基本信息
- 项目名称：
- 废弃桑枝中新型皮肤美白因子——桑皮苷与氧化白藜芦醇的提取分离与开发利用研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 桑枝是蚕桑生产中的废弃物，其独特的药效在《本草纲目》等典籍中都有明确记载，历年被国家收录为药食两用药材。本作品研究出了一种利用桑枝生产具有皮肤美白功能的生物活性物质桑皮苷、氧化白藜芦醇的工业化生产工艺，该工艺高效、环保、低碳。该工艺已在XXXXX生物技术有限责任公司进行中试，已签订合作开发协议。本研究促进了桑树资源的综合利用，也为市场提供了廉价、优质的皮肤美白活性成分，服务于爱美大众。
- 详细介绍：
- 本项目首先对桑皮苷与氧化白藜芦醇皮肤美白活性进行了比较分析，在此基础上，研究了一条将桑枝中高含量、皮肤美白活性差的桑皮苷转化为皮肤美白活性好的氧化白藜芦醇，并对桑皮苷、氧化白藜芦醇的工业化提取纯化工艺进行了研究和优化，该工艺已在XXXXX生物技术有限责任公司进行中试和合作开发。 桑枝作为传统中药，始载于《神龙本草经》、《本草纲目》等药典，一直沿用至今，亦被国家列为药食两用药材。目前，在我国的蚕桑生产中，桑枝条大都被废弃，或作燃料，利用价值极低。现代研究表明桑枝中含有一类二苯乙烯类生物活性成分——桑皮苷、氧化白藜芦醇等，具有皮肤美白（抑制酪氨酸酶）和祛斑（抗氧化和色素沉积）的作用。在桑皮中，桑皮苷的含量(干物质含量高达1.732%)远远高于氧化白藜芦醇的含量(干物质含量为0.0725%)，其美白活性却远远低于氧化白藜芦醇。Huang和Jeong-Keun等人认为，桑皮苷可转化成氧化白藜芦醇。基于此，我们对桑皮苷转化成氧化白藜芦醇的工业方法以及氧化白藜芦醇工业生产工艺进行了探索，同时，进一步挖掘桑皮苷、氧化白藜芦醇的其它重要生物活性,为桑皮苷、氧化白藜芦醇成为一种新型美白因子而在美白化妆品中加以利用奠定基础，同时为蚕桑生产中桑枝副产物的废物利用开辟新思路和途径。 在查阅国内外大量文献，对桑树活性物质进行总体分析总结的基础上，本作品首先对桑皮苷、氧化白藜芦醇的抗氧化、皮肤美白等生物活性进行研究，重点对桑皮苷和氧化白藜芦醇的抑制酪氨酸酶的活性进行验证，继而从酸解、碱解、酶解、Smith裂解法、盐酸丙酮法等水解理论和方法入手，对桑皮苷转化为氧化白藜芦醇的方法和技术进行探索，寻求一种安全、高效、低碳的工业生产技术；同时，从提取技术、色谱分离方法和材料等角度出发，优化出了一种提取纯化桑皮苷和氧化白藜芦醇的工业化技术路线，从而以蚕桑副产物——桑枝为原料，工厂化生产高纯度桑皮苷、氧化白藜芦醇，以用于美白化妆品的开发和生产。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的：本项目是以蚕桑产业副产物——桑枝为材料，生产皮肤美白活性物质桑皮苷和氧化白藜芦醇，从而变废为宝、提高蚕业经济效益，又为新型美白化妆品的生产提供原料，满足市场需求。 思路：在对桑皮苷与氧化白藜芦醇皮肤美白生物活性进行验证后，对桑皮苷向氧化白藜芦醇进行转化的技术进行攻关研究，极显著地提高用桑枝生产氧化白藜芦醇的产量，并进行氧化白藜芦醇的生产工艺研究，继而在企业转化，合作开发。
科学性、先进性及独特之处
- 本项目具有以下特点： 1、探索出了一种从蚕桑废弃物——桑枝中高效生产重要生物活性物质桑皮苷、氧化白藜芦醇的工艺，该工艺低碳、环保、高效； 2、研究出了一条简单、高效的桑皮苷向氧化白藜芦醇转化的技术路线； 3、利用了一种通过化学结构相似性与生物活性试验相结合的快速探明物质新活性的研究思路。
应用价值和现实意义
- 本项目以桑枝开发生产美白活性物质具有较大的现实意义： 1、将废弃桑枝进行开发利用，变废为宝，增加桑树经济附加值，显著提蚕业经济效益； 2、氧化白藜芦醇是目前市场上被公认美白效果最好的活性成分——熊果苷的数十倍，并且纯天然； 3、该工艺过程不使用任何有毒有机溶剂，安全、低成本； 4、氧化白藜芦醇除具有皮肤美白效果外，还具有降血糖、抗氧化等多种重要生物活性，可在保健、医疗等领域进行利用。
学术论文摘要
- 本项目针对我国桑树资源被大量浪费的现实状况，在查阅国内外大量文献资料，对桑树生物活性物质及其药理研究分析总结的基础上，选择桑枝为材料进行研究。首先，综述了桑树的生物活性物质与药理作用，并重点对本项目研究对象——桑皮苷、氧化白藜芦醇的国内外研究状况及其提取分离、生物活性等进行了总结分析和综述，进而对桑皮苷、氧化白藜芦醇等抑制酪氨酸酶活性、抗氧化、清除自由基等进行研究，并探索出了一种可用于工业生产的、桑皮苷转化为氧化白藜芦醇的技术路线和氧化白藜芦醇分离纯化工艺，并应用于企业生产。这将为开发新型皮肤美白产品、桑树资源的综合利用与蚕桑产业的发展奠定一定基础。
获奖情况
- 以该作品为研究内容撰写的科技论文： 1、《桑白皮中白藜芦醇、氧化白藜芦醇和桑皮苷的抗氧化活性研究》（被中文核心期刊《食品科学》收录，近期刊发）； 2、《药桑的生物活性成分及药理作用研究进展》（刊发于中文核心期刊《蚕业科学》20XX年第XX期）； 3、《Advances In The Study Of Oxyresveratrol》（已完成，正投稿于外文核心期刊《BioPharm International》）； 2010年11月在XX大学举办的第二届“XX杯”学生课外学术科技作品竞赛中获得自然科学类学术论文项目“一等奖”
鉴定结果
- 研究出极显著提高氧化白藜芦醇含量的方法；优化出桑皮苷、氧化白藜芦醇的工业生产工艺，并已在企业转化；发表文章2篇，投稿文章1篇。 该作品正在查新，因提交时间紧迫，查新报告只附于纸质作品
参考文献
- [1] 徐 立，周 林，伍 春. 超声波法提取桑根皮中桑皮素A的工艺研究[J].食品科学,2009:144-147. [2] 王世盛，赵伟杰，刘志广.天然多羟基芪化合物的生物活性[J ].国外医药 • 植物药分册,2001,16(1):9-11. [3] Likhitwitayawuid K. Stilbenes with tyrosinase inhibitory activity[J]. Current Science,2008:44-52. [4] Huang H，Chen G，Lu Z，et al . Identification of seven metabolites of oxyresveratrol in rat urine and bile using liquid chromatography/tandem mass spectrometry[J]. Biomedical Chromatography, 2010,24(4): 426-432. [5] İlhami Gülçin.Antioxidant properties of resveratrol:A structure–activity insight[J]. Innovative Food Science and Emerging Technologies,2010: 210-218. [6] Kim M, Meng X, Kim A et al. Developing a long-lasting tyrosinase inhibitor from Morus alba L.[J]. Cosmetic and Toiletries,2006,121(3): 91-102. [7] Nam-Ho Shin,Shi Yong Ryu,Eun Ju Choi, et al. Oxyresveratrol as the Potent Inhibitor on Dopa Oxidase Activity of Mushroom Tyrosinase[J]. Biochemical and biophysical research communications,1998: 801-803.
同类课题研究水平概述
- 皮肤中黑色素的不正常沉积导致雀斑、黄褐斑的产生。黑色素的形成是因为人体中酪氨酸被酪氨酸酶催化形成黑色素所致。苯醌、曲酸、维生素及其衍生物等曾作为美白成分，但均存在对人体有伤害，或自身不稳定等缺陷。目前，植物活性成分——熊果苷为市场上公认皮肤美白活性最好的物质，但研究发现，化妆品中熊果苷含量高于3%时才具有美白活性，而且该浓度下的化妆品经曝晒或长时间使用会阻碍细胞生长，发生细胞毒害。因此，研究者正在研究其衍生物，或寻找新的、天然的美白因子。 蚕桑为我国经济支柱产业之一，每年蚕桑生产废弃桑枝千万余吨，它们或被燃烧，或野外腐烂，造成环境污染；少数用于培养食用菌、生产木地板等，却未取得较好的经济效益。 《神农本草经》、《本草纲目》等药典记载桑枝治疗多种疾病。现代研究表明，桑枝富含二苯乙烯、黄酮、生物碱等，具有多种生物活性，特别是以白藜芦醇、桑皮苷、氧化白藜芦醇为代表的二苯乙烯类物质具有降血糖、防癌、抗HIV等活性。 国内外对白藜芦醇的开发已多年，但桑皮苷与氧化白藜芦醇的研究却较少。这两种物质具有抗氧化、清除自由基与抑制酪氨酸酶活性。桑皮苷还具有阵痛、抗炎等作用；氧化白藜芦醇具有抑制细胞凋亡与保护神经细胞等作用。徐立等人指出桑皮苷在某些桑树枝条中的含量高达1.734%，氧化白藜芦醇的含量仅为0.0725%。Jeong-Keun等人发现，氧化白藜芦醇抑制酪氨酸酶活性的IC50为0.49uM，明显优于桑皮苷（53.6uM）。 本项目组研究发现，桑皮苷在某些桑枝中的含量高达4%，氧化白藜芦醇含量最高仅为0.07%左右；以市场上公认皮肤美白效果最好的活性物质——熊果苷为对照进行抑制酪氨酸酶活性研究时发现，桑皮苷、氧化白藜芦醇与熊果苷的IC50分别为15.04ug/mL、30ug/mL与179.88ug/mL；氧化白藜芦醇在清除自由基方面也明显优于桑皮苷和熊果苷。 前人大多停留在对桑皮苷与氧化白藜芦醇生物活性、含量的研究，均未涉其提取、分离、纯化技术工艺的研究，同时，对桑皮苷与氧化白藜芦醇的结构分析显示，桑皮苷为氧化白藜芦醇的双糖苷，两者结构极具相似性，在理论上具有相互转化的可能。 对桑皮苷向氧化白藜芦醇高效转化的方法进行研究，同时对从桑枝中提取、纯化桑皮苷、氧化白藜芦醇，并优化其工业化生产工艺具有重要的现实意义。
