废弃苹果酒酵母对苹果汁中棒曲霉素的吸附作用

废弃苹果酒酵母对苹果汁中棒曲霉素的吸附作用 原文:Biosorption of patulin from apple juice by caustic treated waste cider yeast biomass 作者:Caixia Guo, Tianli Yue, Yahong Yuan 来源:Food Control. 2013, 32: 99~104 废弃苹果酒酵母对苹果汁中棒曲霉素的吸附作用 Caixia Guo, Tianli Yue*, Yahong Yuan 摘要:废弃苹果酒酵母是在可发酵饮料生产过程中生成的一种自然副产物。本文对使用废弃苹果酒酵母吸附苹果汁中的棒曲霉素进行了探究。酵母细胞用碱、乙醇处理，或者加热。在实验中，用碱处理过的酵母对棒曲霉素有最大吸收量(58.29%)。实验同时对pH和初始浓度对棒曲霉素吸附量的影响进行了评估。结果表明，棒曲霉素的吸附百分比随着pH值的增加而增加，在pH=4.5附近达到平衡。棒曲霉素的除去随着毒素水平的降低而增加。实验数据利用朗缪尔和弗罗因德利希方程 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 处理。数据显示，朗缪尔吸附等温模型能够更好地描述吸附过程。 朗缪尔模型中，吸附剂所能吸附的棒曲霉素的量最大q为8.1766微克/克，b为0.0640升/毫克。在固定化的研究中，人们发现藻酸钙凝胶是一种除去棒曲霉素的很好的生物吸附剂，与碱处理的酵母离子固定后，凝胶获得了更好了生物吸附能力。 关键词:废弃苹果酒酵母，棒曲霉素，生物吸附，吸附等温线，藻酸钙，固定化 1.前言 棒曲霉素是一种毒素的次生代谢产物，主要由一些真菌种青霉菌，曲霉菌和丝衣霉菌产生。这种霉菌毒素在水果中被广泛发现，包括苹果、梨、葡萄、杏、草莓、蓝莓、桃子，且频繁存在于在商业果汁尤其是苹果汁中。它对健康和经济造成了显著冲击。棒曲霉素中毒的症状包括风潮，抽搐、水肿、溃疡、肠道炎症和呕吐。棒曲霉素对慢性健康的危害包括对啮齿动物造成基因毒性、免疫毒性和神经毒性，而它对人类的影响还不清楚。因此，世界粮农组织/世界卫生组织设定了棒曲霉素的临时最大可容忍日摄入量(PMTDI)为0.4毫克/公斤/体重/天(世界粮农组织/世界卫生组织，1995)。此外，2003年，欧盟设定了果汁中棒曲霉素的最大允许含量为50微克/公斤(委员会规定，2003)。 许多传统方法包括澄清、过滤和化学添加已经被应用于除去食品中的棒曲霉 1 素。然而，大多数方法由于成本高，产生化学危害，对环境造成影响，或实际应用困难等因素而没有被广泛使用。最近， 生物吸附由于其低成本而受到越来越多的关注。据报道，多种微生物，包括乳酸菌(实验室)，葡糖杆菌属葡萄糖酸和酿酒酵母，都可以吸附棒曲霉素。在这些已经被应用的微生物中，啤酒酵母对棒曲霉素的生物吸附已经有所探究。此外，发酵工业中容易得到副产品， 这些副产品是官能团如羧基、氨基、羟基，磷酸和磺酸盐的来源之一。据报告，这些官能团负责霉菌毒素的绑定。 本研究的目的是测试和比较不同处理条件下废弃苹果酒酵母的吸附效果。两个吸附模型，朗缪尔模型和弗罗因德利希方程应用于实验处理，获得了碱处理的酵母和生物量的数据。此外，实验还探究了固定和不固定碱处理酵母的藻酸钙填充床，对棒曲霉素除去的影响。 2(材料和方法 2.1生物量和棒曲霉素解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 废弃苹果酒酵母从苹果酒提取而来，由西农西北大学食品科学与工程学院发酵实验室提(杨凌，中国)。棒曲霉素浓度为200mg/ mL的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 储备溶液用乙酸乙酯提取，并储存在-40?条件下。测试解决方案用蒸发有机相的方法从标准溶液中去除棒曲霉素(条件为40?/15分钟)，随后棒曲霉素在无菌商业苹果汁(恒兴公司，宝鸡，中国)中被完全溶解。 2.2酵母细胞生化处理 热处理酵母细胞:10.0 g的酵母与100毫升蒸馏水混和，水浴加热(100 ?， 1 h)，高压蒸汽处理(121?，15分钟)。碱性处理酵母细胞:10.0 g的酵母与100毫升1 M氢氧化钠混和，121?下高压蒸汽处理15分钟。乙醇处理酵母细胞:10.0 g的酵母与100毫升700 g / L的乙醇溶液混和，处理 20分钟。处理后，离心(3600转;10分钟)并收集，用蒸馏水冲洗多次除去多余试剂。所有的细胞冷冻处理:在-54?下真空冷冻干燥处理26小时。干燥后通过100-120目的一组筛网筛选不同尺寸的样品。此过程用统一的材料和生物质，并存储于干燥器，以供使用。 2.3生物吸附实验 实验探究了废弃苹果酵母对苹果汁中棒曲霉素吸附。0.5克酵母粉转移到一 2 个100毫升无菌锥形烧瓶中，瓶中包含40毫升棒曲霉素标准溶液。实验的前提是此过程不存在其它生物吸附。吸附试验于保温振荡器中进行 实验条件为120转/分钟，29?，24 小时。然后混合物于离心机(3600转/分钟)中处理20分钟。 棒曲霉素在上清苹果汁的浓度通过高效液相色谱法分别测定。 实验探究了酸碱对吸附的影响，PH范围为2.5到5.5。溶液PH由1M NaOH或1M HCl调整。实验同时探究了棒曲霉素的初始浓度对吸附量的影响，棒曲霉素的初始浓度为10-300μg/L。实验进一步探究了接触时间对吸附量的影响。在此期间，样品反应时间分别为1、5、10、20、30和40小时。所有吸附实验做三组平行实验，取平均值。 棒曲霉素吸附量q公式如下: q(毫克/克)为单位重量的吸附剂所能吸附的棒曲霉素的量;C和C分别为吸of附前后棒曲霉素的浓度;V(升)为参与反应的溶液总体积，m是吸附剂的重量。 苹果汁中棒曲霉素的去除率公式如下: 去除率(%)= 2.4等温线模型 此等温线模型与前面提到的生物吸附实验是一个类似的过程。测试持续36小时，足够达到反应平衡。实验探究了在棒曲霉素不同初始浓度(10、50、100、100、200 微克/升)下，吸附剂对棒曲霉素的的吸附能力。生物吸附等温式分别被著名模型—朗缪尔模型和弗罗因德利希方程所描述。 朗缪尔模型基于单层吸附等温线，表示如下(朗谬尔，1918): q(毫克/克)为单位质量的吸附剂所能吸附的棒曲霉素的量;C(微克/升)为ee吸附剂在吸附平衡时的质量; qm(微克/克) 为单层生物吸附棒曲霉素的平衡浓度;b(升/微克) 是与朗缪尔吸附平衡常数相关的自由能源亲和吸附能力。另一个朗缪尔等温线的重要因素为R，可以按照下列公式计算: L 3 C (毫克/升)是棒曲霉素最大吸收量。 o 基于异构体的弗罗因德利希方程吸附等温线表示如下: K是一个有关生物吸附容量的常数，n为生物吸附强度，因不同非均质性的F 材料经验参数而异。 2.5 生物吸附剂的固定 海藻酸钠(2 克)溶解在60毫升蒸馏水中，并不断搅拌，以避免形成结块。冷却至室温后，加入4.0 克干废酵母和25毫升蒸馏水，边加边搅拌。均匀混合物的体积为100毫升，向混合物中 滴加1%的氯化钙，直至混合物的体积为1000毫升。将直径3-4毫米的凝胶珠置于氯化钙中过夜，温度为4 ?，直至完成的凝胶化过程。反复用蒸馏水冲洗凝胶珠，并储存于4 ?蒸馏水中，作为生物吸附剂使用。与此同时，准备好空白组凝胶珠，空白组凝胶珠为2%(w / v)海藻酸。 2.6柱研究 用钙交联的凝胶珠充满反应器，作为连续生物吸附实验的吸附剂。柱的内径和高度分别为1.1厘米和20厘米。含有200 微克/升棒曲霉素的苹果汁被注入钙交联凝胶珠的柱子。棒曲霉素的流速为2毫升/分钟。通过柱子收集不同的棒曲霉素样品，根据其提体积间隔做柱分析，直至达到吸附平衡。 2.7样品提取和棒曲霉素的测定 AOAC官方的方法 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 和量化棒曲霉素是向清澈和混浊的苹果汁中添加额外的棒曲霉素。在这种方法中，样品苹果汁为10毫升，用乙酸乙酯20毫升提取三次，用4毫升1.5%(w / v)的碳酸氢钠溶液净化。乙酸乙酯提取过程需要通过15克在固定化的无水硫酸钠，然后进行蒸发干燥。将净化后的棒曲霉素再溶解于1毫升的去离子水中，用醋酸调整pH至4.0。所有样品通过0.22毫米滤膜后，立即用高效液相色谱仪进行分析测定。 棒曲霉素的标准品和在果汁中的样品通过高效液相色谱法测定 (日本岛津公司LC-20AD泵、CTO-20A柱温箱，和SPD-M20A探测器)，柱子为碳18反相色谱柱(250 4.6×5毫米的柱子)。流动相为水:乙腈=10:90，每个测定需要向仪 4 器中注入20毫升样品流动相的流速为1毫升/分钟，柱温为30 ? ，检测波长为276纳米。 2.8统计分析 所有样品进行三组平行实验， 用标准偏差分析数据，且数据用单向方差分析系统(方差分析)进行统计分析。当p < 0.05时，认为有统计学显著差异。 3.结果与讨论 图1 预处理对废弃苹果酒酵母生物吸附的影响(1.自然生长2.热处理3.碱 处理4.醇处理)棒曲霉素在苹果汁中初始浓度为100微克/升 3.1预处理对废弃苹果酒酵母生物吸附的影响 为了研究不同预处理效果对棒曲霉素吸附的的影响，对进行碱处理，乙醇处理和加热。如图1所示，碱处理过的棒对棒曲霉素的去除百分比最高，为 58.29%，用乙醇处理过的废弃苹果酒酵母吸附了44.41%的棒曲霉素。加热处理过的废弃苹果酒酵母对棒曲霉素的吸附作用与未处理过的废弃苹果酒酵母效果相似。碱处理过的酵母细胞细胞壁的蛋白质中，可能暴露了更多的氨基和羧基残留，使棒曲霉素有更多的结合位点。因此，酵母内部结构的变化使棒曲霉素更容易被吸附。据报道，氨基酸和羧基可能是棒曲霉素结合的主要基团。因此，碱处理的酵母有暴露的氨基和羧基，在吸附棒曲霉素基团时有很大的优势。 5 图2碱处理酵母在不同PH下的吸附 棒曲霉素在苹果汁中初始浓度为100微克/升 3.2 pH值对生物吸附的影响 pH值是对生物吸附影响的一个重要参数。其通过影响化学键和结合位点影响吸附效果。本实验详细探究了pH2.5到5.5范围内的吸附效果，因为棒曲霉素在pH为2.5到5.5的酸性水溶液中可以非常稳定存在。结果表明， 对棒曲霉素的生物吸附能力随pH的增加而增加，在pH为4.5时接近平衡 (图2)。几个利用不同微生物吸附，探究PH对生物影响的的实验也发现了类似结果。任格特在2005年发现， 用乳酸菌除去棒曲霉素和赭曲霉毒素的最优pH为5.0。分析表明，低ph值条件可能对棒曲霉素的吸附产生一定阻力。齐内丁?费德山在2005年发现， 黄曲霉毒素B1在pH值为5.5时能达到最大除去量(并非PH为3或4.5)。然而，托皮卡在2010年指出， 肠球菌菌株对棒曲霉素的最大除去量的PH低于5，这可能是由于棒曲霉素氢键相互作用对去除造成了影响。哈斯卡德在2001年声称，pH值范围在2.5到8.5并不影响使用乳酸菌对黄曲霉素B的结合，这1可能表明阳离子交换机制没有作用。一般来说， pH值的影响可能是带负电毒素和质子相互竞争结合位点的结果。 6 图3碱处理酵母在棒曲霉素不同初始浓度下的吸附 3.3棒曲霉素初始浓度对生物吸附的影响 生物吸附实验中，苹果汁中含有的棒曲霉素初始浓度在10-300微克/ 升不等(图3)，在处理时间不同的情况测定碱处理的酵母对棒曲霉的吸附效果(图3)。结果表明，棒曲霉素的吸附量随着接触时间的增长而增大，由图3可以看出，大约30小时后达到吸附平衡。 棒曲霉素浓度显著影响了毒素之间的联系。在更高浓度的棒曲霉素产生了更加活跃的毒素网络碱处理的酵母细胞将发挥最大的吸收功效，获得饱和吸附过程。棒曲霉素的数量随初始浓度的毒素增加而增加。据福克斯和马特奥2010年的研究表明，对于霉菌毒素的吸附效果，很大程度上与毒素的的浓度有关。 图4 不同平衡浓度下单位树脂(克)对棒曲霉素的吸附能力 3.4棒曲霉素的吸附等温线 7 如图4所示，吸附容量随着初始浓度的增加迅速增加，然后放缓并接近最大值。在吸附系统的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 中，基本吸附平衡等温线是非常重要的。底层的方程参数和热力学假设等均衡模型，为吸附机制和吸附剂的表面性质、亲和力提供了解释。为了研究吸附等温线，采用朗缪尔模型和弗罗因德利希方程进行分析。 图5 碱处理酵母吸附等温线:(A) 朗缪尔模型(B) 弗罗因德利希方程 实验数据用朗缪尔等温线模型和弗罗因德利希方程进行非线性回归分析，获得了图5中相适应的数据，表1中列出了每个模型的相关参数。 朗缪尔方程中的系数b是衡量棒曲霉素和废弃生物质之间复杂的稳定形成关系。小b值(0.0640)显示在这个研究中棒曲霉素与酵母生物量有强烈的相关性。当碱处理的酵母生物量为8.1766微克/克时，有最大的棒曲霉素吸收能力。此外， 据史蒂芬，简等人2006年的研究显示，朗缪尔模型中RL表示等温线的形状和参数，即生物吸附过程的本质(RL > 1:不利; RL=1:线性; 0 < RL < 1:有利; RL=0:不可逆的)。实验测得RL值为0.0495，，表明碱处理过的酵母对棒曲霉素的生物吸附是有利的。对于弗罗因德利希模型，吸附特性是由KF(微克)和n值表征，其中K表示吸附系数，n表示棒曲霉素的浓度对吸附的影响。在此实验F 中，K的值为1.0511， n值是2.4795。此外，n值介于1到10，说明酵母的生F 物吸附是在良好的研究条件下进行的。 表1 碱处理酵母的朗缪尔模型和弗罗因德利希方程线性回归参数 8 表1中列出，生物吸附数据的相关系数，模拟为0.9837，略高于方程的0.9765。这意味着朗缪尔模型可能相对更适合预测碱处理酵母对棒曲霉素的吸附。实验朗缪尔模型获得的数据暗示碱处理酵母对棒曲霉素的吸附是单层吸附。这说明酵母细胞在吸附过程中扮演了一个非常重要的角色。这个结果与其他研究人员在不同年份进行的对霉菌毒素的研究是一致的。然而，莫斯和罗恩在2002年发现发现棒曲霉素在酒精发酵的苹果汁中存在E和Z模式转换，与酵母细胞或苹果汁沉积物并没有联系。 图6 藻酸钙的吸附和藻酸钙固定化碱处理的酵母的吸附 (棒曲霉素初始浓度为200微克/升，流速为2毫升/分钟，室温) 3.5固定化海藻酸钙柱研究 为了成功应用生物吸附，满足生物质能的需要，生物量需要被固定于其它环境上，以增加其机械强度、密度、可重用性和抗机械环境。在这项研究中，因为固定化海藻酸钙便宜，来源广泛，无毒，所以选择其用做固定实验。海藻酸钙凝胶与没有碱处理酵母在相同的实验条件进行生物吸附。通过图6我们可以看到，结果显示，棒曲霉素在初始阶段能被快速有效地除去，随着生物量的增大，棒曲霉素的去除效率降低，可能是与结合位点的饱和有关。在最初的阶段，固定了碱处理酵母的海藻酸钙凝胶对棒曲霉素的去除率为100%，未固定酵母的海藻酸钙凝胶对棒曲霉素的去除率为71.42%。在生物量增加至1200毫升后，柱吸附达到饱和。由此可以得出结论，藻酸钙凝胶本身就是一种很好的吸附剂，固定碱处理酵母粒子后，增加了对棒曲霉素的生物吸附能力。 9 4.结论 在本研究中，碱处理的废弃酵母被证明能够作为生物吸附剂，有效去除苹果汁中的棒曲霉素。朗缪尔吸附模型和弗罗因德利希方程用数学方法描述了碱处理的废弃酵母对棒曲霉素的吸附作用。比较得出，朗缪尔吸附平衡数据能够更好地描述生物吸附模型。固定有生物吸附粒子和没有固定粒子的藻酸钙凝胶均可作为固定基质。藻酸钙凝胶本身就对棒曲霉素有很好的生物吸附作用。固定了碱处理酵母的藻酸钙凝胶获得了更好的生物吸附能力。看来，从工业废弃物中提取的苹果酒酵母，可以逐渐地作为去除苹果汁中棒曲霉素的替代品。 10