CN110507681A - 一种高值化利用人参花的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高值化利用人参花的工艺，属于生物技术领域。本发明以人参花为原料，集成现代生物分离技术、生物酶解技术、混菌微生物发酵技术、中草药配伍应用技术，通过微波辅助酶解和复合微生物发酵工艺制备人参花提取液，其中所述超声波辅助酶解采用纤维素酶和蛋白酶，复合微生物发酵包括好氧发酵和厌氧发酵二步发酵；所得人参花提取液人参花多糖提取率显著提升，具有较强的抗氧化能力；提取液可根据应用途径做浓缩、吸附干燥、醇析或树脂纯化等处理，满足在保健、食品、医药、保鲜等领域的高值化利用。
Description
技术领域
本发明涉及一种高值化利用人参花的工艺，尤其是一种利用微生物协同发酵制备高多糖蛋白质提取率和高抗氧化能力的人参花提取液，属于生物技术领域。
背景技术
人参花又名神草花，是五加科人参属植物人参的未开放的伞形花序。在花蕾时期采收，自然供晒而成。人参花全体质脆，易捻碎，有独特的香气，有苦潘味。每棵人参长至3年才开花，每年每颗人参只有一个花序，35公斤的人参，仅能釆收一斤的人参花，经人工采集、日晒、烘干而成，属人参之精华，是天然的补品，属世间珍贵药材，素有“绿色黄金”之称。本草纲目记载:人参花味道甘苦，性温和，适合阴虚火旺不宜用人参滋补者，人参花有特有的香气，饮用人参花茶可解渴，解毒，生津又不耗气，适合餐后热饮。它的营养成分是人参的3.2倍，人参花含有被医学界誉称为“神奇元素”的锗元素，含量丰富，是灵芝的3倍、卢荟的55倍。具有极好的活性，抗氧化性。能帮助消除体内自由基、改善机体环境、使人体的新陈代谢更加旺盛、避免细胞老化、令人精力充沛、同时可增强机体免疫力、防治肿瘤。人参花其中的元素可使食用者气血旺盛，精力充沛，头脑益智，在提神、抗癌、调理胃肠功能、缓解更年期综合征等诸多方面的突出保健效果，现已经得到了世界许多权威机构的认定，被称之为“免疫保健的万能养生品”。
人参花含有人参根中相似的成分，如人参皂苷、多糖、蛋白质、挥发油等多种活性成分。人参皂苷具有补气强身、延缓衰老等作用；人参花多糖具有抗氧化、免疫调节、抗肿瘤、抗辐射、降血糖等多种生物活性，其中人参花多糖的提取是人参花资源化利用的关键所在。回流法是多糖传统提取方法，其具有提取时间较长、能耗高、溶剂消耗量大、得率低和多糖活性相对较低等缺点。近年来，闪式提取(HE)、超声提取(UE)、微波提取(ME)等方法广泛应用于植物多糖的提取，这些方法具有时间短、溶剂用量较小、提取得率高等特点，但不同的多糖提取方法不仅影响多糖的提取效率，而且影响多糖的结构和活性，从而影响人参花提取液的营养特性。建立人参花高抗氧化性和营养性的提取方法是本领域的最主要的技术弊端。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，实现人参花的高值化利用，本发明提供一种高值化利用人参花的工艺，集成现代生物分离技术、生物酶解技术、混菌微生物发酵技术、中草药配伍应用技术，研制开发出多糖提取率高和抗氧化能力强的人参花提取液，实现人参花提取液在保健、医疗和食品等领域的综合利用。该工艺能够有效提高人参花多糖提取率和抗氧化能力，生产工艺简单高效，生产成本低，易于工业化生产。
本发明通过下述技术方案实现上述技术效果：
一种高值化利用人参花的工艺，其特征在于所述人参花通过微波辅助酶解和复合微生物发酵工艺制备，其中所述超声波辅助酶解采用纤维素酶和蛋白酶，复合微生物发酵包括好氧发酵和厌氧发酵二步发酵。
上述微波辅助酶解工艺具体包括如下步骤：将人参花原料清除杂质后粉碎，过80-150目筛，然后加入中草药原料质量比10倍的纯净水，在40～60℃条件下浸泡40～60min；加入中草药原料质量比2～3%的纤维素酶、1～2%的非淀粉多糖酶，在微波辅助提取10min，微波功率为250～400W，然后静置30min以上。
上述好氧发酵工艺具体包括如下步骤：向酶解后的人参花提取液中继续加入10倍纯净水，然后加入发酵液质量比3～5%葡萄糖、0.3～0.5%硫酸铵、0.1～0.2%磷酸二氢钾、0.01%硫酸镁，搅拌均匀；向发酵液中接种黑曲霉和枯草芽孢杆菌，接种量分别为发酵液体积比的2～3%、3～5%；控温28～35℃进行好氧发酵，摇床转速100～150r/min,发酵时间12～24h。
优选的，好氧发酵过程在发酵罐中进行时通风量为0.1～0.2m3/m3.min。
上述黑曲霉的种子液的制备方法为：在无菌条件下，采用土豆培养基在35～40℃条件下培养24h，制得黑曲霉种子液，要求种子液的有效活菌数≥109cfu/mL。
上述枯草芽孢杆菌种子液制备方法为：在无菌条件下，采用LB培养基在28～32℃条件下培养24h，制得液体芽孢杆菌种子液，要求种子液的有效活菌数≥109cfu/mL。
上述厌氧发酵工艺包括如下步骤：好氧发酵结束后接种发酵液质量比2%的乳酸杆菌，控温28～5℃进行好氧发酵，摇床转速100～150r/min,发酵时间12～24h，发酵结束后固液分离得人参花提取液。
优选的，微波辅助酶解时加入人参花质量比3～5%的甘草。
本发明提供一种高值化利用人参花的工艺，所得人参花提取液人参花多糖提取率显著提升，具有较强的抗氧化能力；提取液可根据应用途径做浓缩、吸附干燥、醇析或树脂纯化等处理，满足在保健、食品、医药、保鲜等领域的高效利用。
本发明提供一种高值化利用人参花的工艺，与现有技术相比，具有以下显著优势：
（1）本发明集成现代生物分离技术、生物酶解技术、混菌微生物发酵技术、中草药配伍应用技术，开发出多糖提取率高和抗氧化能力强的人参花提取液，实现人参花提取液在保健、医疗和食品等领域的综合利用；
（2）本发明利用好氧菌（黑曲霉、枯草芽孢杆菌）和厌氧菌（乳酸杆菌）共同发酵中草药原料提取人参花多糖，充分利用微生物间的协同作用，提升人参花多糖的提取率和体外抗氧化能力，其中：黑曲霉能分泌纤维素酶等分解纤维素，打破纤维素对人参花多糖逸出的束缚；枯草芽孢杆菌在高温发酵过程中能够杀灭发酵液中的致病菌，并具有较强的产淀粉酶、蛋白酶等能力，可以将大分子淀粉、蛋白物质降解为微生物所利用；试验结果表明本发明中好氧发酵和厌氧发酵取得了显著的协同增效作用；
（3）采本发明在人参花提取过程中选择性的添加甘草，可以显著人参花提取液的抗氧化能力，并取得了预料不到的技术效果。
具体实施方式
以下实施例中好氧菌种的活化均采用以下方法：
（1）黑曲霉的种子液的制备方法为：在无菌条件下，采用土豆培养基在35～40℃条件下培养24h，制得黑曲霉种子液，要求种子液的有效活菌数≥109cfu/mL。
（2）枯草芽孢杆菌种子液制备方法为：在无菌条件下，采用LB培养基在28～32℃条件下培养24h，制得液体芽孢杆菌种子液，要求种子液的有效活菌数≥109cfu/mL。
实施例1
一种高值化利用人参花的工艺，具体工艺步骤包括：
（1）微波辅助酶解:将人参花原料清除杂质后粉碎，过80-150目筛，然后加入中草药原料质量比10倍的纯净水，在40～60℃条件下浸泡50min；加入中草药原料质量比2.5%的纤维素酶、1.5%的非淀粉多糖酶，在微波辅助提取10min，微波功率为250～400W，然后静置30min以上；
（2）好氧发酵：向酶解后的人参花提取液中继续加入10倍纯净水，然后加入发酵液质量比4%葡萄糖、0.4%硫酸铵、0.15%磷酸二氢钾、0.01%硫酸镁，搅拌均匀；向发酵液中接种黑曲霉和枯草芽孢杆菌，接种量分别为发酵液体积比的2.5%、4%；控温28～35℃进行好氧发酵，摇床转速100～150r/min,发酵时间18h；
（3）厌氧发酵：好氧发酵结束后接种发酵液质量比2%的乳酸杆菌，控温28～5℃进行好氧发酵，摇床转速100～150r/min,发酵时间12h，发酵结束后固液分离得人参花提取液。
实施例2
一种高值化利用人参花的工艺，具体工艺步骤包括：
（1）微波辅助酶解:将人参花原料清除杂质后粉碎，过80-150目筛，然后加入中草药原料质量比10倍的纯净水，并加入人参花质量比3%的甘草，在40～60℃条件下浸泡50min；加入中草药原料质量比2.5%的纤维素酶、1.5%的非淀粉多糖酶，在微波辅助提取10min，微波功率为250～400W，然后静置30min以上；
（2）好氧发酵：向酶解后的人参花提取液中继续加入10倍纯净水，然后加入发酵液质量比4%葡萄糖、0.4%硫酸铵、0.15%磷酸二氢钾、0.01%硫酸镁，搅拌均匀；向发酵液中接种黑曲霉和枯草芽孢杆菌，接种量分别为发酵液体积比的2.5%、4%；控温28～35℃进行好氧发酵，摇床转速100～150r/min,发酵时间18h；
（3）厌氧发酵：好氧发酵结束后接种发酵液质量比2%的乳酸杆菌，控温28～5℃进行好氧发酵，摇床转速100～150r/min,发酵时间12h，发酵结束后固液分离得人参花提取液。
实施例3
一种高值化利用人参花的工艺，具体工艺步骤包括：
（1）微波辅助酶解:将人参花原料清除杂质后粉碎，过80-150目筛，然后加入中草药原料质量比10倍的纯净水，并加入人参花质量比5%的甘草，在40～60℃条件下浸泡50min；加入中草药原料质量比2.5%的纤维素酶、1.5%的非淀粉多糖酶，在微波辅助提取10min，微波功率为250～400W，然后静置30min以上；
（2）好氧发酵：向酶解后的人参花提取液中继续加入10倍纯净水，然后加入发酵液质量比4%葡萄糖、0.4%硫酸铵、0.15%磷酸二氢钾、0.01%硫酸镁，搅拌均匀；向发酵液中接种黑曲霉和枯草芽孢杆菌，接种量分别为发酵液体积比的2.5%、4%；控温28～35℃进行好氧发酵，摇床转速100～150r/min,发酵时间18h；
（3）厌氧发酵：好氧发酵结束后接种发酵液质量比2%的乳酸杆菌，控温28～5℃进行好氧发酵，摇床转速100～150r/min,发酵时间12h，发酵结束后固液分离得人参花提取液。
实施例4 不同工艺条件对人参花提取液营养特性的影响
试验分组：试验分为实施例1-3试验组、对照1组（实施例1好氧发酵前发酵液）、对照2组（实施例1工艺中不含厌氧发酵，其余制备工艺同实施例1）、对照3组（实施例1工艺中不含好氧发酵，其余制备工艺同实施例1）、对照4组（实施例2好氧发酵前发酵液）、对照5组（实施例2工艺中不含厌氧发酵，其余制备工艺同实施例1）、对照6组（实施例2工艺中不含好氧发酵，其余制备工艺同实施例1）、对照7组（实施例3好氧发酵前发酵液）、对照8组（实施例3工艺中不含厌氧发酵，其余制备工艺同实施例1）、对照9组（实施例3工艺中不含好氧发酵，其余制备工艺同实施例1）；
测定指标：
（1）多糖含量的测定采用苯酚硫酸法；
（2）DPPH清除能力测定：取不同的样品溶液于96微孔板中，分别加入0.4mmol/L DPPH溶液15µL，再加入100µL水，混匀后避光保存30min，置于酶标仪517 nm波长处测定吸光度值。清除率(%)=(1-(A1-A2)/A0)×100。式中：A0为只加DPPH溶液的吸光度；A1为加样品和DPPH溶液的吸光度；A2为无水乙醇代替DPPH溶液吸光度；
（3）·O2 -清除能力测定：取不同浓度的样品溶液于96微孔板中，分别加入0.15 mmol/LNBT溶液50µL、0.46 mmol/L还原型辅酶Ι溶液50µL和0.06 mmol/L PMS溶液50 µL。混匀后于25 ℃水浴5min，置于酶标仪560nm波长处测定吸光度。清除率(%)=(1-(A1-A2)/A0)×100。式中：A0为空白对照实验(水代替多糖溶液)的吸光度；A1为样品实验的吸光度；A2为0.2 mol/L磷酸盐缓冲溶液(pH7.0)代替NBT溶液的吸光度；
（4）·OH清除能力的测定：取不同的样品溶液于96微孔板中，分别加入0.75 mmol/L邻二氮菲50µL、pH7.4的0.2mol/L PBS缓冲液100µL、0.75 mmol/L FeSO4溶液50µL以及体积分数0.01% H2O2溶液50µL。混匀后于37 ℃水浴下放置30 min，在536 nm波长处检测吸光度。清除率(%)=(1-(A1-A2)/A0)×100。式中：A0为蒸馏水代替样品的吸光度；A1为样品反应后的吸光度；A2为样品和蒸馏水替代H2O2的吸光度；
表1 不同工艺条件对人参花提取液营养特性的影响
上述试验结果表明，中草药原料间的配伍及发酵菌种间的协同作用对复方中草药人参花多糖的提取及其体外抗氧化能力有着显著的影响。
以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对被发明进行了详细的说明，但对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而对这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种高值化利用人参花的工艺，其特征在于所述人参花通过微波辅助酶解和复合微生物发酵工艺制备，其中所述超声波辅助酶解采用纤维素酶和蛋白酶，复合微生物发酵包括好氧发酵和厌氧发酵二步发酵。
2.根据权利要求1所述的一种高值化利用人参花的工艺，其特征在于所述微波辅助酶解工艺具体包括如下步骤：将人参花原料清除杂质后粉碎，过80-150目筛，然后加入中草药原料质量比10倍的纯净水，在40～60℃条件下浸泡40～60min；加入中草药原料质量比2～3%的纤维素酶、1～2%的非淀粉多糖酶，在微波辅助提取10min，微波功率为250～400W，然后静置30min以上。
3.根据权利要求1所述的一种高值化利用人参花的工艺，其特征在于所述好氧发酵工艺具体包括如下步骤：向酶解后的人参花提取液中继续加入10倍纯净水，然后加入发酵液质量比3～5%葡萄糖、0.3～0.5%硫酸铵、0.1～0.2%磷酸二氢钾、0.01%硫酸镁，搅拌均匀；向发酵液中接种黑曲霉和枯草芽孢杆菌，接种量分别为发酵液体积比的2～3%、3～5%；控温28～35℃进行好氧发酵，摇床转速100～150r/min,发酵时间12～24h。
4.根据权利要求3所述的一种高值化利用人参花的工艺，其特征在于所述好氧发酵过程中发酵罐通风量为0.1～0.2m3/m3.min。
5.根据权利要求3所述的一种高值化利用人参花的工艺，其特征在于所述黑曲霉的种子液的制备方法为：在无菌条件下，采用土豆培养基在35～40℃条件下培养24h，制得黑曲霉种子液，要求种子液的有效活菌数≥109cfu/mL。
6.根据权利要求1所述的一种高值化利用人参花的工艺，其特征在于所述枯草芽孢杆菌种子液制备方法为：在无菌条件下，采用LB培养基在28～32℃条件下培养24h，制得液体芽孢杆菌种子液，要求种子液的有效活菌数≥109cfu/mL。
7.根据权利要求1所述的一种高值化利用人参花的工艺，其特征在于所述厌氧发酵工艺包括如下步骤：好氧发酵结束后接种发酵液质量比2%的乳酸杆菌，控温28～5℃进行好氧发酵，摇床转速100～150r/min,发酵时间12～24h，发酵结束后固液分离得人参花提取液。
8.根据权利要求1所述的一种高值化利用人参花的工艺，其特征在于所述微波辅助酶解时加入人参花质量比3～5%的甘草。
9.按权利要求1-8所述工艺制备的人参花提取液。
10.权利要求9所述人参花提取液在保健、食品、医药、保鲜等领域中的应用。
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