响应面法优化蛹虫草类胡萝卜素抗氧化剂的酶辅助提取工艺外文翻译资料

 2023-01-07 10:39:52

DE GRUYTER 《国际食品工程学报》2017;20160173

王白娟1/杨庆松2/陈婷1/秦向东1,3/马俊荣1/闫兆1,3

响应面法优化蛹虫草类胡萝卜素抗氧化剂的酶辅助提取工艺

摘要:运用Box-Behnken中心组合设计，采用响应面法(RSM)优化蛹虫草中类胡萝卜素抗氧化剂的提取条件。研究了酶辅助提取法(EAE)对蛹虫草类胡萝卜素抗氧化剂DPPH自由基清除活性成分的优化工艺。最优条件如下:pH值为4.1, 提取时间为40.4分钟,提取温度为48.7°C和0.43%酶(纤维素:果胶酶＝1:1,)浓度。在这些条件下,DDPH自由基清除活性成分提取率为81.62plusmn;2.26%,这表明BBD是一种有效的方法来开发数学模型预测类胡萝卜素的抗氧化提取。蛹虫草类胡萝卜素抗氧化剂的成功提取为蛹虫草资源的开发利用提供了基础。

关键词:抗氧化剂，类胡萝卜素，蛹虫草，酶辅助提取，响应面法

1介绍

冬虫夏草是一种常见的食用菌，在中国和日本被广泛用作有益健康的功能性食品。近年来，许多研究表明，冬虫夏草具有很高的营养价值，并具有许多与抗氧化剂[1-3]、抗肿瘤[4]和抗菌活性[5]有关的药理作用。根据文献记载，蛹虫草中的抗氧化剂是腺苷和虫草素[6-10]。此外，蛹虫草含有丰富的类胡萝卜素，是重要的活性成分。分离鉴定了蛹虫草果实中新的类胡萝卜素。四种虫草素具有高度的水溶性，以beta;-胡萝卜素为标准[2]，在447nm处直接定量。天然色素负责各种动植物的着色。类胡萝卜素是一类黄色、橙红色或红色的多烯化合物，由于类胡萝卜素与食用色素和营养补充剂的双重作用，被广泛应用于食品、化妆品和饲料添加剂中。近年来，医学研究表明类胡萝卜素具有抗肿瘤、抗心血管疾病、抗白内障等功能[6-10]。

植物细胞壁主要由纤维素组成，这就导致了提取效果不佳。微波和超声辅助提取可以破坏细胞壁，但这些方法消耗大量能量，效率较低。近年来，酶辅助技术被广泛应用于从许多植物中提取具有生物活性的化合物。虽然从植物中提取类胡萝卜素的技术多种多样，但酶辅助提取技术(EAE)具有环保、高效、易操作等优点。在之前的研究中，各种酶被用来水解细胞壁和蛋白质的结构[14,15]。水解酶包括纤维素酶和果胶酶，常用来水解和降解细胞壁成分，提高细胞内内容物的释放[15]。

此外，细胞壁降解酶已成功地应用于各种植物材料[16-18]化合物的高效提取。据我们所知，利用酶从蛹虫草中提取类胡萝卜素之前没有报道。因此，本研究的目的是探讨蛹虫草类胡萝卜素EAE的可行性，并评价其体外抗氧化活性。采用Box-Behnken设计（BBD）结合响应面法（RSM）分析了EAE运行因素之间的相互作用。因此，本研究的实验优化了蛹虫草类胡萝卜素的EAE。本研究的第一个目标是通过评估抗氧化活性和在给定温度范围内获得最大抗氧化活性所需的酶复合物，优化从蛹虫草中提取类胡萝卜素的酶法。其次，本研究建立了一个描述类胡萝卜素提取动力学的最佳模型，允许在线监测和自动控制。研究结果将有助于进一步开发利用该资源。

2材料与方法

2.1材料和试剂

培养的蛹虫草是从中国云南省昆明市食用菌研究所获得的。乙酸乙酯和95%乙醇购自天津丰川化学试剂科技有限公司。纤维素酶(15000 U/g)、果胶酶(50 U/g)和木瓜蛋白酶(6000 U/mg)分别取自国药控股(上海)化学试剂有限公司。2,2-二苯基-1-吡啶肼(DPPH)购自美国密苏里州圣路易斯的Sigma-Aldrich公司。

2.2仪器设备

FA1204B电子天平(上海精密科学仪器有限公司上海中国);DFT-100小样本粉碎机(北京科斯佳科技有限公司，北京)HWS-24型电热恒温水浴器(上海乙恒科学仪器有限公司，上海)

2.3样品制备

通过60目筛网，将蛹虫草子实体磨成粉末。粉末用于提取类胡萝卜素。将1.0 g粉体与10ml(丙酮/ 95%乙醇，2:1,v/v)溶剂混合。提取液以10000 rpm离心分离10 min。上清液过滤。以OD447的吸附值表征蛹虫草中类胡萝卜素的含量。测定了各样品在447 nm处的吸光度。基于所建立的方法，由中国云南大学工业沼气技术工程研究中心进行分析。

2.4 DPPH自由基清除活性测定

采用改进的DPPH法测定蛹虫草提取物的自由基清除活性。用提取液(2mg /mL)进行连续稀释。溶液(各2ml)与新鲜0.1 mM DPPH溶液(2ml)在甲醇中混合。剧烈摇晃后,反应混合物在黑暗中留出30分钟的37°C。在517 nm处记录吸光度。同时测定了未添加提取物的对照样品，计算结果为DPPH自由基清除活性(%)，用以下公式表示:

DPPH自由基清除活性(%)= (Acontrol-Asample / Acontrol)times;100。

2.5单因素实验

为了确定类胡萝卜素抗氧化剂的最佳提取方法，设计了RSM法。独立变量是pH值(X1)、(X2,分钟)提取时间,提取温度(X3,°C)和酶浓度(X4, %)。以DPPH自由基清除活性(Y)作为设计实验的响应。然后，采用三水平四因子Box-Behnken阶梯式设计(design Expert software，试用版8.0.6,state - ease Inc.， Minneapolis, MN, USA)确定提取变量对蛹虫草DPPH自由基清除活性的最佳组合。

2.6响应面方法

采用RSM法建立了蛹虫草抗氧化剂的最佳提取条件。四个独立变量的影响,pH值(3 - 5),提取时间(40 - 80分钟),提取温度(30 - 50°C)和酶的浓度(0.30 -0.50%)对DPPH自由基清除活性研究使用四因子BBD-RSM实验确定最优运行参数的提取过程。

2.7统计方法

数据分析由分析软件设计专家8.0.6 (state - ease, Inc.)进行。

3结果与讨论

3.1类胡萝卜素抗氧化剂提取工艺中酶的选择

摘要采用95%乙醇、乙酸乙酯、石油醚和丙酮四种食品级溶剂进行初步提取，得到了一种适合于蛹虫草中提取高浓度类胡萝卜素的溶剂;使用传统方法在40°C为60分钟。95%乙醇提取物和丙酮类胡萝卜素含量和DPPH自由基清除活性最高。初步实验确定了理想的丙酮(mL)与乙醇(mL)体积比。不同比例(1:1,1:2,1:3,2:1、3:1)评估了一式三份,和提取温度和提取时间是40°C 60分钟,分别。分析提取后,溶剂比例最大的类胡萝卜素含量和DPPH自由基清除是11.01毫克/ 10 g干物质和42.01plusmn;2.01%,分别。因此，丙酮/ 95%乙醇(2:1)的比例是有利的。水解酶对类胡萝卜素含量的影响见表2。水解酶(52.12 - 68.32%)对DPPH自由基清除活性高于对照组(42.01%，无en-zyme)。纤维素酶、果胶酶和木瓜蛋白酶均能显著提高DPPH自由基清除活性。采用含纤维素酶果胶酶（1/1，w/w）的混合物进行后续研究，DPPH自由基清除率为68.32plusmn;1.75%。所选酶混合物在提取过程中的有效作用归因于纤维素和果胶的降解，这会破坏细胞壁的结构完整性，增加DPPH自由基清除活性。

以冬虫夏草多糖、叶黄素、虫草素、虫草酸、类胡萝卜素等抗氧化活性及相关化合物为活性成分。与类胡萝卜素相比，蛹虫草多糖具有较强的DPPH自由基清除活性。

3.2 pH对类胡萝卜素含量和DPPH自由基清除活性的影响

pH、提取时间、提取温度和酶浓度对蛹虫草类胡萝卜素含量和DPPH自由基清除活性的影响分别如图1和图2所示。研究了pH对DPPH自由基清除活性的影响，设置其他实验参数为:提取时间60 min;萃取温度、40°C;酶浓度，0.4%。类胡萝卜素含量和DPPH自由基清除活性在pH 4.0时最高，分别为12.98 mg/10 g和76.05%。当pH值从3.0增加到4.0时，类胡萝卜素含量和DPPH自由基清除活性增加。当pH值从4.0增加到7.0时，类胡萝卜素含量和DPPH自由基清除活性随着pH值的增加而降低，说明酶活性在酶的最佳pH值范围之外有所降低。

3.3提取时间对类胡萝卜素含量和DPPH自由基清除活性的影响

研究提取时间对类胡萝卜素含量和DPPH自由基清除活性的影响，实验参数设置为:pH, 4.0;萃取温度、40°C;酶浓度，0.4%。结果如图1和图2(b)所示。类胡萝卜素含量最高，对DPPH自由基清除活性最高，分别为12.79 mg/10 g干物质和75.83%。当萃取时间从20分钟增加到60分钟时，清除率提高，但从60分钟减少到100分钟。

3.4提取温度对类胡萝卜素含量和DPPH自由基清除活性的影响

研究了提取温度对类胡萝卜素含量和DPPH自由基清除活性的影响，实验参数设置为：提取时间60分钟；pH值4.0；酶浓度0.4%（图1（c）和图2（c））。在40℃时，最高的类胡萝卜素含量和DPPH自由基清除活性分别为12.65mg/10g干物质和74.83%。当萃取温度从20°C提高到40°C，净化率从40°C降低到60°C 。

3.5酶浓度对类胡萝卜素含量和DPPH自由基清除活性的影响

研究了酶浓度对类胡萝卜素含量和DPPH自由基清除活性的影响，实验参数设置为:提取时间60 min;萃取温度、40°C;pH值4.0。图1(d)和图2(d)显示，当酶用量分别从0.10 ~ 0.40%和0.40 ~ 0.50%时，类胡萝卜素含量和DPPH自由基清除活性在0.4%时最高，分别为12.46 mg/10 g干物质和74.21%。

3.6响应面优化

采用RSM法优化提取条件，获得蛹虫草类胡萝卜素的最大抗氧化活性。初步研究了pH值、提取时间、提取温度、酶用量等因素对蛹虫草类胡萝卜素抗氧化活性的影响。优化蛹虫草抗氧化剂类胡萝卜素的4个单独参数共29次。实验数据如表3所示。三个级别的pH值(3、4、5),提取时间(40、60、80分钟),提取温度(30、40、50°C)和酶用量(0.30,0.40,0.50%)。RSM实验设计采用DPPH自由基清除活性作为响应面。

将数据与实验结果进行拟合，得到如下回归方程Y =75.17minus;7.52 X1minus;8.67 X2 3.95 X3minus;2.99 X4 4.06 X1X2minus;1.33 X1X3 minus;10.95 X1X4minus;0.43 X2X3minus;3.76 X2X4 1.85 X3X4minus;15.33 X12minus;12.67X22minus;6.18X32 2.13X42。响应面二次模型方差分析如表4所示。如表4所示，模型f值23.15意味着模型是重要的。只有0.01%的可能性会因为噪音而产生如此大的“F型值”。“probgt;f”小于0.0500表示模型项非常重要。在这种情况下X1、X2、X3、X4、X1X4、X2X3、X12、X22、X32是重要的模型术语。大于0.1000的值表示模型项不重要。

数据分析采用Design-Expert 8.0.6软件进行。响应面和等值线图从三维响应面图和等高线图可以直接看出各因素之间的相互作用。等高线图可以反映相互作用的强度。当等值线图为椭圆时，说明两个自变量的相互作用显著。而圆形等高线图被认为不显著[21-23]。

响应面和等高线图显示了pH、提取时间、提取温度和酶浓度对蛹虫草类胡萝卜素清除DPPH自由基活性的影响。pH和提取时间(固定提取温度和时间下，DPPH自由基清除活性对pH和提取时间的依赖性);pH和提取温度(在提取时间和酶浓度下，pH和提取温度对

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

英语原文共 10 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[278979]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word

原文和译文剩余内容已隐藏，您需要先支付 30元 才能查看原文和译文全部内容！立即支付

以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。

您可能感兴趣的文章