生物技术毕业论文 紫色甘薯多糖制备工艺研究

1、生物技术毕业论文 紫色甘薯多糖制备工艺研究    华中科技大学文华学院毕业设计论文题目:紫色甘薯多糖制备工艺研究学生姓名：某某学 号: 123456767学部（系）: 信息科学与技术专业班级: 生物技术指导教师：某某成 绩：2009年5月17日目 录【摘要】 IAbstract II1 前言 12 紫色甘薯多糖研究的基本现状 22.1 国内外基本研究概况 22.2 紫色甘薯多糖的生物活性及其作用机制 32.3 实验方案可行性分析 63.实验过程 93.1 实验准备 93.2 实验方法 94.实验结果 144.1测定葡萄糖标准与浓度的关系 144.2 葡萄

2、糖标准曲线 144.3苯酚硫酸法测定下紫色甘薯多糖溶液的吸光度 154.4对应质量计算结果 154.5紫色甘薯多糖质量总数据 164.6紫色甘薯多糖提取率 165.实验结论 176.结果分析 18参考文献 19致谢 21【摘要】紫色甘薯营养价值丰富，具有重要的加工利用价值，市场前景广阔。市场开发主要包括鲜食、提取色素、加工全粉、加工休闲食品等。目前对于紫色甘薯的研究主要集中在天然色素的提取上，国内外尚未见到有关紫色甘薯多糖分离纯化及成分分析等方面的研究报道。目前自然界存在的、每年产生最多的有机物是多糖。多糖中数量最大的是纤维素，其次是甲壳素,再次是淀粉。多糖又称为多聚糖，是天然的高分子化合物，

3、是单糖聚合度大于10 的糖类，具有许多重要的生理功能。植物多糖是由许多相同或不同的单糖以-或-糖苷键组成的化合物，其普遍存在于自然界植物体中。由于植物多糖的来源广泛，不同种的植物多糖的结构、分子构成及分子质量各不相同。多糖复合物是由多糖和蛋白质或脂类构成。对多糖结构与功能的研究在生物化学、医学和国民经济的发展中起相当重要的作用。多糖的保健功能是目前研究的热点之一，如多糖的调节并增强免疫力、抗氧化、抗肿瘤、抗突变、降血脂、抗衰老作用等。现今对多糖的研究大多集中在药用植物多糖和真菌多糖，对于人们日常食用的果蔬中含有的多糖的研究相对较少，特别是甘薯多糖。本文以甘薯为原料,研究甘薯多糖的提取方法以及多

4、糖的纯化，含量的测定。关键词: 紫色甘薯 多糖 生理活性 实验研究AbstractPurple sweet potato is very nutritional，and processing of important utilization value，promising market. Market development mainly include fresh, pigment extraction，powder processing，snack foods processing and so on. At present,the purple sweet potato research

5、 focused on the extraction of natural pigments, Yet to be seen the research reports about polysaccharide components Purification and analysis of the purple sweet potato at home and abroad.Currently existing in nature,and most of the organic matter produced annually is by the polysaccharide. The larg

6、est number of polysaccharides are cellulose, Followed by the chitin, Once again, starch. Polysaccharide is also known as glycan, is the natural macromolecular compound. is the degree of polymerization of monosaccharide sugars of greater than 10,owning many important physiological functions. Plant po

7、lysaccharides is the compounds that formed by many of the same or different to the monosaccharides -or -glycosidic bond, and generally exist in nature of plant. Because the source of plant polysaccharides have a wide range , structural of different species of plant polysaccharides, molecular composi

8、tion and molecular weight are different. Polysaccharide complex composed from the polysaccharide and protein or lipid. Polysaccharide structure and function of research played a very important role in biochemistry, medicine and development of the national economy .Polysaccharide have a research on f

9、unction of health care, one of the hot spots, such as the regulation of polysaccharide and enhance immunity, antioxidant, anti-tumor, antimutagenicity, hypolipidemic, anti-aging effecting and so on. At presently the most of the studies about Polysaccharide focused on medicinal plants and fungi polys

10、accharide. about polysaccharides that contained in day-to-day fruit and vegetable for people consumption is relatively small, especially the sweet potato polysaccharide. In this paper, sweet potato as raw material, mainly study on extraction methods of sweet potato polysaccharide and the purified, t

11、he determination of the polysaccharide.Key words: Purple sweet potato polysaccharide physiological activity experimental study 紫色甘薯多糖制备工艺研究1 前言紫色甘薯(Ipomoea batatas Poir)，又名黑红薯,薯皮紫黑色，肉紫红色，是日本九州农业实验场山川里等培育出的高色素新品种，富含紫色素、花色素苷、胡萝卜素、粘液蛋白等营养物质。据日本学者须田郁夫等研究表明，紫色甘薯具有极强的抗氧化作用，能去除活性氧，预防高血压，改善肝功能，减少基因突变，抑制诱癌物质

12、的产生，改善视力等保健作用1。甘薯不仅营养丰富，还有多种生物活性物质，如：甘薯糖蛋白、甘薯多糖、甘薯花色苷、类黄酮等，具有独特的生理保健作用和药用价值，备受国内外研究者的关注2。植物多糖3是存在于自然界的醛糖或酮糖通过糖甙链连接在一起的活性多聚物，广泛存在于动物细胞膜，植物和微生物细胞壁中，是构成生命的三大物质基础之一，具有多种生物活性。它作为生物效应调节剂，主要影响网状内皮系统，巨噬细胞，淋巴细胞，白细胞以及DNA、RNA、蛋白质的合成，cAMP与cGMP含量，抗体的生成，补体的形成及干扰素的诱生。因此多糖是一种非特异性免疫增强剂。从而起到抗菌、抗病毒、抗肿瘤、抗辐射、抗衰老的作用。而且还具

13、有降血压、降血脂、降胆固醇、抗血凝等多种生物活性；多糖具有显著的抗癌活性，在小鼠体内用量达215mg/时，就能发挥抗癌作用，其有效率可达90%。特别是多糖为非细胞毒性物质，没有任何毒副作用。目前，紫色甘薯的研究包括育种、花色素的理化性质及提取工艺等方面的研究已经取得了较大进展，但是国内外尚未见到有关紫色甘薯多糖分离纯化及成分分析等方面的研究报道。原因有多种，其中中试研究薄弱是影响紫色甘薯发展进程的关键因素。植物多糖提取有多种方法，包括酶法、热水法、微波辅助法、超声波法等，本次实验的目标是找到最佳方案，完成对甘薯多糖的提取、分离纯化、分子量测定、单糖组成等方面的研究，并缩短提取时间，提高提取得率

14、，保证多糖结构与功能的完整性。而超声波法利用超声波产生的强烈振动、高的加速度、强烈的空化效应、搅拌作用等，加速植物有效成分进入溶剂，从而提高了提取率，缩短了提取时间，节约了溶剂，并且免去了高温对提取成分的影响4。植物活性多糖提取的常规方法大多提取时间长，影响提取率。把超声技术用于植物有效成分的提取，与常规方法相比，超声波提取方法有操作简单、提取时间短、得率高无需加热等优点。因此几种方法的权衡下，本次实验选择了超声波法，研究超声波辅助热水提取甘薯多糖工艺。本次实验即从纵向上优化了超声波辅助热水提取甘薯多糖工艺法，又通过横向比较，对提取多糖的分离纯化过程进行了研究，主要采用乙醇沉淀法，Sevage

15、除蛋白法，活性炭除色素法，以及透析除无机离子法。2 紫色甘薯多糖研究的基本现状2.1 国内外基本研究概况近20多年来，国外在甘薯营养价值和加工技术方面的研究十分活跃。美国生物学家施瓦茨(A S Swarts)教授发现，甘薯中含有一种对保护人的皮肤，延缓人的衰老有很大作用的准女性激素物质存在，并发现长期食用甘薯的居民，能保持皮肤细腻和延缓衰老，并且结肠癌和乳腺癌的发病率也很低。日本营养学家发现甘薯中含有丰富的黏液蛋白(一种糖蛋白)，对人体有特殊的保护作用，能保持消化道、呼吸道、关节腔和浆膜腔的润滑和心血管的弹性，同时它也能防止由于脂类物质在动脉管壁上沉积而引起的动脉硬化，可防止肝及肾脏器官结蒂组

16、织的萎缩，从而减慢了人体器官的老化速度。目前，美国和日本已把它作为太空食品，正在进行联合开发，国际社会对其给与高度关注。国内有关甘薯生物活性的研究主要集中在甘薯块根上。刘艳如等人对甘薯品种金山471凝聚素的提取及其性质进行了研究。经(NH4) 2 SO4 分级沉淀，甲壳素亲和层析分离得到的甘薯凝聚素，分子量为41000左右，并发现它能凝聚人体各种血型及部分动物红细胞，其中对胸腺细胞凝集活性最高，能凝集小鼠S180肉瘤细胞5。赵国华用四种根茎类食物(甘薯、山药、百合、芋头)的多糖提取物对TA98的抗突变作用进行了研究，发现四种根茎类食物的水提物和乙醇提取物均有不同程度的抗突变作用。李亚娜等以北京

17、2号甘薯为原料，利用现代分离纯化技术、现代医学分析技术、法定的保健功能评价方法、现代医学分子生物技术、仪器分析鉴定技术和生物大分子化学改性方法，对甘薯糖蛋白的糖链结构与其保健功能进行了系统的研究6。药用甘薯方面，Simom 1号甘薯的水提物能提高小鼠体内诱生抗绵羊红细胞(SRBC)的IgM直接空斑细胞形成(PFC)，并增强小鼠产生抗SRBC凝聚抗体效价及脾脏重量和脾细胞数目，且均达到显著或极显著水平。刘连瑞等人研究发现，Simom 1号甘薯水提物对小鼠白血病也有一定疗效。除此之外还未见有更多的关于甘薯生物活性研究的报道7。目前，对甘薯活性物质的研究大都是以甘薯块根为对象，少数以甘薯蔓为研究对象

18、，而对于甘薯生产的另外一批资源即甘薯根茎的研究，尤其是对甘薯根茎活性成分的研究却极为罕见。北京林大生物科学与技术学院食品系的王宪昌、呼晓姝、王建中在对甘薯茎蔓多糖研究时，也对甘薯根茎多糖进行了初次探索研究，主要采用了常规水提法和超声波辅助提取法，其多糖得率平均值达4.64%，多糖含量仅次于生长期甘薯蔓而均高于成熟期茎蔓和收获期茎蔓多糖含量。为甘薯资源的开发利用开辟了新的途径，有着广阔的应用前景8。甘薯根茎其广义概念应指割掉甘薯蔓和去掉甘薯块之后二者之间连接的所有部分，即包括薯鼻、柴根(牛蒡根、梗根、跑根)和须根9, 10。其实，这是一部分生物量较大的生物资源。据估算,我国每年可生产甘薯根茎约0

19、.3亿吨(鲜重)。以上，而这些资源利用率却极低，小部分用于饲草(料)外，绝大部分则被浪费掉了。因而很有必要对甘薯根茎中的活性成分进行研究，变废为宝，造福于人类，是植物资源利用与天然产物开发工作者的一项职责。2.2 紫色甘薯多糖的生物活性及其作用机制1.抗氧化作用机制植物多糖抗氧化作用机制11有如下几种：直接清除活性氧(Reactive oxygen species, ROS)，络合产生ROS所必需的金属离子，促进超氧化物歧化酶(Superoxidedismutase, SOD) 从细胞表面释放出去，提高抗氧化酶的活性，抗氧化剂一般通过两条途径实现抗氧化作用：一是直接清除过量的自由基，二是通过增

20、强体内的抗氧化系统，抑制自由基的产生。罗丽萍5用综合提取工艺，以徐薯18薯蔓为原料，分离提纯出甘薯蔓多糖(polysaccharides from sweet potato vines, PSPV)组分并以之为受试物，进行了体外自由基的清除和抑制脂质过氧化实验，结果显示：PSPV对·O2-清除能力强于芦丁弱于VC，PSPV 对·OH 清除率强于芦丁和VC，对亚油酸也有很好的抗氧化作用；同时也研究了PSPV对老龄小鼠的体内抗氧化作用，结果显示：PSPV可显著地提高SOD、GSHpx(谷胱甘肽过氧化物酶)活性和TAOC(总抗氧化能力)，降MDA(丙二醛) 和LPF(脂褐质)含量

21、。因此，推测PSPV的抗氧化机制是通过有效地增强内源性抗氧化酶活性，并通过抗氧化酶的作用，进一步降低体内MDA和LPF水平和提高TAOC，从而实现其体内抗氧化作用、清除自由基的。2. 抗肿瘤、抗突变作用机制恶性肿瘤是严重威胁人类生命的常见病和多发病，预防与治疗肿瘤是世界性的研究课题。一直以来放、化疗是治疗肿瘤的有效方法，但对机体免疫系统与造血系统有损害，毒副作用较大。20世纪70年代以来，科学家们发现多糖及糖复合物参与和介导了细胞各种生命现象的调节，特别是免疫功能的调节。多糖因具有增强机体免疫功能及抗肿瘤等药理作用，几乎没有毒性，在辅助化、放疗方面已成为肿瘤治疗的重要组成部分12。活性多糖的抗

22、肿瘤机理包括两个方面：一是活性多糖具有细胞毒活性，可以直接杀死癌细胞，如茯苓多糖、刺五加多糖等；二是作为生物免疫反应调节剂，通过增强宿主免疫功能而起抑制肿瘤的作用。多糖作为生物免疫调节剂，主要通过以下5个途径13- 14作用于人体的免疫系统：(1)激活巨噬细胞(M)，促进TH细胞转变为活性Tc细胞，提高B淋巴细胞和NK细胞的数量与活性；(2)激活网状内皮系统和补体系统；(3)诱生多种免疫因子，如IFN、IF、TFN 等；(4)影响神经-内分泌-免疫系统网络；(5)促进细胞中的RNA、DNA、蛋白质的合成和细胞内环核苷酸的含量等。免疫调节是大多数活性多糖的共性，也是它们发挥抗肿瘤作用的基础。赵国

23、华15从甘薯中分离出了一种分子量为53KD的SPPS并系统地研究了其保健功能，发现一定剂量的SPPS在体内具有较强的抗肿瘤、增强免疫功能。进一步的实验证明16，等于或高于150mg/kg 的SPPS- I- Fr-II对B16黑色素瘤和Lewis肺癌具有极显著的抑制效果。叶小利等17以荷瘤小鼠S180为实验对象，研究了紫色SPPS对S180荷瘤小鼠肿瘤的体内抑制、免疫器官的影响。结果表明：紫色SPPS对S180荷瘤小鼠的抑瘤率可达40 %左右，低剂量的紫色SPPS与5-氟尿嘧啶(5-FU) 配伍使用，能提高荷瘤小鼠抑瘤率，对5-FU所致的荷瘤小鼠胸腺、脾脏质量萎缩有明显的保护作用，对白细胞的减

24、少有一定的拮抗作用。刘主等18也通过灌胃给药，研究了SPPS对荷瘤小鼠(H22) 的抑瘤率、存活期等的影响，证明SPPS对H22实体瘤小鼠具有明显的抑瘤作用，能明显的延长H22腹水瘤小鼠的存活期。这些提示SPPS的抗肿瘤作用和抗突变作用是通过增强机体免疫功能实现的。3. 降血糖作用机制4. 降血脂作用机制高脂血症是一种常见的心血管疾病，主要是由于血脂代谢紊乱引起的，常表现为高胆固醇血症、高甘油三酯血症或二者兼有，与动脉粥样硬化(Atherosclerosis,AS)以及心血管疾病有紧密的联系，成为严重威胁人类健康的危险因素。脂代谢紊乱所致的高脂血症的机制25是：氧自由基的产生和消除失衡，过多生

25、成的氧自由基既可直接损伤血管内皮，也可通过加速LDL氧化形成ox- LDL，并产生过多的过氧化脂质，引起自由基链式反应，使内皮细胞(EC) 变形、坏死、脱落,形成AS。因此，血清中TG、TC、LDL-C是动脉粥样硬化形成的促进因子，LDL-C升高是心肌梗塞的危险因子，HDL-C升高是抗心肌梗塞的安全因子。已有研究26证明：植物多糖可使TG和LDL-C下降，HDL-C升高，从而改善脂质代谢，降低血脂。高荫榆等27利用高脂饲料连续饲喂造成的高脂血症SD大鼠为模型，研究了PSPV对其血脂有关各项生化指标、肝脏脂肪含量及肝脏细胞结构的影响。结果表明，PSPV可显著地降低实验性高血脂大鼠的血清TC、TG、LDL-C 水平