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高压微射流均质机在改性增溶酵母β-葡聚糖中的应用

作者:www.willnano.com 日期:2019-08-24 点击:153
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 酵母细胞壁是自溶酵母的产物,附加值高,而酵母β-葡聚糖(YG)分布于酵母细胞壁的最内层。酵母β-葡聚糖具有很多生理活性,如抗瘤、抗氧化、抗菌、抗病毒,存在较强的分子内与分子间的氢键作用力,使其以三螺旋构象存在,因此导致其难溶于水及大多数有机溶剂。极差的水溶性严重制约了酵母β-葡聚糖在各领域的应用,如运动固体饮料、化妆品、食品行业等,因此改性增溶酵母β-葡聚糖极为重要。

目前,提高酵母β-葡聚糖水溶性的手段主要有物理与化学方式。然而单一物理改性方式效果较差,达不到预期结果;化学改性多使用酸碱、有机溶剂等试剂,可能造成环境污染。相比之下,ILs(Ionic liquids)作为一种新型绿色溶剂由于其特殊的性能和很强的溶解能力而备受关注。ILs已广泛用于生物大分子的预处理、提取及改性,尤其被用来溶解壳聚糖、木质素、木材、纤维素、半纤维素和淀粉。

HPM(High Pressure Microfluidization,微射流高压均质是用于多糖提取和改性的高新技术,在最近几年的研究中日趋活跃。本文将探究EmimAc(1-乙基-3-甲基咪唑乙盐)-HPM(微射流高压均质)改性增溶酵母β-葡聚糖的工艺优化。

 

材料与试剂 

酵母β-葡聚糖(YG)                                                               N含量0.35%   

1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐                                                         EmimAc         

1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐                                                         BmimAc          

1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐                                                         AmimCl          

1-乙基-3-甲基咪唑氯盐                                                                  EmimCl           

1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐                                                   BmimBF4        

1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐                                                   OmimPF6     

无水乙醇                                                                                   分析纯  

 

实验仪器 

LXJ-IIB 低速离心机                                                                  上海安亭科学仪器厂

IKA ETS-D5  磁力搅拌器                                                          德国IKA公司

DSHZ 300 恒温水浴振荡器                                                        北京瑞尔欣德科技有限公司

Mini DeBEE 微射流高压均质机                                                  美国DeBEE公司 苏州微流纳米供应

DHG-9240A 鼓风干燥箱                                                            上海精宏实验设备有限公司

EL cube 元素分析仪                                                                  德国Vario EL cube公司

Aquapro 超纯水系统                                                                  美国艾科浦国际有限公司

EYELA 旋转蒸发仪                                                                   日本EYELA公司

DZF-6050 真空干燥箱                                                               上海一恒科技有限公司

Vortex Genie2 涡旋混合器                                                          美国Scientific Industries公司

YP5001 电子天平                                                                      上海上天精密仪器有限公司

Primo star T  生物显微镜                                                            德国Zeiss公司

LGJ-25 真空冷冻干燥机                                                             北京四环科学仪器厂

 

实验步骤

1.选取AmimClEmimCl、EmimAc、BmimAc、BmimBF4OmimPF6六种ILs(既有配位型阴离子ILs,又有咪唑阳离子ILs),其结构式分别如图1所示。称取0.5 g干燥后的酵母β-葡聚糖粉末溶于100 g ILs,并于85℃下搅拌溶解。

六种不同ILs的化学结构式

1  六种不同ILs的化学结构式

 

2.将EmimAc-HPM改性增溶酵母β-葡聚糖的工艺优化如图2所示

EmimAc-HPM改性增溶酵母β-葡聚糖工艺图

2 EmimAc-HPM改性增溶酵母β-葡聚糖工艺图

 

(1)微射流高压均质循环次数对改性酵母β-葡聚糖溶解度影响固定β-葡聚糖浓度和HPM压力不变,在预实验基础上将HPM循环次数分别设为2、4、6、810次,考察改性后酵母β-葡聚糖溶解度大小,确定最佳HPM循环次数。

(2)微射流高压均质压力对改性酵母β-葡聚糖溶解度影响保持浓度和HPM循环次数不变,在预实验基础上将HPM压力分别设为12000、16000、20000、2400028000 psi,考察改性后酵母β-葡聚糖溶解度情况,由溶解度大小确定最佳HPM压力。

 

实验结果

1. 不同离子液体处理后酵母β-葡聚糖的溶解度分析

3A、B、C、D、EF分别为酵母β-葡聚糖在OmimPF6、BmimBF4、AmimCl、EmimCl、BmimAcEmimAc中加热溶解4 h后的状态,β-葡聚糖在BmimAcEmimAc中溶解4h后,溶液体系相对澄清透明,表明β-葡聚糖在此两种ILs中溶解效果较好。溶解度结果表明,经不同ILs溶解再生后,β-葡聚糖溶解度均有不同程度提高。其中EmimAcβ-葡聚糖溶解能力最强,后文研究中均采用EmimAcβ-葡聚糖进行增溶研究。 

 不同ILs溶解后酵母β-葡聚糖的溶解度

3  不同ILs溶解后酵母β-葡聚糖的溶解度

 

2. 由图4可知,随着HPM循环次数增加,改性β-葡聚糖溶解度逐渐提高,当循环至8次时,EMYG溶解度达84.02 ± 0.43%;循环10次时,溶解度为85.01 ± 0.45%,增加较为缓慢。综合考虑实验室HPM仪器性能,确定HPM循环次数为8次。

不同HPM循环次数改性后酵母 β-葡聚糖的溶解度

 不同HPM循环次数改性后酵母 β-葡聚糖的溶解度

 

 3. 由图5可知,随着微射流高压均质压力增加,改性后酵母β-葡聚糖(EMYG)溶解度不断提高。当压力增加至2400028000 psi时,EMYG溶解度达分别达84.80 ± 0.23%86.48 ± 0.15%。综合考虑实验室HPM仪器性能,将HPM压力确定为24000 psi

不同 HPM 压力改性后酵母 β-葡聚糖的溶解度

5  不同 HPM 压力改性后酵母 β-葡聚糖的溶解度


结论

1. 随着微射流高压均质循环次数增加,改性β-葡聚糖溶解度逐渐提高,且最佳循环次数为8次。

2. 随着微射流高压均质压力增加,改性后酵母β-葡聚糖(EMYG)溶解度不断提高,且最佳压力值为24000 psi

 

文章来源:白文强.基于离子液体与微射流协同作用的酵母 β-葡聚糖增溶机制研究 [D].北京:中国农业科学院,2019.

关键词:高压均质机,微射流,HPM


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