基本信息
- 项目名称：
- 桑叶黄酮的酶法提取及其生物转化制备高活性苷元的研究与应用
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 作品设计发明创作的思路及技术关键：本项目针对目前桑叶黄酮工业化生产中存在的两大突出难题，成功地应用酶法提取桑叶黄酮提高黄酮提取率；应用新型产糖苷水解酶微生物菌株的高效筛选体系建立产高活性酶的微生物菌库；应用具有自主知识产权的产高活性糖苷水解酶菌株进行高效生物转化制备苷元型黄酮，提高生物利用度；应用软饮料学原理开发新型功能性桑茶饮料，提高桑叶附加值，具有重要的科学意义和应用前景。 创新点： 1、基于颜色反应指示剂的快速筛菌体系筛选产新型糖苷水解酶的微生物菌株；2、采用自主筛选的微生物菌株生物转化桑叶黄酮苷成苷元。 应用前景：本设计包含三项关键技术，其中酶法提取工艺可广泛应用于天然药物开发、活性物质的制备生产；具有自主知识产权菌株在生物转化、工程菌开发等领域前景广阔；新型功能性桑茶饮料的制备技术科学含量高、创新性强，可作为辅疗药物和保健品，具有十分广阔的市场前景。 取得成绩：第一作者发表核心期刊论文1篇、发表全国学术会议论文1篇、省科技创新论文大赛获奖论文1篇
- 详细介绍：
- 桑树资源自古以来就是药食两用的珍贵材料，现代药理研究发现桑叶提取物在治疗糖尿病、高血压、高血脂等症及抗衰老、抗病毒、抗炎等方面都具有很好的疗效，其中桑叶黄酮的药理活性最为显著。因此，近年来桑叶黄酮资源的开发与利用引起极大关注。 桑叶黄酮提取利用的瓶颈问题在于：一、常规乙醇法浸提过程中，细胞壁限制了有效成分的溶出，降低了提取的效果；二、桑叶黄酮主要由不易被生物体吸收利用的糖苷型黄酮组成，生物利用度不高。因此本发明项目围绕着解决“桑叶黄酮提取过程中产物得率低”和“糖苷型桑叶黄酮生物利用度低”这两个根本性难题展开，建立“酶法提取桑叶黄酮”和“生物转化桑叶黄酮糖苷制备高活性苷元”关键技术，并成功地将其应用于新型桑茶饮料产品的开发中。 1.酶解法提取桑叶黄酮的新工艺以提高黄酮提取率 以桑粉为原料，以总黄酮、芦丁和槲皮素的提取率为指标，通过纤维素酶对桑粉进行酶解处理，然后用乙醇提取桑叶黄酮。首先通过单因素实验获得酶解工艺参数的优化区间，然后采用响应曲面法优化获取最佳酶解处理条件。结果:酶解法提取桑叶黄酮的最佳工艺条件为：酶解温度30℃，纤维素酶浓度0.5mg/mL，酶解介质pH值3.0，酶反应时间7h。酶解法预处理桑叶原料使桑叶总黄酮和芦丁的得率分别提高37.30%和60.5%。酶法提取新工艺有效地提高了桑叶黄酮的得率。 2.基于颜色反应指示剂构建快速筛菌体系获得产新型糖苷水解酶菌株 利用糖苷型黄酮的代表物质芦丁为碳源的高选择性培养基，基于颜色反应指示剂构建快速筛菌体系，分别从不同土壤和桑树组织中批量筛取可以代谢芦丁的菌株15株，其中黑曲霉LJ-1和点青霉LJ-2已在中国科学院北京微生物研究所保存，保藏号分别为CGMCC No.2588和CGMCC No.2590，而且点青霉LJ-2已申请国家发明专利。 3.产新型糖苷水解酶菌株生物转化糖苷型桑叶黄酮以提高生物利用度 采用薄层层析法（TLC）定性研究各菌株的代谢产物，从15种菌株中筛出可以代谢生成异槲皮苷的菌株，并用高效液相色谱法（HPLC）测定其动力学曲线，从而最终获得天然转化菌株，构建定向生物转化过程体系。实验证明所筛部分菌株可以高效的将芦丁转化为异槲皮苷或槲皮素，为实现将糖苷型桑叶黄酮转化为苷元型提供了技术基础，有效地提高了桑叶黄酮的生物利用度。 4.整合关键技术制备新型功能性桑茶饮料以提高技术附加值 酶解法提取桑叶黄酮和生物转化制备高活性苷元两个关键技术工艺整合，结合软饮料学配方原理，制备出新型功能性桑茶饮料。该产品桑叶黄酮生物利用度高，适用于广大亚健康人群，还可作为心血管疾病、糖尿病等患者的辅助治疗药物和日常保健饮品，具有十分广阔的市场消费前景。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 发明目的：旨在解决桑叶资源的综合利用过程中存在三个的主要问题: 1、桑叶黄酮提取过程中提取率较低；2、糖苷型桑叶黄酮生物利用度较低；3、功能性桑茶饮料缺乏流行的商品形式。 基本思路：1、应用酶解法破解细胞壁，提高桑叶黄酮提取率；2、采用具有自主知识产权的产糖苷水解酶对糖苷型桑叶黄酮进行生物转化获得苷元型黄酮，提高桑叶黄酮生物利用度；3、开发出老少咸宜、适合亚健康人群的功能性桑茶饮料，提高产品附加值。 创新点：1、基于颜色反应指示剂的快速筛菌体系筛选产新型糖苷水解酶的微生物菌株；2、采用自主筛选的产新型糖苷水解酶的微生物菌株生物转化桑叶黄酮苷成苷元。 技术关键：1、响应曲面法优化酶解法提取桑叶黄酮的最佳工艺参数；2、建立产高活性糖苷水解酶微生物菌株的高效筛选体系，并建立产高活性糖苷水解酶的微生物菌库；3、通过控制产高活性糖苷水解酶的微生物培养条件等因素实现桑叶黄酮苷的高效率生物转化；4、运用软饮料学原理研制出新型功能性桑茶饮料产品。
科学性、先进性
- 科学性：利用具有自主知识产权的产高活性糖苷水解菌株对具有重要药用功能的天然产物糖苷型桑叶黄酮进行生物转化，构建生物转化过程体系，借此获得生物利用度更高的苷元型黄酮（苷元型黄酮的效价是其糖苷的7倍，且可被生物体直接吸收利用），可以大大促进该物质在体内的生物活性利用。 先进性：采用生物酶解的方法破除植物细胞壁，促进细胞内活性物质的溶出，大大提高了活性物质的提取率。通过一系列单因素实验和响应曲面优化实验，获得酶解提取桑叶黄酮的最佳工艺参数。对比试验结果表明，该方法可以显著提高产物得率且工艺简单、高效可行。 实用性：针对桑叶活性物质特有的抗心血管疾病、糖尿病等药理活性，在前期实验研究结果基础上，结合软饮料工艺学原理，开发出适于亚健康人群的功能性桑茶饮料，以实现科技成果的产业化转化。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 完全转让或合作开发
作品可展示的形式
- 实物、产品及图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明：技术推广应用，产品开发经营 技术特点及优势：融“酶解提取桑叶黄酮，自筛菌株高效生物转化，新型功能性茶饮料制备”于一体，生产工艺过程绿色、环保，符合科学发展理念。 适应范围： 1、酶解法提取工艺可应用于天然活性成分的提取制备；2、自筛菌株研发前景广，可用于生物转化、工程菌开发等领域。3、桑茶饮料清凉止渴、开胃生津，对伤风感冒、目赤肿痛、肝肾亏虚、便秘、失眠、糖尿病和高血压等症都有一定的疗效，不含咖啡碱等成分，在心脑血管疾病预防及辅助治疗方面具有良好效果。另饮料中还含有1-DNJ和桑叶多糖，特别适用于亚健康人群。 推广前景：新型功能性桑茶饮料的制备技术科学含量高、创新性强、应用前景广，还具有天然绿色环保、无害化生产等特点，另外该产品针对广大亚健康人群，特别是心血管疾病、糖尿病等病人，可以作为辅助治疗药物和日常保健饮品，具有十分广阔的消费前景，在进行相关技术优化、降低成本预算和合理运作的前提下，会带来相当可观的经济效益。
同类课题研究水平概述
- 桑树资源自古以来就是药食两用的珍贵材料，现代科学证实了桑树资源的营养成分、药理活性成分等。黄酮类化合物具有多种生物活性及药理作用。在桑叶黄酮的常规提取过程中，由于细胞壁限制作用降低提取的效果。利用纤维素酶处理桑叶，优化酶法提取的工艺参数，为解决黄酮提取得率低这一难题提供了新方法。中南大学的吴梅林用纤维素酶酶解提取银杏黄酮，与单一醇提相比总黄酮得率升高18.92%；浙江工商大学的王芳等研究了酶法提取桑叶黄酮的效果，发现纤维素酶乙醇法提取效果最佳，但并没有获得最佳的提取工艺。以上研究各有其侧重点，虽然与本项目的研究有关联，但存在根本差别。 许多天然黄酮分子都是糖苷化合物。天然糖苷类黄酮不是其活性发挥的最佳形式，生物利用度不高。要提高天然黄酮类化合物的生物利用度，将糖苷型黄酮制备成高活性苷元是个值得深入研究与开发的重要前沿课题，研究重点在糖苷型黄酮向高活性苷元的转化过程，目前已经在国内外医学界得到共识。 关于改变黄酮配糖体的构型以提高生物利用度的方法，主要有化学转化法和生物转化法。目前，国内外多采用化学法水解黄酮糖苷，但是化学转化过程往往对抗氧化作用产生不利影响，且加工过程容易产生环境污染。伍毅等采用β-葡萄糖苷酶水解银杏叶提取物，使糖苷型黄酮转化为苷元型黄酮；吴鹏等应用复合酶法对银杏总黄酮进行提取及生物转化，建立了酶法处理和生物转化的一体化工艺；孙艳梅等进行了黑曲霉β-葡萄糖苷酶水解大豆异黄酮糖苷的研究。截至目前，关于生物转化黄酮的研究主要集中在大豆异黄酮，有少部分涉及银杏黄酮，国内尚没有针对于桑叶黄酮生物转化方面的研究。 另外，本项目涉及到的关键技术之一——颜色反应指示剂辅助筛选产糖苷水解酶菌株的方法在酚类物质生物转化中已经得到很好的应用，为制备生物催化剂提供了有效方法，此法在芦丁转化及桑叶黄酮高质化应用还是首次。国外在生物转化方面的研究较多，如Romanowska 等利用黑曲霉IBT-90产酶并纯化来水解大豆异黄酮得苷元；Pyo Young-Hee等用乳酸菌产β-葡萄糖苷酶水解大豆异黄酮得高活性苷元；以上研究多以大豆异黄酮为载体，而未针对糖苷型桑叶黄酮进行研究。而且，以上研究并未提出相关实用化的方案。因此，本项目利用具自主知识产权的产高活性糖苷水解酶菌株对糖苷型黄酮生物转化制备高活性苷元，大大提高了其生物利用度。
