基本信息
- 項目名稱：
- 桑葉黃酮的酶法提取及其生物轉(zhuǎn)化制備高活性苷元的研究與應(yīng)用
- 小類：
- 生命科學
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 作品設(shè)計發(fā)明創(chuàng)作的思路及技術(shù)關(guān)鍵：本項目針對目前桑葉黃酮工業(yè)化生產(chǎn)中存在的兩大突出難題，成功地應(yīng)用酶法提取桑葉黃酮提高黃酮提取率；應(yīng)用新型產(chǎn)糖苷水解酶微生物菌株的高效篩選體系建立產(chǎn)高活性酶的微生物菌庫；應(yīng)用具有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)高活性糖苷水解酶菌株進行高效生物轉(zhuǎn)化制備苷元型黃酮，提高生物利用度；應(yīng)用軟飲料學原理開發(fā)新型功能性桑茶飲料，提高桑葉附加值，具有重要的科學意義和應(yīng)用前景。 創(chuàng)新點： 1、基于顏色反應(yīng)指示劑的快速篩菌體系篩選產(chǎn)新型糖苷水解酶的微生物菌株；2、采用自主篩選的微生物菌株生物轉(zhuǎn)化桑葉黃酮苷成苷元。 應(yīng)用前景：本設(shè)計包含三項關(guān)鍵技術(shù)，其中酶法提取工藝可廣泛應(yīng)用于天然藥物開發(fā)、活性物質(zhì)的制備生產(chǎn)；具有自主知識產(chǎn)權(quán)菌株在生物轉(zhuǎn)化、工程菌開發(fā)等領(lǐng)域前景廣闊；新型功能性桑茶飲料的制備技術(shù)科學含量高、創(chuàng)新性強，可作為輔療藥物和保健品，具有十分廣闊的市場前景。 取得成績：第一作者發(fā)表核心期刊論文1篇、發(fā)表全國學術(shù)會議論文1篇、省科技創(chuàng)新論文大賽獲獎?wù)撐?篇
- 詳細介紹：
- 桑樹資源自古以來就是藥食兩用的珍貴材料，現(xiàn)代藥理研究發(fā)現(xiàn)桑葉提取物在治療糖尿病、高血壓、高血脂等癥及抗衰老、抗病毒、抗炎等方面都具有很好的療效，其中桑葉黃酮的藥理活性最為顯著。因此，近年來桑葉黃酮資源的開發(fā)與利用引起極大關(guān)注。 桑葉黃酮提取利用的瓶頸問題在于：一、常規(guī)乙醇法浸提過程中，細胞壁限制了有效成分的溶出，降低了提取的效果；二、桑葉黃酮主要由不易被生物體吸收利用的糖苷型黃酮組成，生物利用度不高。因此本發(fā)明項目圍繞著解決“桑葉黃酮提取過程中產(chǎn)物得率低”和“糖苷型桑葉黃酮生物利用度低”這兩個根本性難題展開，建立“酶法提取桑葉黃酮”和“生物轉(zhuǎn)化桑葉黃酮糖苷制備高活性苷元”關(guān)鍵技術(shù)，并成功地將其應(yīng)用于新型桑茶飲料產(chǎn)品的開發(fā)中。 1.酶解法提取桑葉黃酮的新工藝以提高黃酮提取率 以桑粉為原料，以總黃酮、蘆丁和槲皮素的提取率為指標，通過纖維素酶對桑粉進行酶解處理，然后用乙醇提取桑葉黃酮。首先通過單因素實驗獲得酶解工藝參數(shù)的優(yōu)化區(qū)間，然后采用響應(yīng)曲面法優(yōu)化獲取最佳酶解處理條件。結(jié)果:酶解法提取桑葉黃酮的最佳工藝條件為：酶解溫度30℃，纖維素酶濃度0.5mg/mL，酶解介質(zhì)pH值3.0，酶反應(yīng)時間7h。酶解法預處理桑葉原料使桑葉總黃酮和蘆丁的得率分別提高37.30%和60.5%。酶法提取新工藝有效地提高了桑葉黃酮的得率。 2.基于顏色反應(yīng)指示劑構(gòu)建快速篩菌體系獲得產(chǎn)新型糖苷水解酶菌株 利用糖苷型黃酮的代表物質(zhì)蘆丁為碳源的高選擇性培養(yǎng)基，基于顏色反應(yīng)指示劑構(gòu)建快速篩菌體系，分別從不同土壤和桑樹組織中批量篩取可以代謝蘆丁的菌株15株，其中黑曲霉LJ-1和點青霉LJ-2已在中國科學院北京微生物研究所保存，保藏號分別為CGMCC No.2588和CGMCC No.2590，而且點青霉LJ-2已申請國家發(fā)明專利。 3.產(chǎn)新型糖苷水解酶菌株生物轉(zhuǎn)化糖苷型桑葉黃酮以提高生物利用度 采用薄層層析法（TLC）定性研究各菌株的代謝產(chǎn)物，從15種菌株中篩出可以代謝生成異槲皮苷的菌株，并用高效液相色譜法（HPLC）測定其動力學曲線，從而最終獲得天然轉(zhuǎn)化菌株，構(gòu)建定向生物轉(zhuǎn)化過程體系。實驗證明所篩部分菌株可以高效的將蘆丁轉(zhuǎn)化為異槲皮苷或槲皮素，為實現(xiàn)將糖苷型桑葉黃酮轉(zhuǎn)化為苷元型提供了技術(shù)基礎(chǔ)，有效地提高了桑葉黃酮的生物利用度。 4.整合關(guān)鍵技術(shù)制備新型功能性桑茶飲料以提高技術(shù)附加值 酶解法提取桑葉黃酮和生物轉(zhuǎn)化制備高活性苷元兩個關(guān)鍵技術(shù)工藝整合，結(jié)合軟飲料學配方原理，制備出新型功能性桑茶飲料。該產(chǎn)品桑葉黃酮生物利用度高，適用于廣大亞健康人群，還可作為心血管疾病、糖尿病等患者的輔助治療藥物和日常保健飲品，具有十分廣闊的市場消費前景。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 發(fā)明目的：旨在解決桑葉資源的綜合利用過程中存在三個的主要問題: 1、桑葉黃酮提取過程中提取率較低；2、糖苷型桑葉黃酮生物利用度較低；3、功能性桑茶飲料缺乏流行的商品形式。 基本思路：1、應(yīng)用酶解法破解細胞壁，提高桑葉黃酮提取率；2、采用具有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)糖苷水解酶對糖苷型桑葉黃酮進行生物轉(zhuǎn)化獲得苷元型黃酮，提高桑葉黃酮生物利用度；3、開發(fā)出老少咸宜、適合亞健康人群的功能性桑茶飲料，提高產(chǎn)品附加值。 創(chuàng)新點：1、基于顏色反應(yīng)指示劑的快速篩菌體系篩選產(chǎn)新型糖苷水解酶的微生物菌株；2、采用自主篩選的產(chǎn)新型糖苷水解酶的微生物菌株生物轉(zhuǎn)化桑葉黃酮苷成苷元。 技術(shù)關(guān)鍵：1、響應(yīng)曲面法優(yōu)化酶解法提取桑葉黃酮的最佳工藝參數(shù)；2、建立產(chǎn)高活性糖苷水解酶微生物菌株的高效篩選體系，并建立產(chǎn)高活性糖苷水解酶的微生物菌庫；3、通過控制產(chǎn)高活性糖苷水解酶的微生物培養(yǎng)條件等因素實現(xiàn)桑葉黃酮苷的高效率生物轉(zhuǎn)化；4、運用軟飲料學原理研制出新型功能性桑茶飲料產(chǎn)品。
科學性、先進性
- 科學性：利用具有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)高活性糖苷水解菌株對具有重要藥用功能的天然產(chǎn)物糖苷型桑葉黃酮進行生物轉(zhuǎn)化，構(gòu)建生物轉(zhuǎn)化過程體系，借此獲得生物利用度更高的苷元型黃酮（苷元型黃酮的效價是其糖苷的7倍，且可被生物體直接吸收利用），可以大大促進該物質(zhì)在體內(nèi)的生物活性利用。 先進性：采用生物酶解的方法破除植物細胞壁，促進細胞內(nèi)活性物質(zhì)的溶出，大大提高了活性物質(zhì)的提取率。通過一系列單因素實驗和響應(yīng)曲面優(yōu)化實驗，獲得酶解提取桑葉黃酮的最佳工藝參數(shù)。對比試驗結(jié)果表明，該方法可以顯著提高產(chǎn)物得率且工藝簡單、高效可行。 實用性：針對桑葉活性物質(zhì)特有的抗心血管疾病、糖尿病等藥理活性，在前期實驗研究結(jié)果基礎(chǔ)上，結(jié)合軟飲料工藝學原理，開發(fā)出適于亞健康人群的功能性桑茶飲料，以實現(xiàn)科技成果的產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 完全轉(zhuǎn)讓或合作開發(fā)
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品及圖片
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 使用說明：技術(shù)推廣應(yīng)用，產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)營 技術(shù)特點及優(yōu)勢：融“酶解提取桑葉黃酮，自篩菌株高效生物轉(zhuǎn)化，新型功能性茶飲料制備”于一體，生產(chǎn)工藝過程綠色、環(huán)保，符合科學發(fā)展理念。 適應(yīng)范圍： 1、酶解法提取工藝可應(yīng)用于天然活性成分的提取制備；2、自篩菌株研發(fā)前景廣，可用于生物轉(zhuǎn)化、工程菌開發(fā)等領(lǐng)域。3、桑茶飲料清涼止渴、開胃生津，對傷風感冒、目赤腫痛、肝腎虧虛、便秘、失眠、糖尿病和高血壓等癥都有一定的療效，不含咖啡堿等成分，在心腦血管疾病預防及輔助治療方面具有良好效果。另飲料中還含有1-DNJ和桑葉多糖，特別適用于亞健康人群。 推廣前景：新型功能性桑茶飲料的制備技術(shù)科學含量高、創(chuàng)新性強、應(yīng)用前景廣，還具有天然綠色環(huán)保、無害化生產(chǎn)等特點，另外該產(chǎn)品針對廣大亞健康人群，特別是心血管疾病、糖尿病等病人，可以作為輔助治療藥物和日常保健飲品，具有十分廣闊的消費前景，在進行相關(guān)技術(shù)優(yōu)化、降低成本預算和合理運作的前提下，會帶來相當可觀的經(jīng)濟效益。
同類課題研究水平概述
- 桑樹資源自古以來就是藥食兩用的珍貴材料，現(xiàn)代科學證實了桑樹資源的營養(yǎng)成分、藥理活性成分等。黃酮類化合物具有多種生物活性及藥理作用。在桑葉黃酮的常規(guī)提取過程中，由于細胞壁限制作用降低提取的效果。利用纖維素酶處理桑葉，優(yōu)化酶法提取的工藝參數(shù)，為解決黃酮提取得率低這一難題提供了新方法。中南大學的吳梅林用纖維素酶酶解提取銀杏黃酮，與單一醇提相比總黃酮得率升高18.92%；浙江工商大學的王芳等研究了酶法提取桑葉黃酮的效果，發(fā)現(xiàn)纖維素酶乙醇法提取效果最佳，但并沒有獲得最佳的提取工藝。以上研究各有其側(cè)重點，雖然與本項目的研究有關(guān)聯(lián)，但存在根本差別。 許多天然黃酮分子都是糖苷化合物。天然糖苷類黃酮不是其活性發(fā)揮的最佳形式，生物利用度不高。要提高天然黃酮類化合物的生物利用度，將糖苷型黃酮制備成高活性苷元是個值得深入研究與開發(fā)的重要前沿課題，研究重點在糖苷型黃酮向高活性苷元的轉(zhuǎn)化過程，目前已經(jīng)在國內(nèi)外醫(yī)學界得到共識。 關(guān)于改變黃酮配糖體的構(gòu)型以提高生物利用度的方法，主要有化學轉(zhuǎn)化法和生物轉(zhuǎn)化法。目前，國內(nèi)外多采用化學法水解黃酮糖苷，但是化學轉(zhuǎn)化過程往往對抗氧化作用產(chǎn)生不利影響，且加工過程容易產(chǎn)生環(huán)境污染。伍毅等采用β-葡萄糖苷酶水解銀杏葉提取物，使糖苷型黃酮轉(zhuǎn)化為苷元型黃酮；吳鵬等應(yīng)用復合酶法對銀杏總黃酮進行提取及生物轉(zhuǎn)化，建立了酶法處理和生物轉(zhuǎn)化的一體化工藝；孫艷梅等進行了黑曲霉β-葡萄糖苷酶水解大豆異黃酮糖苷的研究。截至目前，關(guān)于生物轉(zhuǎn)化黃酮的研究主要集中在大豆異黃酮，有少部分涉及銀杏黃酮，國內(nèi)尚沒有針對于桑葉黃酮生物轉(zhuǎn)化方面的研究。 另外，本項目涉及到的關(guān)鍵技術(shù)之一——顏色反應(yīng)指示劑輔助篩選產(chǎn)糖苷水解酶菌株的方法在酚類物質(zhì)生物轉(zhuǎn)化中已經(jīng)得到很好的應(yīng)用，為制備生物催化劑提供了有效方法，此法在蘆丁轉(zhuǎn)化及桑葉黃酮高質(zhì)化應(yīng)用還是首次。國外在生物轉(zhuǎn)化方面的研究較多，如Romanowska 等利用黑曲霉IBT-90產(chǎn)酶并純化來水解大豆異黃酮得苷元；Pyo Young-Hee等用乳酸菌產(chǎn)β-葡萄糖苷酶水解大豆異黃酮得高活性苷元；以上研究多以大豆異黃酮為載體，而未針對糖苷型桑葉黃酮進行研究。而且，以上研究并未提出相關(guān)實用化的方案。因此，本項目利用具自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)高活性糖苷水解酶菌株對糖苷型黃酮生物轉(zhuǎn)化制備高活性苷元，大大提高了其生物利用度。
