全 文 ： 综述与专论
生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN 2006年增刊
富铬酵母的应用与展望
张 许峰 周波 贤一博 贾乐
(山东农业大学生命科学学院,泰安 271018)
摘 要: 铬是人体必需的微量元素, 三价铬为葡萄耐量因子 GTF的主要成分。成人每日膳食中适宜的铬摄
入量为 20~ 50g。缺铬可以导致粥样动脉硬化、糖尿病、冠心病,并影响蛋白质与 RNA合成。富含三价铬的富铬
酵母, 可以降低型糖尿病患者血糖及血浆胰岛素, 又可降低高血脂患者的 TC, TG, LDL-C, 并升高 HDL-C。富铬酵
母可作为预防和治疗上述疾病的食品应用于医学和食品工业中,也可作为饲料添加剂应用于畜牧业中。
关键词: 铬 GTF 富铬酵母
Application Prospect of Chrom ium-R ich Yeast
Zhang Tong Xu Feng Zhou Bo X ianY ibo Jia le
(Co llege of L ife Science, Shandong Agricultural University, Ta ian 271018)
Abstrac:t Chrom ium is one of the essentia l trace elem ents in hum an body, Cr3+ is the basis of g lucose to le rance
factor ( GTF ). The best ing estion quantity o f chrom ium in diet is 20 ~ 50g fo r adults eve ryday. Lack of ch rom ium can
cause arteriosc lerosis, diabetes, co rona ry d isease, and influence the synthesis of prote in and RNA. Chrom ium-r ich Y east
tha t enr iched w ith Cr3+ can reduce the concentration o f blood sugar and blood insulin in d iabetes pa tients, and a lso reduce
the TG, TC, and LDL-C but increaseH DL-C in hyper lipaem ia patients. Chrom ium-r ich Yeast can be applied as functiona l
food to prevent and treat those diseases above in the food industry; it can also be app lied as feed add itive in the stockbreed-
ing.
Key words: Chrom ium GTF Chrom ium- r ich yeast
作者简介:张 ( 1981-) ,男,在读硕士研究生,主要课题方向为酵母菌富集微量元素的机制
通讯作者:贾乐, E-m ai:l jiale9015@ 163. com
铬是人体必需的微量营养元素之一, 是人体内
葡萄糖耐量因子 ( g lucose to lerance factor, GTF)的重
要组成成分。人体缺铬会产生葡萄糖、脂肪、蛋白质
代谢障碍,引起各种疾病, 如动脉粥样硬化、糖尿病、
冠心病、末梢神经炎、近视眼等; 动物缺铬则表现为
胆固醇或血糖升高、生长迟缓、免疫力下降、繁殖能
力下降和寿命缩短等, 补铬后, 症状消失 [ 1]。由于
不同形式的铬在组织中的结合程度不同, 导致吸收
率不同。无机铬不但毒性大,且吸收水平极低,约为
0. 14% ~ 3. 0% ; 有机铬吸收迅速且安全, 吸收率可
达 10% ~ 25% [ 2 ]。在有机铬制剂中,富铬酵母具有
生物活性高、毒性小、生产成本低等优点, 尤其是作
为预防和治疗糖尿病药物的重要功效成分引起人们
极大的重视。同时,酵母本身的生物活性物质对生
物体也有保健作用,通过酵母将无机铬转化为有机
铬,被称之为微生物元素载体酵母。因此,富铬酵母
的制备具有重要的应用价值。
1 铬在人体中分布与需求量
人体内约含铬 5~ 10mg,它广泛地存在于骨骼、
肌肉、头发皮肤、皮下组织、主要器官 (肺除外 )和体
液之中。有机铬容易被人体吸收, 小分子有机铬,通
过肠粘膜进入人体。无机铬例如三氯化铬难被人体
吸收,所以三氯化铬服用后奏效缓慢,低剂量数月内
才有疗效,有一部分人群的体内不能把无机铬转化
为有机铬 [ 3]。人们主要从食物、饮水和空气中摄取
一小部分铬。糖尿病患者的肝、脾、胰和软组织、骨
2006年增刊 张 等: 富铬酵母的应用与展望
骼中的铬含量低于健康人, 年龄超过 80岁的糖尿病
人,肺组织中铬明显减少。正常成人需求量 20 ~
50g /d,儿童孕妇和老人为 50~ 110g /d,糖尿病患
者和肥胖人群为 50~ 200g /d。美国国家研究委员
会提出:中年以上人士和肥胖、糖尿病发病的 高危
人群 应补充铬 50 ~ 200g /d, 正常成人为 20 ~
50g /d,儿童和青少年人群 3岁以前应高于成人, 3
岁以后与成人相同, 孕妇与乳母为 30~ 60g /d[ 4 ] ,
这些数据可供参考。
2 铬盐的毒性
目前, 对二价、三价铬化合物,尚无确切引起中
毒的证据。但是, 口服重铬酸钾, 致死量约为 6 ~
8g, 铬酸钠经皮肤创伤面进入体内可引起严重急性
中毒。铬盐被人体吸收后,进入血液,结合血液中的
氧即形成氧化铬,夺取血中部分氧,使血红蛋白变为
高铁血红蛋白,致使红细胞携带氧的机能发生障碍,
血中氧含量减少,最终导致内致死。人体偶然吸入
极限量的铬酸或铬盐 (六价铬 )后, 引起肾、肝、神经
系统和血液广泛地病变, 严重者导致死亡。六价铬
盐是致癌物质。所以, 生产和使用铬酸或铬酸盐必
须对环境中铬含量有极严格的控制。
3 铬及富铬酵母的生物学功能
3. 1 铬的生物学功能
3. 1. 1 铬在生物体内影响糖、脂类、蛋白质和核酸
的代谢。铬对糖代谢的影响是通过胰岛素发挥作
用。血清铬减少时, GTF受损, 组织胰岛素的反应降
低,严重时出现尿糖。铬对脂类代谢的作用主要是
降低脂肪在动物机体内的沉积, 影响脂肪和胆固醇
在动物肝脏中的合成与清除,降低血清甘油三酯和
总胆固醇的含量,提高血清中高密度脂蛋白胆固醇。
铬对蛋白质和核酸代谢的影响主要是促进氨基酸进
入细胞,从而促进蛋白质的合成能力, 参与核酸代
谢,维持核酸的稳定和完整。
3. 1. 2 人和动物缺铬可造成糖耐量受损或发展为
糖尿病,还可引起高血脂病、动脉粥样硬化、生长迟
缓以及缩短寿命等。补铬有逆转上述现象的作用。
维持良好的铬营养有助于预防和延缓 型糖尿病的
发生, 改善糖尿病患者和耐糖量异常者对葡萄糖的
耐量, 同时降低血糖、血脂、增强胰岛素的敏感
性 [ 5]。
3. 2 富铬酵母的生物学功能
富铬酵母中含有生物活性较高的有机铬, 能改
善生物体内的糖代谢和脂肪代谢,有效降低糖尿病
人的血糖和血脂。服用富铬酵母可预防和治疗糖尿
病,降低高血脂患者的总胆固醇 ( TC )、甘油三酯
( TG)及低密度脂蛋白 ( LDL-C ), 并升高高密度脂蛋
白 (HDL-C)。
3. 2. 1 富铬酵母的降糖效果 潘性源等 [ 6 ]用四氧
嘧啶静脉注射健康大鼠引起糖尿病,用不同剂量富
铬酵母灌喂后观察降糖效果, 发现每日灌喂 0. 5g /
kg和 1g /kg富铬酵母, 可降低血糖并可使正常胰岛
直径增大。庞文贞 [ 7]把型糖尿病患者 151人分为
3组,分别给酵母铬 10g /d, 150g /d及 200g /d。
3个月后,血糖皆显著下降。原用的优降糖逐渐减
量,部分人停服。3组显效率分别为 71. 6%、78. 1%
和 51. 7% ;有效率分别为 21. 0%、21. 9%和 44. 8% ;
无效率分别为 7. 4%、0%与 3. 4%。
3. 2. 2 富铬酵母的降脂作用 刘明等 [ 8 ]通过动物
实验证明,缺铬可导致动物出现高胆固醇血症和动
脉粥样硬化。铬有降低血中 TC、TG作用, 并能提高
血中 HDL的浓度。 Cr3 +可增强脂蛋白酯酶 ( LPL )
和卵磷脂胆固醇酰基转移酶 ( LCAT )的活性, 这两
种酶参与 HDL的合成。体内缺铬时, LPL、LCAT活
性下降, HDL合成减少。崔金山 [ 9 ]发现冠心病人血
铬低于常人,而血铬与血中 HDL-C水平明显呈正相
关。庞文贞给 63位患高脂血症而血糖正常者每日
服 2. 5g富铬酵母 (含铬浓度 40g /g、折合 100g
铬 /d) 3个月,原来升高的 TC、TG及 LDL-C显著降
低,而 HDL-C显著升高, 血清铬显著上升。而给 82
名合并型糖尿病的高脂血症患者服用富铬酵母后,
血糖、TC、TG、LDL-C显著降低, 而 HDL-C显著升
高。血脂正常的 35位型糖尿病人服用富铬酵母后,
空腹血糖显著降低, HDL-C显著升高, 而 TC、TG、
LDL-C无变化。
3. 3 富铬酵母的生产
富铬酵母是将酵母细胞培养在含三价铬的培养
基中,通过生物转化将无机铬转转变成有机铬,从而
提高铬在机体内吸收利用率, 降低其毒副作用,更好
地发挥其调节血糖、降脂及降胆固醇的作用。肖浩
平等 [ 10 ]研究了富铬酵母的培养方法,发现培养基的
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组成、加铬量、发酵液 pH对富铬酵母的产量有很大
影响, 加尿素的麦芽汁培养基能显著提高富铬酵母
产量和铬含量。优化后的富铬酵母培养条件为:麦
芽汁加 5尿素, pH5. 0, 发酵液中铬浓度 100mg /L,
培养 24h,培养温度 30 , 接种量 10%。在此条件
下,富铬酵母的产量为 0. 7461g /m ,l 铬含量为
1673g /g。王晓兰、顾天成等 [ 11]通过对啤酒酵母富
铬发酵条件 (发酵培养基配方, 发酵时间, 发酵温
度,接种量,培养基装量 )的探讨, 得到了富铬啤酒
酵母发酵的最佳工艺条件:发酵培养基配方为葡萄
糖 1%、酵母膏 0. 3%、蛋白胨 1. 05%、KH2 PO 40.
1%、MgSO4 7H 2O0. 1%、( NH 4 ) 2 SO4 0. 1%、Cr3+浓
度 0. 02g /L、pH值 5. 1; 最佳发酵时间为 48h; 发酵
温度为 28 ;接种量 10%;培养基装量为 50m l。
4 应用与展望
近年来, 随着人们生活水平的不断提高, 动物
性食品摄入不断增加, 导致糖尿病、高脂血症、冠
心病发病率不断升高, 适量补充铬元素可以预防和
治疗上述疾病。作为人体必需微量元素铬的生物活
性制剂, 富铬酵母不仅具有良好的降血糖、降血脂
的效果, 还能避免无机铬盐的毒性, 调节人体糖、
脂类和蛋白质代谢, 是一种安全而高效的铬补充
剂。由此可见, 今后富铬酵母必将得到更为广泛的
应用。
4. 1 食品工业
富铬酵母不仅含铬较高,还含有丰富蛋白质、核
酸、糖原、脂肪、生物素、多种 B族维生素、固醇和其
它多种微量元素。如果制成活性富铬酵母, 还含有
多种消化酶、磷酸酶、生理活性物质, 如谷胱甘肽等,
其营养保健价值远远超过单纯的三氯化铬 (仅含三
价铬离子 )。上述这些营养物质除具有一定营养保
健作用外,还可用于食品工业中进行营养强化和食
品加工。
4. 2 预防医学
富铬酵母含有天然有机活性铬,除了能够显著
降低糖尿病人的血糖和高脂血症患者的 TC、TG及
LDL-C外,还能够提高 HDL-C预防粥样动脉硬化,
保护心肌,改善人体的糖代谢、脂肪代谢和蛋白质合
成,维持核酸的三级结构, 防止 RNA受热引起的变
性作用,预防周围或中枢神经系统发生病理变化。
富铬酵母既可作为治疗疾病的药物,又是一种良好
的预防保健品。此外,据国内外相关报道,补充富铬
酵母还具有良好的减肥效果, 可作为新一代的健康
减肥食品。
4. 3 畜牧业
铬可提高动物的抗应激能力, 影响免疫反应。
作为饲料添加剂, 铬可提高饲料的利用率, 促进生
长,提高胴体品质, 提高繁殖性能。在动物饲料中添
加富铬酵母制剂,不仅可以降低无机铬对动物机体
的危害,还能有效的提高动物体蛋白质的合成能力,
提高机体中肌蛋白合成过程中所需的各种酶蛋白的
含量,促进肌蛋白合成, 提高瘦肉率,降低脂肪沉积,
从而改善畜肉品质。
参 考 文 献
1 Anderson RA. R egu lToxicol Pharm, 1997, 26: S35~ S41.
2 王文君.饲料博览, 2000, ( 10) : 12~ 13.
3 Anderson RA, Polansky MM, B ryd en NA, eta.l Am J C lin Nu tr,
1991, 54: 909.
4 Boug le D, Bureau F, Voirin J, et a.l B iolTrace E lem Res, 1992, 32:
53.
5 程义勇. 生理科学进展, 1990, 21( 14) : 345.
6 潘性源,焦振山,张才丽,等. 天津医药, 1999, ( 9 ): 39.
7 庞文贞. 2000, 18( 5) , 387~ 390.
8 刘明.北京医科大学学报, 1991, 23( 1) : 12.
9 崔金山,张玉敏,王薛君,等.营养学报, 1994, 16( 1 ) : 89.
10 肖浩平,朱勇,张晓鸣. 2004, 25 ( 1) , 35~ 37.
11 王晓兰,顾天成. 北京轻工业学院学报, 1998, 16 ( 2) : 34~ 39
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