超氧化物歧化酶在食品和化妆品中的应用及其发酵法生产进展_崔慧斐

药　物　生　物　技　术

Pharmaceutical Biotechnology　2000,7(3):187～189

文章编号:1005-8915(2000)03-0187-03

超氧化物歧化酶在食品和化妆品中的应用及其发酵法生产进展①

崔慧斐　张天民

(山东医科大学生化制药教研室,济南250012)

摘　要　超氧化物歧化酶是生物体内重要的自由基清除剂,目前在国内主要作为功效因子或添加剂广泛应用于食品、化妆品中。本文即综述超氧化物歧化酶这两方面的应用现状,并介绍相应的基础研究情况。同时介绍利用微生物发酵法生产超氧化物歧化酶的进展,主要包括菌种的筛选、培养条件的优化和适宜破壁方法的寻找等方面。

关键词　超氧化物歧化酶;食品;化妆品;应用;发酵法生产

中图分类号:R977.3 文献标识码:A

超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SO D)作为生物体内重要的自由基清除剂,在消除体内多余的超氧阴离子、解除超氧阴离子对生物体的毒性过程中起着关键性的作用。国外已有多种药用SOD应用于临床,主要集中在抗炎、抗辐射、抗肿瘤、抗衰老及自身免疫性疾病等由超氧阴离子自由基引发的疾病。国产的二类新药注射用SO D(以猪血红细胞为原料)也将可能获得新药证书。目前国内SOD的应用主要集中在食品和化妆品等方面,有所创新,相应的基础研究也取得一些新进展,如在吸收机理、质量稳定性、有效性等方面。国内现有SOD产品主要是从牲畜血液中提取,发酵法生产还未产业化。

1　SOD在食品工业中的应用

1.1　作为保健食品的功效因子或食品营养强化剂

该保健品具有良好的抗衰老、抗炎、抗辐射、抗疲劳等保健强身的效果。目前已有添加有SOD的蛋黄酱、牛奶[1]、可溶性咖啡、啤酒[2]、白酒、果汁饮料、矿泉水、奶糖、酸牛乳、冷饮类等类型的保健食品面市。

1.2　制成多种剂型的SOD或复合型食品

已有SO D胶囊剂、片剂、口服液、脂质体、颗粒剂等形式的SO D保健食品。

1.3　用作抗氧剂

与其它抗氧剂一样,SO D可作为罐头食品、果汁、啤酒等的抗氧剂,防止过氧化酶引起的食品变质及腐败现象。此外,还可作为水果、蔬菜良好的保鲜剂。

1.4　以富含SOD的原料加工制成保健食品[3]

如大蒜饮料、刺梨SOD汁等。

尽管SO D已在食品工业中得到广泛应用,但需要解决好以下问题。首先,口服有效性,这已被一系列实验所证明[4,5],吸收机理的最新研究表明,口服SOD后可能通过降解的外源SO D诱发内源SOD产生和完整生物大分子进入等途径使血红细胞中的活性升高。但能诱导内源SOD合成的外源SO D降解片段结构及完整SO D跨膜机理仍不清楚[6]。再者即SOD在食品中的稳定性。现在国内市场上SO D口服产品以液体产品,如口服液、饮料为多,SO D在溶液中不很稳定,如不采取有效措施,就会逐渐失去活性。可添加适当的稳定剂,如海藻糖、维生素类等抗氧剂。选好合适的保护剂是开发SOD口服液的关键之一[7],如可添加胃肠道消化酶的抑制剂等。对SO D进行化学修饰也是一种解决办法。所用修饰剂和其它试剂都应无毒、无副作用。若修饰剂兼有辅助性的有益生物活性,则更为理想,玻璃酸、肝素类化合物[8,9]、硫酸软骨素、脂肪酸等用作修饰剂即属此情况。已有月桂酸、玻璃酸等修饰的SO D应用于酒类中的报道[10,11]。修饰酶的性质、毒副作用及代谢途径都需进行详尽研究,才能投入使用。研制SOD明胶微球、脂质体[12,13]也可大大提高其稳定性。鉴于SOD在固态时较为稳定的特点,制成片剂、胶囊、颗粒剂等固体剂型更易贮藏。

2　在化妆品中的应用

作为化妆品的添加剂是SOD的另一个重要应用,该应用大大促进了我国SOD的生产。研究证实,SO D添加于化妆品中可起到4方面的作用:一是有明显的防晒效果,光照使皮肤变黑的主要原因是氧自由基损害,SO D可有效防止皮肤受电离辐射(特别是紫外线)的损伤,从而起到防晒效果;二是SOD为抗氧酶,能有效防止皮肤衰老、祛斑、抗皱;三是有明显的抗炎效果,对防治皮肤病有一定效果。另外, SO D具有一定的防治瘢痕形成的作用。国内外不少的高

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①收稿日期　1999-09-20

级化妆品添加有SO D[14],可制成面膜、奶液、霜剂等形式的化妆品。

SO D应用于化妆品的实验研究证明,当即125I标记SOD外涂时,外源SOD能透过皮肤进入体内。还有大量资料和实验表明,SOD无毒、无副作用,人甚至一次面涂上几万乃至几十万单位的SOD也不会出现不良反应,故SO D 用于化妆品是安全的。作为SOD化妆品,每1g基质中SOD的活性不应低于100U。采用修饰SO D代替天然SOD[10],选择好化妆品基质,向其中添加适当的保护剂,如维生素类抗氧剂、其它抗氧酶,再就是注意选择化妆品中防腐剂和表面活性剂的品种和浓度等[7],都可明显提高SO D 的活性保留率。

3　发酵法生产研究现状

SO D的分布相当广泛,凡是需氧的原核生物和真核生物体内都含有SOD。以往曾认为厌氧微生物细胞不含SOD,现在已发现多种厌氧细菌也含有。国内关于SOD的研究主要偏重于从动、植物细胞提取、纯化和检测方法的改良,有关微生物SOD研究不多。由微生物制备SOD的关键是筛选合适的菌种和寻找有效的微生物菌体的破壁方法。从对各种微生物SO D含量的综合研究来看,真核微生物的SO D含量一般高于原核微生物,好氧微生物显著高于厌氧微生物[15]。国外实践表明,发酵法生产SO D是一条经济、可行的途径[16]。

酵母菌具有繁殖快、代谢时间短、产率高、易培养等特点,用来生产SOD有大的潜力。不同种属的酵母菌细胞中SOD含量差异很大。从80多株酵母菌中选育出了高产SOD的酵母菌株Y-22,确定了低成本培养基优化配方及最佳的发酵条件,发酵水平SO D含量每1L达9.6万U。建立了一种工业上可行的酵母细胞破壁方法———氯仿破壁法。经硫酸铵分段盐析及DEA E-纤维素柱层析纯化,得到比活为3678U/mg的SO D产品,活性回收率为76%。以此SO D为原料制成的霜剂化妆品对皱纹、粉刺和色素沉着有明显疗效,总有效率为82.1%[17]。杨光礼等[18]从几十株假单胞菌、耐热芽胞杆菌、酵母、放线菌等菌株中分离得到一株SO D产生菌———酵母(Saccharomyces cerevisiae S IP-I-215y)。酵母SIPI-215y经破壁、提取、透析、超滤及DEAF-52柱分离纯化所得SOD为Cu·Z n-SOD,比活为4580U/mg,M r4600,由两个相同亚基组成,与牛血SO D 及其它Cu·Zn-SO D的性质相同,可作为食品和化妆品的添加剂广泛应用[19]。张博润等[20]从300多株不同种属的酵母菌中经初筛、单倍体分离、诱变、杂交这一育种途径选育出一株SO D高产菌株ZDF-48,其细胞生物量略高于实验出发菌株Y-8和Y-111,细胞SOD含量高达1350U/g湿菌体。纯化获得的SOD在聚丙烯酰胺凝胶电泳上只呈现一条带,并具有较强的生物活性,结果证明ZDF-48是一株生产SO D的良好品系。随后对该株酵母SO D高产工程菌的培养条件进行了优化。培养基组分、糖浓度、pH、通气量、培养时间、微量元素等对该菌的生物量和SOD含量均有影响,尤以通气量和微量元素的影响最显著。在优化条件下,细胞生物量为5.15g/100ml培养基,SOD产量为2070U/g 菌体[21]。还建立了利用异丙醇浸泡酵母选择性释放SO D 的分离纯化新工艺,步骤少,操作简单,SOD总回收率为66%,比活达3891U/mg[22]。

屠幼英等[23]进行了嗜热栖热菌(Thermus ther-mophilus)A T CC27634发酵、破壁、RN ase I酶解、硫酸铵盐析、滤除小分子物质、DE-32I、DE-32Ⅱ柱分离等条件的一系列研究,提取到了热稳定性较高的M n SOD,比活为3000 U/mg,回收率达78.0%。该来源提取成本比从哺乳动物细胞中提取成本要低,也是一个值得开发的新资源。

从高温细菌中筛选得到了一株SOD产生菌,经鉴定为嗜热脂肪芽胞杆菌(Bacillus stearothmophilus),BS211-15,其产生的SO D为FeSOD,具有较高的稳定性[24]。

曹林秋等[25]筛选出高产SO D的菌株BIT-8701,其特点是SOD在胞外,对发酵、分离、提纯等工艺过程进行了研究,系利用农副产品下脚料作培养基,成本低廉,工艺简单,产品为Cu·Z n-SOD。

4　结　语

SO D在食品、化妆品中的应用现状令人鼓舞,进一步阐明其胃肠、皮肤吸收机理,解决好稳定性问题是其应用能够长盛不衰的根本,发酵法生产SO D是值得大力开拓的途径。

参考文献

1陆领倩,金新根,袁勤生.SOD牛奶的保健功能研究[J].药物生物技术, 1997,4(增刊):3

2桂兴芬,黄声凤,陈炜,等.月桂酸修饰超氧化物歧化酶的稳定性及在饮品中的应用[J].药物生物技术,1995,2(3):37

3郑建仙.功能性食品[M].北京:中国轻工业出版社,1995.372

4崔玉敏,张炳然,袁勤生.SOD在模拟小鼠胃肠道环境中的稳定性研究[J].中国生化药物杂志,1994,15(2):82

5黄维华,袁勤生.口服超氧化物歧化酶在生物体中的吸收[J].中国生化药物杂志,1995,16(5):201

6贺华君,施惠娟,袁勤生.口服外源SOD的完整生物大分子吸收的研究[J].药物生物技术,1999,(3):159

7袁勤生.SOD在医药、食品和日化工业上的应用[J].中国生化药物杂志,1994,15(4):289

8杨保珍,张天民,王树歧.低抗凝肝素修饰超氧化物歧化酶的研究[J].

药物生物技术,1996,3(2):82

9王凤山,李素霞,张天民.低抗凝肝素修饰SOD的性质及抗炎活性[J].

中国药学杂志,1994,29(7):398

10阎家麒,徐龙伟,高应,等.修饰超氧化物歧化酶的制备、性质及其在化妆品中应用的研究[J].日用化学工业,1992,(6):4

11阎家麒,谢文正.月桂酸修饰超氧化物歧化酶的制备及其性质研究.

188药物生物技术第7卷第3期