一种提高植物化合物营养品质的方法
阅读：363发布：2023-12-31
专利汇可以提供一种提高植物化合物营养品质的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种提高 植物 化合物 营养品 质的方法，属于现代营养 食品加工 技术领域。本发明以一种具有特定环化树枝状结构的 淀粉 作为载体，通过物理场辅助固态分散技术制备植物化学物-环化树枝状淀粉包合物，从而提高脂溶性功能因子的营养品质。本发明的产品解决天然植物化合物低 溶解度 、低 生物 利用度等难题，其应用范围可涉及到功能食品、医药、 化妆品 等领域。，下面是一种提高植物化合物营养品质的方法专利的具体信息内容。
1.一种提高植物化合物营养品质的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)环化树枝状淀粉的制备：将脱脂淀粉分散于溶剂中得到1g/mL-5g/mL淀粉悬浮液，添加酸催化剂进行淀粉降解反应；降解完成后，将得到的淀粉降解产物溶于缓冲液中，加入转苷糖酶制剂，所述转苷糖酶制剂包括：利用古生菌或细菌活化培养、发酵产酶所得的微生物源转苷糖酶制剂，或者利用谷物籽粒胚乳提取获得的植物源转苷糖酶制剂；所述转苷糖酶制剂的糖链支化活力与解聚活力的比值大于30；
(2)将步骤(1)中的环化树枝状淀粉分散于水中配置0.5-10mg/mL环化树枝状淀粉溶液，然后加入植物化合物混合均匀，即得植物化合物-环化树枝状淀粉包合物；其中环化树枝状淀粉与植物化合物的质量比为(1-10)：(0.5-10)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)是将环化树枝状淀粉和植物化合物分别分散于水中配制成环化树枝状淀粉溶液和植物化合物溶液，然后再进行混合。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述植物化合物溶液的浓度为0.2-0.5mg/mL。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述植物化合物溶液与环化树枝状淀粉溶液的质量比为5:1-20:1。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中酸催化剂包括磷酸、硼酸、有机磺酸、盐酸盐、硫酸盐中任意一种或多种。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中古生菌或细菌活化培养的方法包括如下步骤：在无菌条件下，取甘油管保存的菌液，接种到灭菌后的种子LB培养基中培养；所述发酵产酶包如下步骤：活化后，接种于发酵LB培养基中，恒温摇床培养至菌体浓度OD 600＝0.6，10000rpm离心15min，弃上清收集菌体，冻干粉碎等步骤得到酶制剂。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中植物源转苷糖酶制剂的制备包括如下步骤：称取灌浆期的谷物籽粒，加入缓冲液，经过匀浆、过滤、离心获得粗酶液，再经过离子交换柱和凝胶色谱分离纯化，收集活性成分后冻干处理得到酶制剂。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述植物化合物包括姜黄素、槲皮素、β-胡萝卜素、叶黄素、番茄红素、辣椒素、白藜芦醇、植物固醇等天然产物一种或多种脂溶性功能因子。
9.权利要求1-8任一所述方法制备的植物化合物-环化树枝状淀粉包合物。
10.权利要求9所述的植物化合物-环化树枝状淀粉包合物在功能食品、医药、化妆品领域中的应用。
一种提高植物化合物营养品质的方法
技术领域
背景技术
[0002] 近年来，我国面临着新的严峻形势：人口基数大，营养缺乏与营养结构失衡并存，疾病 谱较广，发展中国家与发达国家的疾病谱并存；由于膳食结构不尽合理致使非传染性的慢性 疾病人数剧增，糖尿病以及糖尿病前期患者有2.5亿人，高血脂症患者人数为9000万人，肥 胖症患者超过7000万人；步入老龄化社会，60岁及以上老年人口有2.41亿人，老年保健和 老年病的问题日趋严重。《中国食物与营养发展纲要(2014-2020年)》提出重点发展营养健 康食品，控制营养性疾病增长，构建“大健康”格局。因此，发展功能食品对于提高人民身体 健康水平，节约医疗费开支具有重要作用。
[0003] 植物化合物是由植物代谢产生的多种低分子量的末端产物，它们能够保护机体，抵抗各 种各样的疾病，被誉为“植物给予人类的礼物”。根据化学结构或生物学作用，植物化合物主 要分为类胡萝卜素、酚类化合物、植物固醇、蛋白酶抑制剂、萜类、含硫化物和植酸等。然 而，许多天然活性组分存在熔点高、水溶性差、易氧化分解、不易被人体消化吸收等特性， 因此设计有效的活性组分传递系统来提高生物活性物质的利用率在该领域具有迫切的需求。 目前，天然营养素都是开发以环糊精、蛋白质、脂质为基质载体，构建植物化学物微囊及乳 液产品，但是，现有用环糊精为壁材的微胶囊产品虽然能够提高芯材的稳定性，但是在水相 中溶解性和生物利用率低的问题一直没有解决；以蛋白质为乳化剂的乳液对环境敏感易在等 电点或高离子强度下发生聚集、絮凝和沉淀，导致体系不稳定性，不适用于一些食品体系； 脂质载体等在胃肠道环境下易受pH或酶的影响，发生结构损坏并错位释放活性组分，从而 无法增强其靶向细胞吸收且工艺复杂。基于上述原因，提供一种提高天然植物化合物营养品 质的方法是非常大的应用前景。
发明内容
[0005] 本发明通过如下技术方案实现：以新型环化树枝状淀粉为载体，通过物理场辅助固态分 散技术制备植物化学物-树枝状淀粉包合合物，从而提高脂溶性功能因子的营养品质。
[0006] 本发明的第一个目的是提供一种提高植物化合物营养品质的方法，所述方法包括如下步 骤：
[0007] (1)环化树枝状淀粉的制备：将脱脂淀粉分散于溶剂中得到1g/mL-5g/mL淀粉悬浮液， 添加酸催化剂进行淀粉降解反应；降解完成后，将得到的淀粉降解产物溶于缓冲液中，加入 转苷糖酶制剂；所述转苷糖酶制剂包括：利用古生菌或细菌活化培养、发酵产酶所得的微生 物源转苷糖酶制剂，或者利用谷物籽粒胚乳提取获得的植物源转苷糖酶制剂；所述转苷糖酶 制剂的糖链支化活力/解聚活力>30；
[0008] (2)将步骤(1)中的环化树枝状淀粉分散与水中配置0.5-10mg/mL环化树枝状淀粉溶 液，然后加入植物化合物混合均匀，即得植物化合物-环化树枝状淀粉包合物；其中环化树枝 状淀粉与植物化合物的质量比为(1-10)：(0.5-10)。
[0009] 在本发明的一种实施方式中，所述酶制剂的糖链支化活力是指降低线性淀粉-碘复合物在 660nm处吸光率的活力，且是基于转苷糖酶制剂切断α-1,4糖苷键并转移至另一个葡萄糖残基 从而形成环形链结构来减少线性淀粉片段的能力，具体测试方法：支化活力(U/mL)＝[(线性淀 粉-碘复合物在660nm的吸光值-加入酶制剂后的线性淀粉-碘复合物在660nm的吸光值)/(线性 淀粉-碘复合物在660nm的吸光值)]×100/10×20。糖链解聚活力是指：指淀粉分子量降低的活 力，即在糖酶催化最适温度和pH条件下，转苷糖酶制剂作用
1g淀粉底物反应8h时将淀粉 分子量降至500000Da所需酶的量。具体测试方法：分子量降低活力(U/mL)＝1/[(淀粉分子量 降至500000Da所需的酶量/1000)×(1000mg/样品质量)]。
其中所述的活力均是在70℃、pH 7.0 条件下测定的。
1g淀粉底物反应8h时将淀粉 分子量降至500000Da所需酶的量。具体测试方法：分子量降低活力(U/mL)＝1/[(淀粉分子量 降至500000Da所需的酶量/1000)×(1000mg/样品质量)]。
其中所述的活力均是在70℃、pH 7.0 条件下测定的。
[0010] 在本发明的一种实施方式中，所述步骤(2)是将环化树枝状淀粉和植物化合物分别分散 于水中配制成环化树枝状淀粉溶液和植物化合物溶液，然后再进行混合。
[0011] 在本发明的一种实施方式中，所述植物化合物溶液的浓度为0.2-0.5mg/mL。
[0012] 在本发明的一种实施方式中，所述植物化合物溶液与环化树枝状淀粉溶液的质量比为 5:1-20:1。
[0015] 在本发明的一种实施方式中，所述步骤(1)中酸催化剂的pH为2.5-4.0。
[0017] 在本发明的一种实施方式中，所述转苷糖酶制剂的糖链支化活力/解聚活力>30。所述转 苷糖酶制剂可来源于古生菌、细菌、植物中任意一种或多种。
[0018] 在本发明的一种实施方式中，所述古生菌或细菌活化培养的方法包括如下步骤：在无菌 条件下，取甘油管保存的菌液，接种到灭菌后的种子LB培养基中培养；所述发酵产酶包如 下步骤：活化后，接种于发酵LB培养基中，恒温摇床培养至菌体浓度OD 600＝0.6，
10000rpm 离心15min，弃上清收集菌体，冻干粉碎等步骤得到酶制剂。
10000rpm 离心15min，弃上清收集菌体，冻干粉碎等步骤得到酶制剂。
[0019] 在本发明的一种实施方式中，所述微生物源包括：嗜热脂肪芽孢杆菌Bacillus stearothermophilus ATCC 7953、极端嗜热菌Calditerricolayamamurae UTM801CGMCC 6185、 极端嗜热球菌Streptococcus thermophilus ATCC 14485、嗜热栖热菌Thermus thermophilesATCC33923、嗜热古细菌Aeropyrumpernix K1(可购自日本工业技术院)。
[0020] 在本发明的一种实施方式中，所述植物源转苷糖酶制剂的制备包括如下步骤：称取灌浆 期的谷物籽粒，加入缓冲液，经过匀浆、过滤、离心获得粗酶液，再经过离子交换柱和凝胶 色谱分离纯化，收集活性成分后冻干处理得到酶制剂。
[0021] 在本发明的一种实施方式中，所述步骤(1)中环化树枝状淀粉的具体包括如下步骤：
[0022] (1)每称取10-25g经过脱脂处理的淀粉悬浮于6-10mL无水乙醇，继续添加10-100mL 酸催化剂溶液后在20-60℃反应30-120min，反应结束后中和pH值、分级沉淀、洗涤干燥；
[0023] (2)将淀粉降解产物溶于50-100mL磷酸盐缓冲液(pH 7.0)配成质量浓度为2％-30％的 溶液，置于70℃水浴加热30-60min后，然后加入600-1000U转苷糖酶制剂并保温反应8-16 h；
[0024] (3)加热灭酶活、离心处理，将所获得上清液进行真空干燥处理，即得目标产物。
[0025] 在本发明的一种实施方式中，所述步骤(2)是在30-50℃环境下对植物化合物与环化树 枝状淀粉进行混合。
[0026] 在本发明的一种实施方式中，所述混合是以转速1000-4000rpm搅拌0.5-5h。
[0027] 在本发明的一种实施方式中，所述步骤(2)中混合后，还可以在10000-15000rpm均质 1-5min。
[0028] 在本发明的一种实施方式中，均质后还可以置于超声中，控制功率为200-500W，在0-10℃ 下处理2-20min。
[0029] 在本发明的一种实施方式中，所述步骤(2)还包括：混合均匀后，离心处理混合的体系， 取上清液，干燥即得植物化合物-环化树枝状淀粉包合物。
[0030] 在本发明的一种实施方式中，所述方法具体包括如下步骤：
[0031] (1)每称取10-25g经过脱脂处理的淀粉悬浮于6-10mL无水乙醇，继续添加10-100mL 酸催化剂溶液后在20-60℃反应30-120min，反应结束后中和pH值、分级沉淀、洗涤干燥； 将淀粉降解产物溶于50-100mL磷酸盐缓冲液(pH 7.0)配成质量浓度为2％-30％的溶液，置 于70℃水浴加热30-60min后，然后加入600-1000U新型转苷糖酶制剂并保温反应8-
16h； 加热灭酶活、离心处理，将所获得上清液进行真空干燥处理，得到环化树枝状淀粉；
16h； 加热灭酶活、离心处理，将所获得上清液进行真空干燥处理，得到环化树枝状淀粉；
[0032] (2)称取一定质量的环化树枝状淀粉和天然植物化合物，其中前者溶解于纯净水配成质 量百分比浓度0.5-10mg/mL，后者溶解于无水乙醇配成质量百分比浓度0.2-0.5mg/mL。
[0033] (3)按照5:1-20:1比例将客体植物化合物溶液添加到主体环化树枝状淀粉溶液，置于在 30-50℃水浴中并以转速1000-4000rpm搅拌0.5-5h，然后在10000-15000rpm均质1-5min。
[0035] (5)离心处理，将所获得上清液进行真空干燥处理，即获得高营养品质的植物化合物- 环化树枝状淀粉包合物。
[0036] 在本发明的一种实施方式中，所述环化树枝状淀粉分子量为3000-7000Da，环化结构由 6.5％α-1,6糖苷键和93.5％α-1,4糖苷键组成，且平均尺寸为DP21。
[0037] 在本发明的一种实施方式中，所述植物化合物包括姜黄素、槲皮素、β-胡萝卜素、叶黄 素、番茄红素、辣椒素、白藜芦醇、植物固醇等天然产物一种或多种脂溶性功能因子。
[0038] 本发明的第二个目的是利用上述方法提供一种植物化合物-环化树枝状淀粉包合物。
[0039] 本发明的第三个目的是将上述的植物化合物-环化树枝状淀粉包合物应用于功能食品、医 药、化妆品领域中。
[0040] 本发明有益效果：
[0041] 1)本发明方法使天然植物化学物的溶解度和载运量显著提高，大大提高植物化学物的体 内吸收、代谢，从而提高其生物利用率，真正满足广大消费者对现代功能食品的健康诉求。 所得植物化学物-环化树枝状淀粉包合物粒径为100-1000nm，植物化学物负载率大于1.3％； 在水中的溶解度提高10-250倍，CaCO2细胞膜渗透性提高3倍以上。
[0042] 2)本发明方法步骤简便，反应条件可控，实现了连续化和低成本绿色生产，且充分利用 我国资源丰富的天然植物化学物，设计脂溶性活性因子靶向运输和活性保护的淀粉基稳态化 载运体系，提升现代食品营养品质，实现个性化和营养精准食品的制造。
[0043] 3)本发明方法制得的产品具有防病、治病、维系人体健康的作用，既可作为终端产品直 接投放市场供消费者食用，还可用作食品、医药、日用化学品的原料，有较高的科技附加值， 拥有广阔的潜在市场，可大大提高农副产品价值，对提高人民身体健康水平有重要意义，具 有较高的社会效益和经济效益。附图说明
[0044] 图1为环化树枝状淀粉结构示意图；
[0045] 图2为环化树枝状淀粉MALDI-TOF-MS质谱图；
[0046] 图3为实施例1中β-胡萝卜素-环化树枝状淀粉包合物粒径分布。
具体实施方式
[0047] 下面结合实例进一步阐明本发明的内容，但本发明所保护的内容不仅仅局限于下面的实 例。
[0048] 粒径测定：将待测样品配制成0.1％(w/v)的溶液，25℃下用马尔文Nano ZS测定仪进 行粒度分布测定。
[0049] 溶解度测定方法：准确称取20mg包合物溶于1mL去离子水中，室温避光平衡12h， 4℃离心(3000rpm，5min)去除不溶物。取0.2mL离心液，加入4倍体积的无水乙醇后， 旋涡振荡15min，离心(10000rpm，5min)分离萃取植物化学物组分和淀粉。取上清通过 紫外分光光谱仪测定吸光值，代入标准曲线方程计算可得到溶解度。
[0050] 负载率计算方法：参照溶解度测定方法得到的可溶性植物化学物含量(W)、溶解性淀 粉质量(M)，负载率计算公式如下：负载率(％)＝W/M×100。
[0051] CaCO2细胞膜渗透性测定方法：细胞膜渗透性为在Caco-2细胞内和隔离腔下层基底部分 的植物化学物与起初添加到细胞上层的植物化学物的质量百分比，并使用Millicell-ERS电子 伏特计测量细胞单层培养腔里外的跨上皮电阻值，从而监测上皮细胞之间的紧密程度，确定 细胞单层的完整性。
[0052] 转苷糖酶制剂的制备：
[0053] 植物源转苷糖酶制剂：采用生长期的谷物籽粒胚乳提取获得，称取灌浆期的谷物籽粒 100g，加入300mL磷酸盐缓冲液(pH 7.2，50mM)，经过匀浆、过滤、离心获得粗酶液， 再经过离子交换柱和凝胶色谱分离纯化，收集活性成分后冻干处理得到酶制剂。其中植物谷 物籽粒胚乳包括：稻米籽粒胚乳、小麦籽粒胚乳、玉米籽粒胚乳、高粱籽粒胚乳等。
[0054] 微生物源转苷糖酶制剂：采用从自然界中筛选获得古生菌或细菌经过活化培养、发酵产 酶等步骤，其中菌种活化：在无菌条件下，取甘油管保存的菌液200μL，接种到灭菌后的装 有100mL种子LB培养基的250mL锥形瓶中，37℃培养12h。发酵培养：在无菌条件下， 按照2％(v/v)的接种量，接种于装有100mL发酵LB培养基的250mL锥形瓶中。接种后 放置37℃恒温摇床培养至菌体浓度OD600＝0.6，10000rpm离心15min，弃上清收集菌体， 冻干粉碎等步骤得到酶制剂。微生物包括：嗜热脂肪芽孢杆菌Bacillus stearothermophilus ATCC 7953、极端嗜热菌Calditerricolayamamurae UTM801CGMCC 6185、极端嗜热球菌 Streptococcus thermophilus ATCC 14485、嗜热栖热菌Thermus
thermophilesATCC33923、嗜热 古细菌Aeropyrumpernix K1(可购自日本工业技术院)[0055] 实施例1
thermophilesATCC33923、嗜热 古细菌Aeropyrumpernix K1(可购自日本工业技术院)[0055] 实施例1
[0056] 将脱脂玉米淀粉分散于溶剂中得到1g/mL淀粉悬浮液，添加酸催化剂进行淀粉降解反应； 降解完成后，将得到的淀粉降解产物溶于缓冲液中，加入古生菌源转苷糖酶制剂(糖链支化 活力/解聚活力＝41)反应10小时，获得平均分子量4500Da环化树枝状淀粉，其中环状结构 由6.5％α-1,6糖苷键和93.5％α-1,4糖苷键组成，平均尺寸为DP21。
[0057] 将所得淀粉样品溶解于水，配成质量百分比浓度0.5mg/mL环化树枝状淀粉溶液；β-胡萝 卜素溶解于无水乙醇，配成配成质量百分比浓度0.2mg/mLβ-胡萝卜素溶液；按照质量比5:1， 将β-胡萝卜素溶液添加到环化树枝状淀粉溶液，置于在40℃水浴中并以转速
4000rpm搅拌2 h，然后在15000rpm均质1min；置于超声波作用装置中，控制功率为200W，在0℃下处理 12min；离心处理，将所获得上清液进行真空干燥处理，即获得高营养品质的β-胡萝卜素-环 化树枝状淀粉包合物。
4000rpm搅拌2 h，然后在15000rpm均质1min；置于超声波作用装置中，控制功率为200W，在0℃下处理 12min；离心处理，将所获得上清液进行真空干燥处理，即获得高营养品质的β-胡萝卜素-环 化树枝状淀粉包合物。
[0058] 所得包合物的平均粒径为280nm，β-胡萝卜素负载率1.4％；在水中的溶解度较单纯β-胡 萝卜素时提高120倍，CaCO2细胞膜渗透性较单纯β-胡萝卜素时提高4.2倍。
[0059] 实施例2
[0060] 将脱脂蜡质稻米淀粉分散于溶剂中得到5g/mL淀粉悬浮液，添加酸催化剂进行淀粉降解 反应；降解完成后，将得到的淀粉降解产物溶于缓冲液中，加入植物源转苷糖酶制剂(糖链 支化活力/解聚活力＝32.1)反应8小时，获得平均分子量3750Da环化树枝状淀粉，其中环状 结构由6.5％α-1,6糖苷键和93.5％α-1,4糖苷键组成，平均尺寸为DP21。
[0061] 将所得淀粉样品溶解于纯净水配成质量百分比浓度10mg/mL，姜黄素溶解于无水乙醇配 成配成质量百分比浓度0.5mg/mL；按照10:1比例将姜黄素溶液添加到主体环化树枝状淀粉 溶液，置于在50℃水浴中并以转速3000rpm搅拌3h，然后在12000rpm均质3min；置于超 声波作用装置中，控制功率为220W，在10℃下处理8min；离心处理，将所获得上清液进行 真空干燥处理，即获得高营养品质的姜黄素-环化树枝状淀粉包合物。平均粒径为164nm，姜 黄素负载率2.2％；在水中的溶解度提高80倍，CaCO2细胞膜渗透性提高3.5倍。
[0062] 实施例3
[0063] 将脱脂马铃薯淀粉分散于溶剂中得到2g/mL淀粉悬浮液，添加酸催化剂进行淀粉降解反 应；降解完成后，将得到的淀粉降解产物溶于缓冲液中，加入细菌源转苷糖酶制剂(糖链支 化活力/解聚活力＝55.0)反应12小时，获得平均分子量6700Da环化树枝状淀粉，其中环状 结构由6.5％α-1,6糖苷键和93.5％α-1,4糖苷键组成，平均尺寸为DP21。
[0064] 将淀粉样品溶解于纯净水配成质量百分比浓度5mg/mL，番茄红素溶解于无水乙醇配成 配成质量百分比浓度0.3mg/mL；按照20:1比例将番茄红素溶液添加到主体环化树枝状淀粉 溶液，置于在40℃水浴中并以转速2000rpm搅拌5h，然后在10000rpm均质5min；置于超 声波作用装置中，控制功率为250W，在4℃下处理2min；离心处理，将所获得上清液进行 真空干燥处理，即获得高营养品质的番茄红素-环化树枝状淀粉包合物。平均粒径为455nm， 番茄红素负载率1.7％；在水中的溶解度提高110倍，CaCO2细胞膜渗透性提高5.2倍。
[0065] 实施例4工艺优化
[0066] 参照实施例3，将环化树枝状淀粉溶液的浓度由5mg/mL替换为0.1mg/mL、15mg/mL， 相应的溶液用量匹配调整，保证环化树枝状淀粉与番茄红素质量比相同，其他条件不变，制 备得到相应产物。所得产物的结果如表1所示。
[0067] 表1不同浓度环化树枝状淀粉溶液制备的产物结果
[0068]
[0069] 对比实施例1：
[0070] 参照实施例3，将环化树枝状淀粉替换为β-环糊精，其他条件不变，制备得到相应产物。
[0071] 所得产物的在水中的溶解度提高了1.1倍，CaCO2细胞膜渗透性提高0.7倍。
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