酵產谷胱甘肽的培養條件優化進行了研究。
結果表明，影響釀酒酵母搖瓶發酵產谷胱甘肽的主要因素有葡萄糖濃度、接種量、裝液量和發酵時間。試驗確定的最佳條件為葡萄糖新增量20 g/L，溫度30 ℃，裝液量50 mL，接種量8%，發酵時間54 h。條件優化後谷胱甘肽的含量比原來增加了4.21%，谷胱甘肽的產量比原來增加了15.81%。朱虹[12]在搖瓶條件下，利用Minitab16 軟體中的響應面法對釀酒酵母發酵生產谷胱甘肽的培養基進行了優化，首先通過Plackett-Burman 設計方法對影響發酵各因素的效應進行評價。結果表明，葡萄糖、酵母粉、半胱氨酸3 個因素對谷胱甘肽產量影響顯著，其中葡萄糖、酵母粉呈正效應，半胱氨酸呈負效應，其他因素的影響不顯著。利用最陡爬坡試驗，接近重要因素的最優水平，然後應用中心組合設計結合響應面分析確定了重要因素的最優水平。
優化後的發酵培養基組成為葡萄糖34.9 g/L，酵母粉12.7 g/L，半胱氨酸0.053 g/L，硫酸銨7.5 g/L，磷酸二氫鉀9 g/L，硫酸鎂1.5 g/L，生物素0.1 mg/L，在此條件下進行搖瓶發酵，谷胱甘肽理論產量達到170.58 mg/L。經3 批平行試驗驗證，谷胱甘肽的平均產量為168.72 mg/L，與預測產量接近，比優化前產量***113.43 mg/L*** 提高了約48.7%。證明用響應面設計方法尋求菌體積累谷胱甘肽的最佳培養基組分是可行的。
除此之外，還採取了其他措施來提高GSH 的含量。鄭麗雪通過搖瓶發酵培養，研究了Cu2+，Mg2+，K+，Fe2+，Mn2+ 5 種金屬離子在不同發酵時間新增對釀酒酵母CS10515- 1 生產谷胱甘肽的影響。試驗結果表明，在發酵初期***0 h***，當K+，Mg2+，Fe2+ 新增量分別為0.15，0.12，0.09 g/L 時，GSH 的產量分別為88.53，52.73，41.42 mg/L，相比空白對照分別提高了63.50% ， 36.58% 和44.25%。在15 h 時， 當Mg2+ 新增量為0.09 g/L 時，GSH 產量為61.75 mg/L，比對照組提高82.01%;當發酵至24 h 時，金屬離子的新增對GSH 的產量無明顯促進作用。
萬紅貴[14]研究了氧化刺激和高滲刺激對啤酒廢酵母發酵產谷胱甘肽的影響，研究表明這2 種刺激都能有效增加谷胱甘肽的產量。在氧化刺激中，發酵後21 h 新增0.012 g/L 的高錳酸鉀，谷胱甘肽的產量達512 mg/L，相比對照增產20%;當過氧化氫的新增量和新增時間為30 mmol/L 和12 h，谷胱甘肽產量達482.3 mg/L，相比對照增產13%。在高滲刺激中，發酵後15 h 新增15 g/L 的KCl，谷胱甘肽的產量提升至475.2 mg/L。兩類外源刺激物聯合使用沒有顯示出疊加效應，相比單獨使用略有下降。
3 分離純化
GSH 是胞內產物，需要從細胞內GSH 提取出來，提取的主要方法有細胞破碎法和抽提法。冷非凡研究了高壓蒸汽提取廢酵母中還原型谷胱甘肽的最佳工藝條件，利用Box- Behnken 的中心組合設計及響應面法***RSM*** 探討了表壓、提取時間、液料比和提取次數4 個因素的優化組合，通過建立二次迴歸模型，確定其最佳提取工藝條件為表壓1.1 MPa，提取時間15 min，液料比10∶1，提取次數1 次，在此條件下得率最大為4.63 mg/g。張冰等人對釀酒酵母細胞進行微波破碎、固液分離、超濾、濃縮、離子交換層析、納濾、大孔吸附樹脂層析脫鹽、結晶的工藝路線，篩選了732 型強酸性離子交換樹脂和DM- C18 型大孔吸附樹脂為2 步層析分離的介質，並對整個工藝進行優化，對工藝進行放大試驗，考察工藝工業化可行性。工藝總收率達到70%，產品純度98%。
4 展望
由於谷胱甘肽眾多的應用價值，因此工業化生產谷胱甘肽迫在眉睫，因此要在菌種選育方面進行研究，利用常規育種方法以及利用基因工程和代謝工程對優良菌種進行改良與開發，同時在培養基以及培養條件方面，利用現代化的資料處理方法進行優化，建立高效的產品分離純化回收工藝，進而提高谷胱甘肽的產量。