[发明专利]一种基于卡拉胶寡糖的抗逆保护剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及工业微生物胁迫耐受性领域和海洋碳水化合物生物 利用领域，涉及一种酿酒酵母抗逆保护剂。

背景技术

酿酒酵母因其卓越的产酒性能和良好的生物安全性，在生物能源 和食品医药领域(酿酒、发面食品、生物医药等)获得了广泛的应用。 特别是近年来，燃料乙醇作为可再生的清洁能源，其生产和使用受到 普遍关注，其中以非粮纤维素替代粮食为原料生产燃料乙醇可以有效 的解决或缓解粮食危机，缓解石油资源短缺的矛盾，同时也有利于对 环境的改善降低空气污染。

但是，在不同工艺(批次、单级/多级连续、重复批次等)的发酵 过程中均存在包括产物抑制和底物抑制在内的环境胁迫，使细胞活性 受到不同程度的抑制，从而降低乙醇得率和发酵效率。在利用淀粉质 原料超高浓度(VeryHighGravity,VHG)乙醇发酵过程中，随着终产 物乙醇浓度的提高，乙醇在一众环境胁迫因子中成为最主要的胁迫因 素，酵母细胞活性被高浓度乙醇严重抑制甚至出现生长停滞和死亡的 现象；同步糖化发酵技术的实现需要酵母耐受高温；以纤维素为原料 的乙醇发酵与淀粉或糖质乙醇发酵不同，利用现有技术发酵过程中很 难达到对微生物(酵母或细菌)产生抑制作用的乙醇浓度，但木质纤 维素预处理环节却成为抑制物主要来源，如弱酸类物质(乙酸)、呋喃 醛类等，同时酵母菌会出现氧化胁迫特征。因此，提高酿酒酵母的抗 逆性，进而提高细胞活性，获得高乙醇得率和发酵效率具有重要意义。

卡拉胶(Carrageenan)是从麒麟菜、石花菜、鹿角菜等红藻类 海草中提炼出来的亲水性胶体，来源广泛，制备容易。它的化学结构 是由半乳糖及脱水半乳糖所组成的多糖类硫酸酯的钙、钾、钠、铵盐。 卡拉胶作为一种结构独特的硫酸多糖，被证明在抗病毒、抗溃疡、抗 凝血等方面具有较理想的药理活性，但其应用于微生物抗逆保护剂还 未有报道。因卡拉胶存在粘度大、扩散困难等问题而很难被机体吸收， 因此卡拉胶寡糖有更广泛的应用前景。卡拉胶寡糖是卡拉胶的降解产 物,分子量较小,溶解性较好,易于吸收,稳定性和安全性都有所 改善,同时因分子链上的活性基团充分暴露,使其活性较卡拉胶显著 提高,拓宽了卡拉胶的应用领域。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种基于卡拉胶寡 糖的抗逆保护剂及其制备方法和应用。

本发明涉及一种卡拉胶寡糖的抗逆保护剂，包括卡拉胶寡糖和溶 剂，所述卡拉胶寡糖的质量浓度为1μg/mL-10mg/mL。所述的卡拉 胶寡糖单体为二糖结构(1→3)-4-硫酸基-β-D半乳糖-(1→4)-3,6- 内醚-α-D-半乳糖，平均聚合度(以二糖单位计)为2-6，平均分子量 为800-2200之间。

进一步的，所述溶剂为本领域的任意常规的溶剂，如水或缓冲液， 缓冲液比如柠檬酸盐缓冲液、醋酸-醋酸钠缓冲液，水优选去离子水。

所述的抗逆保护剂的制备方法如下：将卡拉胶寡糖降解菌接种到 液体培养基中，待菌株稳定后，取发酵液离心，取上清液即为粗酶液； 将质量浓度为0.5％的卡拉胶与粗酶液、蒸馏水按照体积比为2:1:1 混合，于35℃气浴摇床上震荡，降解36-48小时，降解卡拉胶寡糖 溶解在溶液中，经透析、干燥获得卡拉胶寡糖粉末，得到抗逆保护剂。

所述液体培养基为(w/v)：k-卡拉胶0.1％，蛋白胨0.4％，硫酸 亚铁0.001％，加陈海水适量，陈海水是将海水经脱脂棉过滤得到。

发明人将所述的抗逆保护剂在酿酒酵母抗逆保护中，起到了良好 的技术效果，所述的抗逆保护应用包括但不限于在酿酒酵母保藏、发 酵及抗胁迫条件下的应用，抗胁迫条件包括高浓度乙醇、高渗、高盐、 高温、氧化胁迫、冻融胁迫等所有抑制细胞活性和存活率的不利条件。

进一步的，所述抗逆保护中的应用，其应用方式可以为将抗逆保 护剂添加至含酿酒酵母的培养基或缓冲液中，再离心除去抗逆保护剂。 更好的，将抗逆保护剂添加至含酿酒酵母的培养基或缓冲液中与酿酒 酵母共培养0.5-3小时后，再离心除去抗逆保护剂。

进一步的，所述抗逆保护中的应用，其应用方式还可以为将所述 的抗逆保护剂添加至含酿酒酵母的培养基中，直至发酵终点。

所述的抗逆保护剂的使用量可根据不同实际需要进行调整，卡拉 胶寡糖在离子水中或缓冲液中的浓度比较适宜的范围为1μg/mL-10 mg/mL。