论文部分内容阅读
芦笋(Asparagus officinalis L.)是一种药食同源的名贵蔬菜,我国年产鲜笋≥140万吨。芦笋的初加工产品主要有罐头、速冻食品、芦笋干以及芦笋粉等。在芦笋加工过程中约有占原料总量30～40%的笋皮、老茎等下脚料产生,这些下脚料除了极少一部分作为动物饲料,大部分被丢弃任其自然腐败,既污染了环境,又造成了资源的极大浪费。据测定,这些下脚料中含有丰富的营养物质和活性成分,有些成分的含量甚至高于蔬菜笋,而现有的单一组分利用技术存在能耗高、经济性差、固体废弃物处理等问题。为了解决芦笋废弃资源利用过程中急需解决的上述问题,本研究以生物炼制为思路,首先分级提取芦笋叶绿素、芦笋多糖、芦笋皂苷和β-胡萝卜素等,并进一步合成了绿色食用色素—叶绿素铜钠盐,分离纯化了芦笋多糖,研究了其单糖组成、理化性质及生物活性;将提取芦笋皂苷产生的残渣固态发酵、鲜芦笋下脚料液态发酵制各Bt生物农药,为实现芦笋废弃资源的高值化全利用奠定了基础。本论文得到的主要研究结果如下:
1、在单因素实验的基础上,优化了芦笋叶绿素的超声强化提取工艺,在提取溶剂为80%丙酮:95%乙醇=1:4,提取时间60min,提取温度70℃,料液比1:10,超声功率160W条件之下,芦笋鲜叶中叶绿素提取率为0.287%。
得到了叶绿素铜钠盐合成的最佳皂化条件为:pH11,皂化时间60min,皂化温度60℃,浓缩5倍。采用100W超声处理30秒,或200W超声20秒,可显著促进叶绿素酮酸的聚集,使之易于采用抽滤或离心的方式回收。优化的酸化、铜代的条件为pH3,时间2h,硫酸铜实际用量为理论用量的1.5倍,温度70℃,以鲜叶计产品得率为0.18%(鲜叶含水量62.2%),经检测产品质量符合国家标准GB3262-1982。
叶绿素铜钠盐合成过程所产生的废液经Al2O3柱层析可分离回收β-胡萝卜素,β-胡萝卜素总含量(以鲜叶计)为0.0161%,柱层析后回收率为49.3%,纯度为90%。干燥后的芦笋残渣制备芦笋粗多糖得率为13.3%,其中多糖含量为20.1%;沉淀多糖的乙醇溶液通过蒸馏回收,浓缩膏干燥后得粗芦笋皂苷,皂苷得率为12.3%,含量为14.23%。
2、在单因素实验的基础上,采用BoxBenhnken设计和响应面分析法,设计3因素3水平实验,得到芦笋粗多糖提取的优化工艺条件为:超声功率700W,占空比1.5:1,提取时间45min,料液比1:35。以纯多糖的得率为响应值,获得了芦笋多糖得率对编码自变量超声功率(X1)、提取时间(X2)、料液比(X3)的二次多项回归方程:Y=3.04+0.23X1+0.19X2+0.16X3+0.057X1X2-0.00425X1X3-0.06X2X3-0.74X12-0.14X22-0.21X23。
并按照模型给出的最优提取条件:超声功率600W,占空比1.5:1,提取时间46min,液固比35mL/g,验证实验的多糖得率为3.134%,与预测值接近,验证了模型的正确性。与热水提取法相比,超声循环提取法具有时间短、得率高、低能耗的优点。超声强化提取对多糖的分子量没有影响,而热水提取的芦笋多糖有明显的降解,表现为其电泳迁移率较大。
对芦笋多糖进行了脱色、脱蛋白、分级沉淀等处理,测定了芦笋多糖分子量,分析了芦笋多糖的组分及理化特性。芦笋粗多糖经纯化,纯度提高到72%。采用40%、60%、80%乙醇沉淀所得的芦笋多糖,分子量分别为57539、52296和51061。芦笋多糖由葡萄糖、岩藻糖、阿拉伯糖、果糖、鼠李糖(2.18:1.86:1.50:0.98:1.53)组成。芦笋多糖的红外图谱显示的吸收峰均为多糖特有的吸收峰,芦笋多糖具有β-型糖苷键。
芦笋多糖对羟基自由基(·OH)、DPPH自由基以及超氧阴离子自由基(·O-2)都有一定的清除效果,其中40%乙醇沉淀得到的芦笋多糖对羟基自由基的消除作用接近Vc。芦笋多糖对Hela和BEL-7404细胞有显著的抑制作用,并且具有明显的剂量依赖性。1%浓度的芦笋粗多糖,72小时对Hela细胞和BEL-7404细胞的抑制率分别为54.64%、57.31%。初步纯化后的芦笋多糖对Hela细胞和BEL-7404细胞的抑制率分别为67.86%,57.73%,其中40%乙醇沉淀的芦笋多糖对Hela细胞的抑制率达83.96%,60%乙醇沉淀的芦笋多糖对BEL-7404细胞的抑制率达64.18%。因此,芦笋多糖可作为保健品及抗癌辅助药物的原料药来开发。
3、芦笋提取皂苷产生的残渣固态发酵Bt生物农药的最佳条件为:发酵温度30℃,湿度85%,培养基初始pH值7.4,通气量1～1.2vvm,干发酵产物芽孢数为1.55×1011cfu/gDW,蛋白含量为8.83mg/gDW。
鲜芦笋下脚料在10L发酵罐液态发酵Bt生物农药的最优条件为初始pH8.4,固液比为1:2.2,接种量7%,装液量7L,发酵时间为50h,发酵液最高芽孢数达到1.5×109cfu/mL,最高蛋白质浓度0.69mg/mL。