β-glucan从啤酒的酵母作为高档功能性食品成分
加布里埃尔·维多利亚Gauterio
莎拉的伊莎贝尔达•克鲁兹Silverio
马里亚纳Buranelo Egea
Ailton塞萨尔登月舱- 1里约热内卢联邦大学,学校的化学、生化工程系,巴西里约热内卢
- 2生物工程中心,米尼奥大学做,布拉加,葡萄牙
- 3LABBELS-Associate实验室的生物技术、生物工程和微机电系统、布拉加、葡萄牙
- 4Goiano联邦教育学院、科技、力拓佛得角,巴西戈亚斯
啤酒的酵母(BSY)是啤酒生产期间生成的副产品。热失活后,大量BSY被丢弃或作为低成本出售动物饲料添加剂。幸运的是,BSY可以是一个很好的来源β-glucan等有价值的化合物,这有几个生物和高档功能性属性应用程序作为食品原料。实际应用的β-glucan BSY需要破坏细胞壁和净化步骤,显著影响产量、成本、生物、理化,这种化合物的技术特征。本文着重介绍了利用BSYβ-glucan,可用的方法来提取,其生物和高档功能性属性。
介绍
啤酒是一种饮料啤酒的酒精发酵麦芽汁从大麦麦芽和水,添加啤酒花(法伯和巴斯,2019)。在酿造过程中,酵母利用可发酵糖生产乙醇和二氧化碳(穆罕默迪et al ., 2011)。在啤酒生产过程中生成一些副产物,包括麦芽甘蔗渣,啤酒的酵母(BSY),和忧郁的(麦芽汁,密度比的颗粒沉淀在底部,例如,蛋白质凝固,酒花残渣,单宁,)(奥诺弗雷et al ., 2017;刘et al ., 2021)。
酵母是重用的新限制,认为剂污染和细胞内发酵活力/可行性。达到最大潜在的用于发酵后,BSY必须处理由于其复杂的组成和高生化需氧量。BSY通常运往动物饲料,但在其他情况下,它仍然是随意丢弃(Jaeger et al ., 2020;马森et al ., 2020)。
幸运的是,BSY呈现丰富的成分的蛋白质(约40 - 60%)和碳水化合物(29 - 54%)(奥诺弗雷et al ., 2017;刘et al ., 2021),鼓励其重用的一个潜在来源食品应用程序(宏化合物Bacha et al ., 2017)。大约1.5 kg-3公斤BSY产生每100升的啤酒,达到年生产4亿公斤的生物质可以获得有价值的化合物(马森et al ., 2020;Olajire 2020)。宏观组件中酵母β-glucan,多糖由互联通过糖苷键和几支葡萄糖分子生物和技术活动(中岛美嘉et al ., 2018;巴斯托斯et al ., 2022)。
尽管酵母包含一个可观数量的β-glucan(干重)的30 - 60% (杨和黄,2021年),这种化合物的复苏和隔离可能是困难的因为紧凑,刚性细胞壁(Bacha et al ., 2017)。几种破坏细胞壁方法已经开发提取β-glucan (田et al ., 2019;郑et al ., 2019;Takalloo et al ., 2020),考虑其产量、纯度和生物技术属性(图1)。在介绍原子力的潜力,BSYβ-glucan作为食品配料成分将突出显示通过讨论不同的萃取方法获得并展示其高档功能性和生物属性。
图1。β-glucan提取方法,表征生物技术方面的属性,和应用程序作为食品原料。
酵母β-glucan
酵母β-glucan多糖是由支葡萄糖分子相互关联的其他葡萄糖链,尤其是β-(1,3)和β-(1,6)债券。约50 - 55%的β-(1,3)债券在β-glucan结构,负责细胞弹性,和10 - 15%的β-(1,6),作为一个锚的细胞结构和完整性(Teparićet al ., 2020)。
酵母细胞壁中的β-glucan丰富(即。,占30 - 60%(干重)的杨和黄,2021年),与其他化合物作为甲壳素和mannoproteins有关。β-glucan和绑定的类型可以根据酵母是非常变量类型,使用周期,细胞活力和生存能力,和接触细胞消耗的因素,其中包括如下:温度冲击、渗透和氧化应激,氧气可用性、静水压力、乙醇浓度、酸化、内部和营养限制(巴斯托斯et al ., 2022)。
β-glucan的生物和技术活动与分子量不同,类型的债券,程度的分支,和结构安排,从而影响β-glucan溶解度(杜et al ., 2019;巴斯托斯et al ., 2022)。一般来说,β-glucan分类对其溶解在水溶液中,包括水溶性、碱溶、alkali-insolubleβ-glucan (巴斯托斯et al ., 2022)。此外,其属性可以影响中断/提取方法应用。
细胞破坏β-glucan提取的方法
细胞破裂β-glucan方法包括机械和机械的策略通常适用于唯一(Takalloo et al ., 2020),结合(田et al ., 2019),或者在序列(郑et al ., 2019)。破裂的选择方法部分取决于干扰的有效性和效率(雅各et al ., 2019),它大大影响了产量、纯度、理化和功能属性的β-glucan获得(傅et al ., 2022)。
一般来说,用于β-glucan萃取的方法从BSY一样应用于破坏和溶解酵母的细胞。机械方法支持可伸缩性和低运营成本但没有选择性,可以导致低纯度的β-glucan碎片。一些例子包括搅拌与玻璃珠(也称为铣)(Avramia Amariei, 2022),在高压均质化(田et al ., 2019;Dimopoulos et al ., 2020)和超声(Bzducha-Wrobel et al ., 2014;郑et al ., 2019;Dimopoulos et al ., 2020)。反过来,机械的方法大多是选择性但有限的关于扩大的潜力(刘et al ., 2016)。这些包括脉冲电场(Ganeva et al ., 2020),碱/酸萃取(Bacha et al ., 2017)、热水提取(Bzducha-Wrobel et al ., 2020),自我分解(维埃拉et al ., 2017),与商业酶水解(马森et al ., 2019)。新兴技术涉及离子液体也报道发布β-glucan (同庆et al ., 2020)。
碱性和酸碱提取是广泛应用于恢复β-glucan-the首先由使用碱性溶液结合加热和时间。例如,一个典型的碱性萃取利用氢氧化钠作为溶剂在90°C 2 h (Bacha et al ., 2017在室温下)或氢氧化钾与不同浓度2 h (平托et al ., 2015)。参数如碱浓度、提取时间和温度可以评估在β-glucan拔牙(万利拉et al ., 2016;Vaithanomsat et al ., 2022)。沉淀的提取结果(不溶性β-glucan)和上层的分数后离心步骤,最后一个是通常与乙醇混合获得可溶性β-glucan。有时,碱方法是紧随其后的是酸提取(Pengkumsri et al ., 2016;Dimopoulos et al ., 2020;马哈茂德•阿米尔- et al ., 2021),不溶性分数与盐酸混合,乙酸、磷酸(Krpan et al ., 2010;Bzducha-Wrobel et al ., 2020;马哈茂德•阿米尔- et al ., 2021),等等。
热水提取β-glucan提取是另一种常见的方法,利用加压蒸汽释放蛋白质和碳水化合物中的可溶相,同时保持β-glucan固相。一些报道提到,利用生物质进行热水提取悬浮在水/缓冲蒸汽高压灭菌器在121°C和1.1 atm 1 - 5 h (Borchani et al ., 2014;Bzducha-Wrobel et al ., 2020)。的过程,相分离,和沉积物含有不溶性β-glucan恢复;液相乙醇沉淀的一个可以添加可溶性β-glucan。
在细胞壁分解酶的方法,自我分解是一种广泛应用的治疗,利用内源酶的酵母生物量和通常发生在50至60°C之间的24 - 48 h (Pengkumsri et al ., 2016;Bertolo et al ., 2019;雅各et al ., 2019;Dimopoulos et al ., 2020;Takalloo et al ., 2020)。它可以通过添加一些溶解性促进剂,如无机盐(如氯化钠)(Bertolo et al ., 2019;雅各et al ., 2019)和有机溶剂(如乙醇)(Takalloo et al ., 2020),和优化操作参数(如温度和自我分解时间)(维埃拉et al ., 2017)。反过来,酶法水解适用endo或exoproteases (Alcalase®,Flavourzyme®,Protamex®,Savinase®,Neutrase®)(Borchani et al ., 2014;李et al ., 2015;马森et al ., 2019;Vaithanomsat et al ., 2022)水解β-glucan-associated蛋白质,导致β-glucan分数和富含蛋白质的水解。有时糖酶应用于水解酵母细胞壁多糖,这可能导致可溶性β-glucan片段(郑et al ., 2019)。在这两种情况下,参数,包括酶量、温度、pH值、时间,和酵母生物量浓度,可以评估在β-glucan萃取(马森et al ., 2019;郑et al ., 2019)。酶促过程完成加热(80°C以上)最后中灭活酶(Bertolo et al ., 2019;Vaithanomsat et al ., 2022),其次是一个固液分离步骤(如离心)。
步骤如净化、化学改性(用于不溶性β-glucan)和抛光通常发生在萃取(平托et al ., 2015)。β-glucan的结构的表征和生物技术属性也推荐(平托et al ., 2015;Bacha et al ., 2017;马哈茂德•阿米尔- et al ., 2021)更好地为未来的应用知识。
技术性能及应用BSYβ-glucan作为原料
食品行业不断寻找新型健康提高产品的营养成分和功能价值和降低生产成本。酵母β-glucans已经认为是安全的食品配料由欧洲食品安全局(欧洲食品安全署。科学,2011通常被认为是安全的)和接收(GRAS)状态从美国食品和药物管理局(食品及药物管理局服务DoHH, 2008年)。事实上,一些食品已经被提议的酵母β-glucans (Krpan et al ., 2009),这个补充碳水化合物是商用食品(例如,Wellmune®,Goldcell®或Yestimun®)。特别是β-glucans提取BSY已经使用在虾饲料应用程序作为替代饮食或补充(Suphantharika et al ., 2003)或猪(Bo et al ., 2020)。
β-glucan可以作为原料和电位器其他成分促进食品和饮料的特点。β-glucan也可以作为一个替代组件,例如,脂肪,影响营养,高档功能性,和感官性状;并提供在乳化增稠和协助,稳定,和凝胶不同的食物,其中包括面包店,肉类和奶制品(Mykhalevych et al ., 2022;Sengul Ufuk, 2022)。此外,β-glucans作为水护圈和一个合适的脂肪代用品,有一个好的口感类似于脂肪(Thammakiti et al ., 2004),使脂肪含量食物的减少或排除。这种化合物可以改变感官性状、粘度和流变学的添加产品,即使在小浓度(Sengul Ufuk, 2022)。
β-glucan在奶制品包括的技术潜力日益泛滥的冰淇淋,自由水分的绑定,牛奶脂肪模拟物,结构的形成,和增加奶酪的收益率,即使β-glucan低浓度的公式(0.5 - -3.0%的范围内)(Mykhalevych et al ., 2022)。此外,BSYβ-glucan脂肪代用品在脱脂牛奶酸奶已导致更好的流变特性和物理稳定性(Mejri et al ., 2014)。
在烘焙产品,包含β-glucan可以修改的膨胀速度,减少体积,增加面包的松紧度,促进面筋矩阵上的不利影响,增加面团的用水量由于纤维比例的增加,并增加毛孔数量的面包,其他的效果。同时,整合BSYβ-glucan面包准备改善营养/促进健康产品的属性(马丁斯et al ., 2018),提高质量和保质期在冷冻存储(Suwannarong et al ., 2020)。因此,有必要建立的后果添加β-glucan和评估其合适的浓度,结果在对产品的影响,只要有可能,与它的生物学性质(Andrzej et al ., 2019)。
在肉类产品,β-glucan可以减少脂肪含量,作为替代原料。β-glucan还代理烹饪乳剂的损失降到最低,增加粘度和保留的水分和脂肪由于其创建一个三维网络的能力。此外,减少结构参数验证,表明在肉制品中使用β-glucan柔软质地,例如(阿尔瓦雷斯和Barbut, 2013)。
BSYβ-glucans纳入的蛋黄酱,可以作为脂肪代用品,导致更高的贮存稳定性和较低的热量值(Worrasinchai et al ., 2006;Marinescu et al ., 2011)。它还具有保护作用的乳酸菌在冷冻干燥,冷冻储存和接触模拟胃肠环境,这使他们有趣的功能性食品添加剂含有益生菌(古埃德et al ., 2019)。
由于其特性,酵母β-glucan可以用作代替传统材料应用于工业规模,如海藻酸盐、阿拉伯胶、果胶、和羧甲基纤维素,具有类似或改进的属性(Sengul Ufuk, 2022)。然而,随着酵母β-glucan是一个新的成分,最近应用在食品工业规模,必须评估其掺入食品中矩阵的影响。BSY也是一样,工业使用显示技术仍然有限,但有可能被插入到不同的食物类别不同的目的,正如上面所讨论的。
生物属性BSYβ-glucan
几项研究已经报道的multi-bioactivity酵母β-glucans,考虑他们有趣的化合物对食品、制药和生物医学应用程序(盖勒et al ., 2019;卡鲁索et al ., 2022)。然而,只有几个数字的作品描述的生物效应β-glucans提取BSY酿造工业的副产品(表1)。
表1。生物活性的β-glucan从布鲁尔´s在酵母中提取。
BSYβ-glucans积极影响免疫原性活动在不同的动物。都展示了这种生物活性在体外和在活的有机体内通过增加一些重要的免疫指数的指标,如在黑虎虾(化酵素活动中国对虾学名:)美联储BSYβ-glucan (Thanardkit et al ., 2002;Suphantharika et al ., 2003)。
此外,血细胞的数量的增加和对病原体的抗菌活性鳗弧菌也是实现虾(Thanardkit et al ., 2002)。小鼠腹腔巨噬细胞的免疫原性活动也证明carboxymethylation反应后获得可溶性BSYβ-glucan (Liepins et al ., 2015)。羧甲基化β-glucan能够调解的感应肿瘤坏死因子-α(TNF-α)。干BSY hypocholesterolemic活动,以及可溶性和不可溶性β-glucans孤立,被Waszkiewicz-Robak报道和Bartnikowska (Waszkiewicz-Robak Bartnikowska, 2009)。在这项研究中,6周的饮食补充包含干BSY或BSYβ-glucans积极影响小鼠的血液及肝脏脂质代谢,降低胆固醇和甘油三酯。的生物活性BSYβ-glucan,即抗氧化潜能,也展示了人类(Araujo et al ., 2015)。羧甲基化的口服BSYβ-glucan提升显著减少丙二醛水平的健康男性,因此建议这个碳水化合物在预防氧化损伤的积极行动。
总体而言,预计有前途的生物活性结果已经获得了BSYβ-glucan可能导致额外的研究的具体结构提取碳水化合物会直接与他们的生物学效应。这些研究将大大有助于定义和建立适合从BSYβ-glucan提取的方法。
结论和观点
BSYβ-glucan的重要来源,已经证明了生物和技术特性。应用在食品和饮料,β-glucan需要提取,纯化,充分的特点更好的了解其潜在的应用。可用的科学信息并不足以建立一个准确的提取策略之间的互连,分子结构、生物和高档功能性属性。因此,还需要更多的研究来定义合适的策略BSY稳定物价和β-glucan应用程序。
政府政策需要处理实现重用实践在啤酒行业,促进高效副产品转化为增值化合物(循环经济)。
作者的贡献
所有作者列出了一大笔,直接和知识贡献的工作,批准发布。
确认
作者承认CNPq,斗篷,FAPEG,如果Goiano UFRJ支持。党卫军承认葡萄牙基础科学和技术(FCT)的范围下的战略资金/ 04469/2020单位,选答LABBELS-Associate实验室生物技术,生物工程和微机电系统、拉/ P / 0029/2020。
的利益冲突
作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。
出版商的注意
本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。
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关键词:酵母细胞壁多糖,中断的方法,生物属性、技术属性
引用:Gauterio问,Silverio SIDC Egea MB和登月舱AC(2022)β-glucan从啤酒的酵母作为高档功能性食品成分。前面。食物。科学。抛光工艺。2:1074505。doi: 10.3389 / frfst.2022.1074505
收到:2022年10月19日;接受:2022年11月22日;
发表:2022年12月01。
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