谷胱甘肽是一種含γ-酰胺鍵和巰基的三肽，由谷氨酸、半胱氨酸及甘氨酸組成。存在于幾乎身體的每一個(gè)細(xì)胞。谷胱甘肽能幫助保持正常的免疫系統(tǒng)的功能，并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(tuán)(故常簡(jiǎn)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(jié)合，而具有整合解毒作用。谷胱甘肽具有廣譜解毒作用，不僅可用于藥物，更可作為功能性食品的基料，在延緩衰老、增強(qiáng)免疫力、抗腫瘤等功能性食品廣泛應(yīng)用。以下是學(xué)習(xí)啦小編今天為大家精心準(zhǔn)備的：論述發(fā)酵生產(chǎn)谷胱甘肽的研究進(jìn)展相關(guān)論文。內(nèi)容僅供參考，歡迎閱讀!

　　論述發(fā)酵生產(chǎn)谷胱甘肽的研究進(jìn)展全文如下：

　　谷胱甘肽(GSH) 是一種由L - 谷氨酸、L - 半胱氨酸和甘氨酸組成的3 肽。在臨床上用于保護(hù)肝臟、治療腫瘤、解除氧中毒、抗衰老和治療內(nèi)分泌紊亂等疾病，在醫(yī)療、食品、保健品生產(chǎn)及體育運(yùn)動(dòng)和有關(guān)生物研究領(lǐng)域有廣泛市場(chǎng)。

　　1 菌種選育

　　能夠生產(chǎn)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(nèi)GSH 含量較高，且能長(zhǎng)時(shí)間保持合成GSH 的能力。發(fā)酵法生產(chǎn)GSH 的重點(diǎn)在于優(yōu)良菌種的選育，以常規(guī)誘變育種以及遺傳工程技術(shù)就可以得到優(yōu)良的生產(chǎn)菌株。

　　1.1 常規(guī)誘變育種

　　傳統(tǒng)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(xué)誘變方法，主要是用化學(xué)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?？剐院Y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(fā)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，最后又用紫外和亞硝基胍復(fù)合誘變，最終得到的GSH高產(chǎn)突變株產(chǎn)量為162.0 mg/L，比出發(fā)菌株產(chǎn)量提高了404.7%。王小娟用一株穩(wěn)定高產(chǎn)的假絲酵母作為出發(fā)菌株，經(jīng)過(guò)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(chǎn)量是出發(fā)菌株的150%。

　　李小娟從自然環(huán)境土壤樣本中分離篩選出一株谷胱甘肽(GSH) 產(chǎn)量為35.4 mg/L 的酵母菌株Y51;經(jīng)紫外線誘變、亞硝基胍誘變后，分別用乙硫氨酸、氯化鋅和三氮銼3 種抗性平板進(jìn)行抗性篩選，得到一株GSH 高產(chǎn)菌株Y51- 21- 15;對(duì)該菌株搖瓶發(fā)酵生產(chǎn)GSH 的工藝條件進(jìn)行優(yōu)化后，菌株Y51- 21- 15 產(chǎn)GSH 量達(dá)158.4 mg/L，較出發(fā)菌株提高3.5 倍。郝淼聞研究半胱氨酸對(duì)S. cerevisiaeY08 的GSH 生產(chǎn)性狀影響基礎(chǔ)上，對(duì)菌株進(jìn)行紫外- 亞硝酸復(fù)合誘變，在含有不同質(zhì)量濃度半胱氨酸的高滲培養(yǎng)基上篩選半胱氨酸抗性菌株，所篩選到的菌株能夠在發(fā)酵初期較高質(zhì)量濃度的半胱氨酸環(huán)境下正常生長(zhǎng)，并可以利用半胱氨酸高產(chǎn)GSH。

　　1.2 基因工程育種技術(shù)

　　基因工程育種技術(shù)可實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)緣雜交，是一種可預(yù)先設(shè)計(jì)和控制的育種新技術(shù)，其篩選標(biāo)記廣泛、機(jī)理較明確、高產(chǎn)菌株的篩選率比較高，近20 年來(lái)發(fā)展較快;國(guó)內(nèi)也有許多學(xué)者正在致力于研究利用這種技術(shù)來(lái)提高GSH 產(chǎn)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，通常采取對(duì)GSH 合成酶系的改造，進(jìn)而提高GSH 的含量。郝瑞穎構(gòu)建釀酒酵母工程菌提高其產(chǎn)谷胱甘肽的能力，通過(guò)酶切帶有GSHⅠ和銅抗性篩選標(biāo)記CUP1 基因的載體pICG 獲得GI 表達(dá)載體盒，并將其同源重組整合至工程菌株RA 的α- 乙酰乳酸合成酶基因ILV2 染色體基因組上。

　　結(jié)果顯示，工程菌RIA的GSH 產(chǎn)量較出發(fā)菌株顯著提高了18.7% (p<0.05)。陳加利等人用PCR 擴(kuò)增釀酒酵母的GSHⅠ及GSHⅡ基因，以乙醇脫氫酶(ADH1) 啟動(dòng)子進(jìn)行表達(dá)，并以Kanr 基因和Hygr 基因作為篩選標(biāo)記，構(gòu)建了2 個(gè)重組表達(dá)質(zhì)粒。采用電擊法將這2 個(gè)質(zhì)粒分別和同時(shí)轉(zhuǎn)入工業(yè)釀酒酵母菌株，在含有G418 或(和)Hyg的平板上篩選陽(yáng)性克隆S.TS013/GSHⅠ，S.TS013/GSHⅡ和S.TS013/GSHⅠ+ GSHⅡ。將重組菌進(jìn)行搖瓶發(fā)酵，結(jié)果顯示不同轉(zhuǎn)化子重組菌的谷胱甘肽產(chǎn)量相比宿主菌分別提高了44.11%，29.79%和56.47%。

　　王瑋瑋[7]綜述了谷胱甘肽生物合成及代謝相關(guān)酶的研究進(jìn)展和利用基因工程手段構(gòu)建谷胱甘肽高產(chǎn)菌株，也不僅局限于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(guò)程中基因表達(dá)的調(diào)控及谷胱甘肽的胞外轉(zhuǎn)運(yùn)，對(duì)于胞內(nèi)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(chǎn)GSH 釀酒酵母S. cerevisiae CCCG為研究對(duì)象，構(gòu)建了釀酒酵母GSH 合成中關(guān)鍵酶基因：γ- 谷氨酰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(jīng)表達(dá)、分離純化得到GSH1，GSH2 重組蛋白，并研究它們的酶學(xué)性質(zhì)，最后基于GSH1，GSH2 的酶學(xué)性質(zhì)對(duì)釀酒酵母發(fā)酵產(chǎn)GSH 進(jìn)行研究。

　　2 培養(yǎng)基與培養(yǎng)條件優(yōu)化

　　選育一株高產(chǎn)的菌株之后，對(duì)其菌種的培養(yǎng)基以及培養(yǎng)條件進(jìn)行優(yōu)化則可以進(jìn)一步使產(chǎn)量增加，并且一些試驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法的引入，能有效地設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案。謝麗等人選育菌種，并研究酵母粉與硫酸銨對(duì)胞內(nèi)谷胱甘肽含量影響最大。以硫酸銨為氮源時(shí)，GSH 含量可達(dá)到25.48 mg/g;補(bǔ)加葡萄糖的時(shí)間為接種后10 h，補(bǔ)加量為16 mL 時(shí)，最佳條件下得到菌體干質(zhì)量為8.14 g/L，通過(guò)搖瓶發(fā)酵GSH 產(chǎn)量為113.45 mg/L，GSH 產(chǎn)量提高了2.89 倍。黎明從果園土壤中篩選到一株產(chǎn)谷胱甘肽的酵母菌YS10，經(jīng)26S rDNA鑒定為釀酒酵母Saccharomycescerevisiae，正交試驗(yàn)獲得該菌株產(chǎn)谷胱甘肽合適的發(fā)酵培養(yǎng)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(guò)發(fā)酵條件的優(yōu)化，該菌在500 mL 三角瓶裝量50 mL，30 ℃搖瓶培養(yǎng)72 h，谷胱甘肽的產(chǎn)量可達(dá)183.04 mg/L。楊莉[11]通過(guò)單因素及正交試驗(yàn)對(duì)釀酒酵母搖瓶發(fā)酵產(chǎn)谷胱甘肽的培養(yǎng)條件優(yōu)化進(jìn)行了研究。

　　結(jié)果表明，影響釀酒酵母搖瓶發(fā)酵產(chǎn)谷胱甘肽的主要因素有葡萄糖濃度、接種量、裝液量和發(fā)酵時(shí)間。試驗(yàn)確定的最佳條件為葡萄糖添加量20 g/L，溫度30 ℃，裝液量50 mL，接種量8%，發(fā)酵時(shí)間54 h。條件優(yōu)化后谷胱甘肽的含量比原來(lái)增加了4.21%，谷胱甘肽的產(chǎn)量比原來(lái)增加了15.81%。朱虹[12]在搖瓶條件下，利用Minitab16 軟件中的響應(yīng)面法對(duì)釀酒酵母發(fā)酵生產(chǎn)谷胱甘肽的培養(yǎng)基進(jìn)行了優(yōu)化，首先通過(guò)Plackett-Burman 設(shè)計(jì)方法對(duì)影響發(fā)酵各因素的效應(yīng)進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，葡萄糖、酵母粉、半胱氨酸3 個(gè)因素對(duì)谷胱甘肽產(chǎn)量影響顯著，其中葡萄糖、酵母粉呈正效應(yīng)，半胱氨酸呈負(fù)效應(yīng)，其他因素的影響不顯著。利用最陡爬坡試驗(yàn)，接近重要因素的最優(yōu)水平，然后應(yīng)用中心組合設(shè)計(jì)結(jié)合響應(yīng)面分析確定了重要因素的最優(yōu)水平。

　　優(yōu)化后的發(fā)酵培養(yǎng)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(jìn)行搖瓶發(fā)酵，谷胱甘肽理論產(chǎn)量達(dá)到170.58 mg/L。經(jīng)3 批平行試驗(yàn)驗(yàn)證，谷胱甘肽的平均產(chǎn)量為168.72 mg/L，與預(yù)測(cè)產(chǎn)量接近，比優(yōu)化前產(chǎn)量(113.43 mg/L) 提高了約48.7%。證明用響應(yīng)面設(shè)計(jì)方法尋求菌體積累谷胱甘肽的最佳培養(yǎng)基組分是可行的。

　　除此之外，還采取了其他措施來(lái)提高GSH 的含量。鄭麗雪通過(guò)搖瓶發(fā)酵培養(yǎng)，研究了Cu2+，Mg2+，K+，F(xiàn)e2+，Mn2+ 5 種金屬離子在不同發(fā)酵時(shí)間添加對(duì)釀酒酵母CS10515- 1 生產(chǎn)谷胱甘肽的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，在發(fā)酵初期(0 h)，當(dāng)K+，Mg2+，F(xiàn)e2+ 添加量分別為0.15，0.12，0.09 g/L 時(shí)，GSH 的產(chǎn)量分別為88.53，52.73，41.42 mg/L，相比空白對(duì)照分別提高了63.50% ， 36.58% 和44.25%。在15 h 時(shí)， 當(dāng)Mg2+ 添加量為0.09 g/L 時(shí)，GSH 產(chǎn)量為61.75 mg/L，比對(duì)照組提高82.01%;當(dāng)發(fā)酵至24 h 時(shí)，金屬離子的添加對(duì)GSH 的產(chǎn)量無(wú)明顯促進(jìn)作用。

　　萬(wàn)紅貴[14]研究了氧化刺激和高滲刺激對(duì)啤酒廢酵母發(fā)酵產(chǎn)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(chǎn)量。在氧化刺激中，發(fā)酵后21 h 添加0.012 g/L 的高錳酸鉀，谷胱甘肽的產(chǎn)量達(dá)512 mg/L，相比對(duì)照增產(chǎn)20%;當(dāng)過(guò)氧化氫的添加量和添加時(shí)間為30 mmol/L 和12 h，谷胱甘肽產(chǎn)量達(dá)482.3 mg/L，相比對(duì)照增產(chǎn)13%。在高滲刺激中，發(fā)酵后15 h 添加15 g/L 的KCl，谷胱甘肽的產(chǎn)量提升至475.2 mg/L。兩類外源刺激物聯(lián)合使用沒(méi)有顯示出疊加效應(yīng)，相比單獨(dú)使用略有下降。

　　3 分離純化

　　GSH 是胞內(nèi)產(chǎn)物，需要從細(xì)胞內(nèi)GSH 提取出來(lái)，提取的主要方法有細(xì)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(shè)計(jì)及響應(yīng)面法(RSM) 探討了表壓、提取時(shí)間、液料比和提取次數(shù)4 個(gè)因素的優(yōu)化組合，通過(guò)建立二次回歸模型，確定其最佳提取工藝條件為表壓1.1 MPa，提取時(shí)間15 min，液料比10∶1，提取次數(shù)1 次，在此條件下得率最大為4.63 mg/g。張冰等人對(duì)釀酒酵母細(xì)胞進(jìn)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(shù)脂層析脫鹽、結(jié)晶的工藝路線，篩選了732 型強(qiáng)酸性離子交換樹(shù)脂和DM- C18 型大孔吸附樹(shù)脂為2 步層析分離的介質(zhì)，并對(duì)整個(gè)工藝進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)工藝進(jìn)行放大試驗(yàn)，考察工藝工業(yè)化可行性。工藝總收率達(dá)到70%，產(chǎn)品純度98%。

　　4 展望

　　由于谷胱甘肽眾多的應(yīng)用價(jià)值，因此工業(yè)化生產(chǎn)谷胱甘肽迫在眉睫，因此要在菌種選育方面進(jìn)行研究，利用常規(guī)育種方法以及利用基因工程和代謝工程對(duì)優(yōu)良菌種進(jìn)行改良與開(kāi)發(fā)，同時(shí)在培養(yǎng)基以及培養(yǎng)條件方面，利用現(xiàn)代化的數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行優(yōu)化，建立高效的產(chǎn)品分離純化回收工藝，進(jìn)而提高谷胱甘肽的產(chǎn)量。