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葡萄糖代谢和调控方面有很多研究和成果

发布时间:2019-10-29 15:11      浏览次数:

  葡萄糖为很多发酵品种直接或间接的优质碳源,因此在葡萄糖代谢和调控方面有很多研究和成果。本文在葡萄糖与还原糖的关系、葡萄糖阻遏及葡萄糖检测方法等方面进行重点讨论,希望能给大家提供一些帮助。

  还原糖与非还原糖的区别

  斐林试剂以及由柠檬酸、硫酸铜与氢氧化钠配制的本尼迪特试剂(班氏试剂)常与醛糖及酮糖在水浴加热的条件下反应产生氧化亚铜砖红色沉淀,即试剂本身被还原,所以凡能与上述试剂发生反应的糖称为还原糖(reducing sugar),凡不能与上述试剂发生反应的糖称为非还原糖(non reducing sugar),糖苷不能发生上述反应。葡萄糖分子中含有游离醛基,果糖分子中含有游离酮基,乳糖和麦芽糖分子中含有游离的醛基,故它们都是还原糖。 非还原性糖有蔗糖、淀粉、纤维素等,但它们都可以通过水解生成相应的还原性单糖。 由于发酵过程多使用葡萄糖或者由葡萄糖聚合成的多糖,因此不区别还原糖与葡萄糖,比如使用菲林滴定法检测葡萄糖和总糖。

  葡萄糖在发酵中的应用

  葡萄糖是很多发酵产物的主要碳源,葡萄糖的调控必需符合菌种的代谢特点,防止出现因为葡萄糖浓度偏大或偏小的情况,即,要严格控制其在发酵液中的浓度。在发酵前期,如果葡萄糖浓度太高,容易对菌体生长产生阻遏、抑制和限制作用;在发酵后期,如果葡萄糖浓度过低,则会限制菌体生长和产物合成。因此目前工业中常使用过程流加葡萄糖,辅助在线检测葡萄糖浓度,从而实现葡萄糖的稳定控制,取得良好的性结果。

  葡萄糖在灭菌时要防止发生美拉德反应同,因为一旦出现这种反应,生成的红色或黑色物质会对发酵结果产生严重的影响。所谓美拉德反应是一种非酶褐变现象,原理是:羰基化合物(还原糖类)和氨基化合物(氨基酸和蛋白质)间的反应,经过复杂的历程最终生成棕色甚至是黑色的大分子物质类黑精或称拟黑素,所以又称羰胺反应。

  葡萄糖效应

  葡萄糖效应又称葡萄糖阻遏或分解代谢产生阻遏作用:葡萄糖或某些容易利用的碳源,其分解代谢产物阻遏某些诱导酶体系编码的基因转录的现象。如大肠埃希氏菌培养在含葡萄糖和乳糖的培养基上,在葡萄糖没有被利用完之前,乳糖操纵子就一直被阻遏,乳糖不能被利用,这是因为葡萄糖的分解物引起细胞内cAMP含量降低,未结合cAMP的CAP蛋白不能与启动子结合,RNA聚合酶不能与乳糖的启动基因结合,以至转录不能发生,直到葡萄糖被利用完后,乳糖操纵子才进行转录,形成利用乳糖的酶,这种现象称葡萄糖效应。

  葡萄糖检测方法

  发酵过程常见葡萄糖检测方法,如菲林滴定法、氧化酶一偶联比色法(GOD POD法) 、气相色谱法 、高效液相色谱法,旋光法、生物传感器法。

  菲林滴定法

  原理:还原糖可以将菲林试剂中的二价铜离子还原为一价铜离子,反应终点可以 由次甲基兰指示(蓝色消失形成砖红色),根据一定量的菲林试剂完全还原所需的还原糖量,可计算加入样品中的还原糖的含量。1.试剂 菲林试剂甲液:称取69.3g硫酸铜晶体,用蒸馏水溶解,定容至1000ml 菲林试剂乙液:称取346g酒石酸钾钠,100g氢氧化钠,用蒸馏水溶解定容至1000ml 次甲基蓝溶液:1g次甲基蓝溶于100ml水 2.仪器 水浴锅。特点:手工操作,过程复杂,受到多种因素干扰,但是成本较低,所以目前仍为多数企业采用。通过原理可以分析出本方法检测结果其实是还原糖,而非绝对的葡萄糖量。

  氧化酶一偶联比色法

  GOD-POD法即葡萄糖氧化酶法,可以用来测定葡萄糖。葡萄糖氧化酶(glucose oxidase,GOD)利用氧和水将葡萄糖氧化为葡萄糖酸,并释放过氧化氢。过氧化物酶(peroxidase,POD)在色原性氧受体存在时将过氧化氢分解为水和氧,并使色原性氧受体4-氨基安替比林和酚去氢缩合为红色醌类化合物,即Trinder反应。红色醌类化合物的生成量与葡萄糖含量成正比。这一方法目前在临床上用于诊断糖尿病。由于可自动化操作,因此未来也可能应用于发酵液的检测。

  HPLC法

  莫海涛等建立了同时测定葡萄糖、蔗糖、麦芽糖和乳糖的高效液相色谱方法。样品经水超声波浸取,采用Hypersil NH2柱分离,流动相为乙晴/水(二者体积比为80:20),用激光蒸发光散射检测器检测。结果表明:四者的线性范围分别为15~1 000,20--1500,15~1000,12~1 000mg/L,检出限为4.5~6.0 mg/L,样品的加标平均回收率为92.9%~99.0%,相对标准偏差为1.9%~3.5%。与前者相比,HPLC检测的准确度和专一性更高。

  旋光度法

  在葡萄糖浓度与旋光度值的线性关系的考察中,精密称取适量经98~100℃干燥至恒重的纯葡萄糖,加水溶解并稀释,按照旋光光度法测定,旋光度a对浓度C回归,得到的回归方程。结果表明:当葡萄糖质量浓度为15.58~103.84 g/L时,具有良好的线性关系。

  生物传感器法

  葡萄糖生物传感器的工作原理如下:葡萄糖首先在GOD催化作用下生成过氧化氢,过氧化氢在过氧化物酶(HRP)的催化作用下,将2价还原态电介质Os氧化成Os3+,氧化态电介质Os3+在较低工作电压下被还原,产生的还原电流与被测葡萄糖浓度呈线性关系,通过检测还原电流即可得到对应葡萄糖浓度。

  气相色谱法

  采用气相色谱分析萄萄糖等多羟基化合物时,由于多羟基化合物极性大、沸点高,直接进样分析无法进行,所以多采用硅醚化试剂与羟基反应,生成易挥发、低极性、高稳定性的三甲基硅醚衍生物,再进行气相色谱分析。

  结尾 葡萄糖应该与 pH、温度、溶解氧等作为关键参数,不同的菌种适合不同的调控策略,但是无论何种策略,都需要正确的检测出浓度。本文列举了多种检测方法,企业可根据实际情况选择某一检测方法,同时为了保证检测的正确性,可以在过程中安排1~2个有值的肓样。本文从还原糖与葡萄糖的区别,葡萄糖效应,葡萄糖检测方法进行了综述,希望对大家有所帮助。


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