全 文 ：第７卷第５期
２００９年９月
生 物 加 工 过 程
ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＢｉｏｐｒｏｃｅｓｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖｏｌ．７Ｎｏ．５
Ｓｅｐ．２００９
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１７６２－３６７８．２００９．０５．００８
收稿日期：２００８－１１－２５
基金项目：广西重大科技成果引进与产业化示范资助项目（０６３０００４）
作者简介：马 森（１９８３—），男，河南新乡人，硕士研究生，研究方向：碳水化合物提纯分离理论与技术；卢家炯（联系人），教授，Ｅｍａｉｌ：
ｂｒａｎｃｈ＠ｍａｉｌ．ｇｘｕ．ｃｎ
啤酒废酵母中 β １，３ 葡聚糖的提取工艺
马 森１，２，卢家炯１，２，林金梅１，２，赵迎春１，２，韦 宇１，２
（１．广西大学 糖业工程技术中心，南宁 ５３０００４；
２．广西大学 轻工与食品工程学院，南宁 ５３０００４）
摘 要：研究采用酶 碱法从经超声波处理的废酵母残渣中提取β １，３ 葡聚糖的工艺，通过正交试验得出理想的
酶处理工艺条件：酶添加量２０８Ｕ／ｇ，温度５０℃、ｐＨ６，酶解８ｈ，蛋白质去除率为６２８２％，每 Ｌ废酵母液中可回收
０３４８ｇ多肽、氨基酸的蛋白水解液；碱处理工艺条件：用３０ｍＬ质量分数为２％ ＮａＯＨ溶液在７０℃处理酶解后的沉
淀物５ｈ。所得 β １，３ 葡聚糖纯度为９０５０％，得率为１１００％，经紫外光谱、薄层层析和性质分析为高纯度的
β １，３葡聚糖。
关键词：提取；β １，３葡聚糖；啤酒废酵母
中图分类号：ＴＱ９２９＋．２；Ｑ５３８ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７２－３６７８（２００９）０５－００３９－０５
Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｏｆβ１，３ｇｌｕｃａｎｆｒｏｍｂｅｅｒｗａｓｔｅｙｅａｓｔ
ＭＡＳｅｎ１，２，ＬＵＪｉａｊｉｏｎｇ１，２，ＬＩＮＪｉｎｍｅｉ１，２，ＺＨＡＯＹｉｎｇｃｈｕｎ１，２，ＷＥＩＹｕ１，２
（１．ＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＳｕｇａｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＧｕａｎｇｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｎｉｎｇ５３０００４，Ｃｈｉｎａ；
２．ＣｏｌｅｇｅｏｆＬｉｇｈｔＩｎｄｕｓｔｒｙａｎｄＦｏｏｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＧｕａｎｇｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｎｉｎｇ５３０００４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｅｎｚｙｍｅａｌｋａｌｉｅｘｔｒａｃｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｆｏｒｔｈｅβ１，３ｇｌｕｃａｎｆｒｏｍｂｅｅｒｗａｓｔｅｙｅａｓｔｔｒｅａｔｅｄｂｙｕｌ
ｔｒａｓｏｎｉｃｗａｖｅｓｗａｓｓｔｕｄｉｅｄ．Ｐａｐａｉｎｅｎｚｙｍｅｏｆ２０８Ｕ／ｇｓｕｂｓｔｒａｔｅｗａｓａｄｄｅｄｉｎｔｈｅｂｅｅｒｙｅａｓｔａｎｄｉｎｃｕｂａ
ｔｅｄｆｏｒ８ｈａｔｐＨ６ａｎｄ５０℃．Ｐｒｏｔｅｉｎｒｅｍｏｖａｌｒａｔｅｗａｓ６２８２％．Ｐｒｏｔｅｉｎｈｙｄｒｏｌｙｓａｔｅ（０３４８ｇ／Ｌ）ｃｏｎ
ｔａｉｎｉｎｇｐｏｌｙｐｅｐｔｉｄｅｓａｎｄａｍｉｎｏａｃｉｄｓｗａｓｒｅｃｙｃｌｅｄ．Ｔｈｅｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｗａｓｔｒｅａｔｅｄｗｉｔｈ３０ｍＬ２％ ＮａＯＨ
ａｎｄｗａｔｅｒｂａｔｈｅｄ５ｈａｔ７０℃．Ｔｈｅｙｉｅｌｄｏｆβ１，３ｇｌｕｃａｎｗａｓ１１００％ ｂｙｐｕｒｉｔｙｏｆ９０５０％．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ；β１，３ｇｌｕｃａｎ；ｗａｓｔｅｂｅｅｒｙｅａｓｔ
啤酒酵母营养价值极高，含有丰富的功能性多
糖和蛋白质，其中β １，３ 葡聚糖约占细胞壁干质
量的２９％，海藻糖约占细胞干质量的５％，蛋白质约
占细胞干质量的４５％ ～６０％，它们能增强免疫力、
清除自由基，并且具有抗菌、抗肿瘤、保护生物体在
极端环境下不受侵害等功能［１－３］。据统计，２００７年
中国啤酒产量为３９３１４万 ｔ，产生废酵母约 ５８９７
万ｔ（干基）。这是价格低廉、来源丰富的可利用资
源。目前，国内大多数啤酒厂把废酵母作为普通饲
料销售或生产酵母味素，产品的附加值提高有限。
国内外研究人员对废酵母利用进行了大量的
研究［４－５］，这些研究主要集中在提取碱不溶性 β
１，３ 葡聚糖、蛋白质、甘露聚糖和回收酒精等方面，
但大多是单一产物的研究，对于废酵母的综合利用
研究较少。利用现代生物技术和膜技术对啤酒废
酵母充分开发利用，使其中的海藻糖、β １，３ 葡聚
糖和蛋白质得以充分利用，是提高经济效益的有效
途径之一。
本文采用酶 碱法从经超声波处理、提取海藻糖
的酵母残渣中提取β １，３ 葡聚糖，并对提取工艺
条件进行优化，为啤酒废酵母的综合利用提供了
参考。
１ 实验材料与仪器
１１ 试验材料
啤酒废酵母：广西南宁青岛啤酒有限公司；木
瓜蛋白酶（８０万 Ｕ／ｇ）：南宁庞博生物工程有限公
司；所有主要试剂均为国产分析纯试剂。
１２ 实验仪器
ＦＯＳＳ自动定氮仪：丹麦福斯集团公司；旋转蒸
发仪Ｒ ２０５：瑞士 ＲＵＣＨＩ公司；贝克曼超速离心
机：美国贝克曼库尔特有限公司；ＵＶ ２０５１ＰＣ紫外
可见分光光度计日本岛津公司。
１３ 实验方法
１３１ 酵母β １，３ 葡聚糖提取工艺
酵母β １，３ 葡聚糖提取工艺如下：
１３２ 超声波破壁条件的确定
取干酵母５ｇ，加入１５ｍＬ水，在功率为１４０Ｗ，
频率为４２ｋＨｚ的条件下，处理１０～８０ｍｉｎ，再加入同
体积的无水乙醇７０℃恒温提取，离心后测定上清液
海藻糖和蛋白质含量。
１３３ 酶解条件的确定
取酵母残渣５ｇ，加入适量水，考察木瓜蛋白酶
用量６４～２５６Ｕ／ｇ、ｐＨ４０～８０、温度 ４０～８０℃
及酶解时间４～１２ｈ对酵母残渣蛋白质去除率的
影响。根据单因素试验结果进行正交试验，并测
定最优条件下酶解蛋白液含量（主要成分为多肽、
氨基酸）。
１３４ 碱溶条件的确定
取酶解后的酵母残渣５ｇ，研究 ＮａＯＨ质量分数
１％～３％、用量１５～７５ｍＬ、温度５０～９０℃及处理
时间１～９ｈ对β １，３ 葡聚糖得率和纯度的影响。
１３５ 指标测定与分析方法
用ＦＯＳＳ自动定氮仪测定粗蛋白含量，蒽酮 硫
酸法测定多糖含量［６］，成品的纯度分析采用２００～
４００ｎｍ紫外分光扫描和薄层层析法［６］。
蛋白质去除率＝酶解前蛋白质质量分数 酶解后蛋白质质量分数酶解前蛋白质质量分数 ×１００％；
多糖得率＝成品多糖质量原料质量 ×１００％；
纯度＝多糖质量成品质量×１００％
２ 结果与分析
２１ 超声波破壁条件的确定
超声波主要通过空化效应，使液体强烈震荡，
在局部小区域内产生高温高压，使细胞壁破裂，内
容物溶出。海藻糖和蛋白质作为细胞内主要内容
物，能用来评价超声波破壁的效果。如表１所示，海
藻糖提取率和蛋白质含量随着超声处理时间的延
长而提高，到 ６０ｍｉｎ后达到稳定，因此超声 ６０ｍｉｎ
即能达到理想的破壁效果。
表１ 超声时间对酵母破壁的影响
Ｔａｂｌｅ１ Ｅｆｅｃｔｏｆｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｔｉｍｅｏｎｙｅａｓｔｄｉｓｒｕｐｔｉｏｎ
超声时间／ｍｉｎ 海藻糖提取率／％ ｗ（蛋白质）／％
２０ ７４５４ ３１９
４０ ８２５４ ４１７
６０ ９４００ ５２８
８０ ９４２１ ５３３
１００ ９４２７ ５５３
２２ 酶处理工艺条件的确定
２２１ 酶用量对酵母残渣蛋白质去除率的影响
酶用量对蛋白质去除率的影响见图１。由图１
可见：酶用量在６４～２０８Ｕ／ｇ，残渣中蛋白质去除率
随酶用量的增加而增大，且在２０８Ｕ／ｇ时，达到了最
大值；当酶用量大于２０８Ｕ／ｇ时，蛋白质去除率有所
０４ 生 物 加 工 过 程 第７卷
下降，这可能是木瓜蛋白酶具有微弱的合成能力，
把部分多肽合成蛋白类物质［７］。
图１ 酶用量对蛋白质去除率的影响
Ｆｉｇ．１ Ｅｆｅｃｔｏｆｅｎｚｙｍｅｕｓａｇｅｏｎｒｅｍｏｖａｌｒａｔｅｏｆｐｒｏｔｅｉｎ
２２２ ｐＨ对酵母残渣蛋白质去除率的影响
ｐＨ对蛋白质去除率的影响见图２。由图２可
见：在ｐＨ４～６，蛋白质去除率随 ｐＨ的增大而迅速
增大，在 ｐＨ为６时达到最大值５６６４％；ｐＨ６～８
时，蛋白质去除率随ｐＨ的改变而有所降低，说明在
ｐＨ４～８中，有最适酶解酵母蛋白的ｐＨ条件。
图２ ｐＨ对蛋白质去除率的影响
Ｆｉｇ．２ ＥｆｅｃｔｏｆｐＨｏｎｒｅｍｏｖａｌｒａｔｅｏｆｐｒｏｔｅｉｎ
２２３ 温度对酵母残渣蛋白质去除率的影响
图３ 温度对蛋白质去除率的影响
Ｆｉｇ．３ Ｅｆｅｃｔｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｎｒｅｍｏｖａｌｒａｔｅｏｆｐｒｏｔｅｉｎ
温度对蛋白质去除率的影响见图３。由图３可
见：在４０～５０℃间，蛋白质去除率随温度的升高而增
大，说明木瓜蛋白酶的活性随温度的升高而迅速激
活；而蛋白质去除率在５０～８０℃呈现出先平缓下降
后急剧下降的趋势，并且在８０℃达到最小值
４５７３％，原因是过高的温度导致酶制剂的部分失活。
２２４ 时间对酵母残渣蛋白质去除率的影响
酶解时间对蛋白质去除率的影响见图４。由图
４可见：酶解４～８ｈ，蛋白质去除率随时间的延长而
升高。可能是酵母本身的部分蛋白质游离出来，首
先被迅速酶解；随着时间的延长，细胞壁中的蛋白
质被适量的酶降解；８ｈ后，由于残留在细胞壁中的
结合蛋白及其复合物和多糖物质相结合，很难释放
出来，随着酶解时间继续延长，底物浓度下降，从而
使蛋白质去除率趋于稳定。
图４ 时间对蛋白质去除率的影响
Ｆｉｇ．４ Ｅｆｅｃｔｏｆｔｉｍｅｏｎｒｅｍｏｖａｌｒａｔｅｏｆｐｒｏｔｅｉｎ
２２５ 酶解工艺条件的优化
根据单因素试验进行正交试验，结果见表 ２、
表３。
表２ 正交实验结果
Ｔａｂｌｅ２ Ｒｅｓｕｌｔｓｏｆｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｄｅｓｉｇｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ
实验号
酶用量／
（Ｕ·ｇ－１）
ｐＨ 温度／℃ 时间／ｈ 蛋白质去除率／％
１ １１２ ５ ４０ ８ ４９６６
２ １１２ ６ ５０ ９ ４９８１
３ １１２ ７ ６０ １０ ５０５５
４ １６０ ５ ５０ １０ ５２３４
５ １６０ ６ ６０ ８ ５４２３
６ １６０ ７ ４０ ９ ４９７８
７ ２０８ ５ ６０ ９ ５６６３
８ ２０８ ６ ４０ １０ ５５０１
９ ２０８ ７ ５０ ８ ６２８２
１４ 第５期 马 森等：啤酒废酵母中β １，３葡聚糖的提取工艺
由表２和表３可以看出，影响蛋白质去除率的
各因素的主次顺序为 Ａ＞Ｃ＝Ｄ＞Ｂ，即酶添加量 ＞
温度＝酶解时间 ＞ｐＨ；Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ因素的最优水平
为Ａ３、Ｂ２、Ｃ２、Ｄ１，即酶添加量为２０８Ｕ／ｇ（底物），ｐＨ
６，温度５０℃，酶解时间８ｈ。利用 Ｍａｔｌａｂ６５软件进
行方差分析，评价各因素对指标的影响程度。由表
３可知，因素 Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ的 Ｆ值分别是 ２５８００、
１０００、４５９１、５０９１，ＦＡ＞Ｆ００５（２，２）＝１９０００，显著
性为显著，其他３个因素均不显著。
表３ 正交试验方差分析结果
Ｔａｂｌｅ３ Ｖａｒｉａｎｃｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｄｅｓｉｇｎ
因素 极差 偏差平方和自由度 Ｆ值 显著性
酶用量（Ａ） ８１５６ １０７２６２ ２ ２５８００
ｐＨ（Ｂ） １５０６ ４１５７ ２ １０００
温度（℃） ３４９７ １９０８７ ２ ４５９１
酶解时间（Ｄ）３４９７ ２１１６４ ２ ５０９１
Ｆ００５（２，２）＝１９０００
综合酶解反应的极差分析和方差分析，优选出
实验方案为 Ａ３Ｂ２Ｃ２Ｄ１，此时蛋白质去除率为
６２８２％，同时对酶解后的离心上清液进行测定，其
蛋白水解液质量浓度为０３４８ｇ／Ｌ（以氨基氮计）。
２３ 碱处理工艺条件的确定
２３１ ＮａＯＨ质量分数对多糖得率和纯度的影响
ＮａＯＨ质量分数对多糖得率和纯度的影响见表
４。由表 ４可知：随着 ＮａＯＨ质量分数的增加，
β １，３ 葡聚糖纯度先呈现增大的趋势，ＮａＯＨ质量
分数为２％时达到最大，在２５％ 又开始下降；而得
率一直缓慢下降。综合考虑，ＮａＯＨ质量分数选择
２％为宜。
表４ ＮａＯＨ质量分数对多糖得率和纯度的影响
Ｔａｂｌｅ４ ＥｆｅｃｔｏｆＮａＯＨｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｎ
ｐｏｌｙｓａｃｃｈａｒｉｄｅｙｉｅｌｄａｎｄｐｕｒｉｔｙ
ｗ（ＮａＯＨ）／％ 得率／％ 纯度／％
１０ １１６５ ５８３５
１５ １１５１ ７２２８
２０ １１０１ ８０８０
２５ １０６５ ７４８８
３０ １０３５ ６８２７
２３２ ＮａＯＨ用量对多糖得率和纯度的影响
ＮａＯＨ用量对多糖得率和纯度的影响见表 ５。
由表５可知，ＮａＯＨ用量为３０ｍＬ时β １，３ 葡聚糖
纯度达到最大，随后迅速下降；而得率随着ＮａＯＨ用
量的上升而下降。综合考虑，ＮａＯＨ用量选择３０ｍＬ
为宜。
表５ ＮａＯＨ用量对多糖得率和纯度的影响
Ｔａｂｌｅ５ ＥｆｅｃｔｏｆＮａＯＨｕｓａｇｅｏｎｐｏｌｙｓａｃｃｈａｒｉｄｅ
ｙｉｅｌｄａｎｄｐｕｒｉｔｙ
Ｖ（ＮａＯＨ）／ｍＬ 得率／％ 纯度／％
１５ １１６３ ６４７２
３０ １１０２ ８０８２
４５ １０５３ ７５７３
６０ １０２０ ７４７３
７５ １００１ ７３０１
２３３ 温度对多糖得率和纯度的影响
处理温度对多糖得率和纯度的影响见表６。由
表６可知：当温度低于７０℃时，随着处理温度的升
高，β １，３ 葡聚糖纯度迅速上升，而得率缓慢下
降；当温度高于７０℃时，纯度和得率均明显下降，这
是因为在高温和碱的协同作用下，造成多糖降解，
随离心上清液损失掉。因此，选择７０℃为宜。
表６ 处理温度对多糖得率和纯度的影响
Ｔａｂｌｅ６ Ｅｆｅｃｔｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｎｐｏｌｙｓａｃｃｈａｒｉｄｅ
ｙｉｅｌｄａｎｄｐｕｒｉｔｙ
温度／℃ 得率／％ 纯度／％
５０ １１５１ ６６０１
６０ １１２１ ７００３
７０ １１０１ ８０５０
８０ ９６５ ７６０６
９０ ８２３ ６８１０
２３４ 时间对多糖得率和纯度的影响
处理时间对多糖得率和纯度的影响见表７。由
表７可知，处理时间对 β １，３ 葡聚糖纯度影响较
大，处理５ｈ，纯度达到最大值９０３７％；当处理时间
超过５ｈ，纯度和得率均有明显的下降。综合考虑，
选择处理时间５ｈ为宜。
２４ 生 物 加 工 过 程 第７卷
表７ 处理时间对多糖得率和纯度的影响
Ｔａｂｌｅ７ Ｅｆｅｃｔｏｆｔｉｍｅｏｎｐｏｌｙｓａｃｃｈａｒｉｄｅｙｉｅｌｄ
ａｎｄｐｕｒｉｔｙ
处理时间／ｈ 得率／％ 纯度／％
１ １２０７ ６７１９
３ １１５２ ８０９７
５ １１００ ９０５０
７ １０１２ ８６９４
９ １００５ ８４４２
２４ 成品的理化性质分析
２４１ 溶解性和颜色反应
成品不溶于水、无水乙醇、无水乙醚，可稳定悬浮
于二甲基亚砜；与蒽酮反应呈阳性，表明成品为多糖
类化合物；与碘反应呈阴性。
２４２ 紫外光谱和薄层层析分析
成品在２６０ｎｍ和２８０ｎｍ处均无吸收峰出现（图
５），说明其不含有蛋白质和核酸成分，得到了较纯
的多糖。水解产物只在与葡萄糖对应的位置显示
相似的斑点（图６），说明成品的水解产物为葡萄糖，
且不含有甘露糖，即成品为葡聚糖。
图５ 成品的紫外线吸收光谱
Ｆｉｇ．５ ＵＶａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｓｐｅｃｔｒａｏｆｐｒｏｄｕｃｔ
３ 结 论
本实验利用经超声波处理、提取海藻糖的啤酒
废酵母残渣，采用酶 碱法提取 β １，３ 萄聚糖，并
对酶解条件和碱提取条件进行了优化，得到最佳工
艺条件为酵母残渣中添加２０８Ｕ／ｇ底物的木瓜蛋白
酶，在５０℃、ｐＨ６０条件下酶解８ｈ，蛋白质去除率
图６ 成品的薄层层析
Ｆｉｇ．６ Ｔｈｉｎｌａｙｅｒｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙｏｆｐｒｏｄｕｃｔ
可达到 ６２８２％。然后用３０ｍＬ质量浓度为 ２％
ＮａＯＨ在７０℃恒温水浴中处理５ｈ，真空冷冻干燥后
成品得率为１１００％，纯度为９０５０％，每 Ｌ废酵母
液可回收到０３４８ｇ多肽、氨基酸含量丰富的蛋白水
解液，为啤酒废酵母的综合利用提供了理论依据。
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