发酵芝麻饼粕的抗氧化功能及特征成分研究

摘要

我国是芝麻生产大国，资源丰富，仅芝麻饼粕的年产量就在50万吨以上。芝麻饼粕中含有40～60％的蛋白质，0.5～1.0％的木脂素，但目前主要作为饲料或肥料使用，深加工和综合利用的研究尤显不足。 本课题旨在通过发酵芝麻饼粕提高其抗氧化活性，充分利用芝麻饼粕资源。用酱油曲霉发酵芝麻饼粕，对发酵基质组成和乙醇提取条件进行了优化，研究了木脂素提取物抗氧化活性和降低高血脂的作用；对发酵芝麻饼粕提取物中产生的特征物质进行分离纯化和鉴定，确定其为芝麻素酚，并对芝麻素酚的抗氧化活性进行了研究。主要研究结果如下： (1)优化了酱油曲霉发酵芝麻饼粕提高抗氧化活性发酵基质组成和木脂素提取条件。发酵基质组成的优化结果为：芝麻饼粕中添加辅料葡萄糖、硫酸铵和麦麸量分别为：1.9％、1.6％和2.6％；于28℃条件下固体发酵120 h；木脂素提取条件的优化结果为：乙醇浓度60％、液料比16 mL/g、时间120 min、温度50℃、转速150 r/min。优化的芝麻饼粕发酵提取物清除DPPH自由基活性为87.9％，未发酵提取物为53.4％，发酵的提取物中总酚含量为2.23％，未发酵的1.85％。 (2)对芝麻饼粕发酵提取物(SCFE)体外抗氧化活性进行了研究，其活性优于芝麻饼粕提取物(SCE)。主要结果为：浓度为0.1～1.0 mg/mL时，SCFE的总抗氧化能力(TAC)和还原能力均随浓度的增大而逐渐增强，浓度高于0.5mg/mL时，增强效果显著；浓度为0.5 mg/mL和1.0 mg/mL时，SCFE对DPPH自由基清除率分别为72.7％和87.5％，而SCE为53.7％和70.6％；浓度为1.0 mg/mL时，SCFE对O2-·的清除率比SCE清除值高20％；浓度为1.0 mg/mL时，SCFE对自发和H2O2诱导的鼠肝脏微粒体脂质过氧化抑制率分别为84.4％和67％，SCE的抑制率分别为76.2％和52.3％；在0.1～1.0 mg/mL时，SCFE对亚油酸脂质氧化的抑制率逐渐增强，优于SCE；0.1％的芝麻木脂素提取物SCFE抑制冷藏熟肉糜脂质过氧化效果与0.02％的Vc作用相当。 (3)通过动物试验，对SCFE预防和调节小鼠高血脂的作用进行了研究。结果发现SCFE既能有效降低小鼠的血脂水平，改善血脂代谢，减少动脉粥样硬化的发生几率，又能有效提高小鼠体内的抗氧化水平，增强抗氧化酶活性，减少过氧化脂质含量，且SCFE的作用效果优于SCE。主要结果为：诱导模型小鼠体内的抗氧化能力和抗氧化酶活性性显著下降，氧化的代谢产物量显著提高；灌胃SCFE和SCE后，显著降低总甘油三酯(TG)、总胆固醇(TC)、低密度脂蛋白胆固醇(LDL—C)及动脉硬化指数(AI1，AI2)，显著提高高密度脂蛋白胆固醇(HDL—C)含量；此外还显著提高小鼠血清的总抗氧化能力(TAC)和超氧化物歧化酶的活性(SOD)，降低脂质过氧化物丙二醛(MDA)含量，在剂量范围内，呈现显著的量效关系，给药SCFE的小鼠血清中各指标均显著优于SCE；比较了预防组和调节组中相同指标的相关系数，发现SCFE和SCE对高脂高胆固醇小鼠的预防效果要优于调节的效果。高血脂小鼠血脂水平和动脉硬化指数与其氧化—抗氧化水平密切相关，二者相互促进。 (4)对SCFE中的特征物质PX进行分离纯化和鉴定。SCFE经过乙酸乙酯萃取，硅胶柱层析得到纯化的Px，得率分别为27.19％和1.43％；硅胶柱色谱分离纯化PX用石油醚/乙酸乙酯=3/1和1/1两种比例洗脱剂洗脱；硫酸显色后，薄层层析(TLC)中PX的迁移率Rf为0.20，紫外扫描为单一峰；PX两个特征吸收波长分别为228 nm和287 nm；HPLC中其保留时间为13.5 min；LC—MS定性检测，分子量为370.0。该特征物质被鉴定为芝麻素酚，分子组成为：C20H18O7。 (5)对芝麻素酚体外抗氧化活性进行了研究。芝麻素酚具有抑制大鼠肝脏微粒体自发及H2O2诱导的脂质过氧化作用。在抑制自发性肝脏微粒体脂质过氧化作用时，芝麻素酚浓度从10μg/mL上升至100μg/mL时，SOD酶活性从130.7u/mgprot提高到198.3 u/mgprot，MDA抑制率从21.7％提高到61.8％；在亚油酸—吐温乳化系统和亚油酸—乙醇系统中，芝麻素酚均具有抑制亚油酸脂质氧化的作用，在乳化系统中，芝麻素酚的抑制效果优于BHT；浓度为20μg/mL时，芝麻素酚清除DPPH自由基的效果与5μg/mL BHT和Vc相当。 通过生物转化芝麻饼粕中木脂素的研究，为芝麻饼粕深度加工和利用奠定了基础。利用微生物发酵技术，对芝麻饼粕中木脂素进行了生物转化，并分离纯化得到具有强抗氧化活性的特征物质芝麻素酚，为进一步开发利用芝麻饼粕提供理论依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

注释

第1章绪论

1.1芝麻及芝麻饼粕木脂素

1.1.1芝麻概述

1.1.2芝麻饼粕木脂素

1.2发酵技术与生物转化

1.2.1发酵菌种

1.2.2发酵过程的酶促反应

1.2.3生物转化产生活性物质

1.2.4提高发酵提取物的生物活性与功能

1.3抗氧化活性评价方法

1.3.1以脂质氧化降解物为基础的方法

1.3.2以清除自由基为基础的方法

1.3.3以抗氧化剂抑制底物氧化降解的方法

1.3.4测定待测物还原能力的方法

1.4芝麻木脂素的研究进展

1.4.1芝麻及芝麻油中主要木脂素

1.4.2芝麻木脂素的生理功能

1.4.3芝麻木脂素的检测技术

1.5本研究的立题依据、研究意义和内容

1.5.1立题依据和研究意义

1.5.2主要研究内容

参考文献

第2章发酵芝麻饼粕菌株的筛选及发酵基质的优化

2.1试验材料和仪器

2.1.1试验材料

2.1.2主要试剂

2.1.3仪器与设备

2.2试验方法

2.2.1发酵菌株的筛选和检测方法的比较

2.2.2酱油曲霉发酵芝麻饼粕发酵基质组成优化试验设计

2.3结果与讨论

2.3.1菌株的筛选和发酵提取物检测方法

2.3.2酱油曲霉发酵芝麻饼粕发酵基质组成优化试验结果

2.4小结

参考文献

第3章发酵芝麻饼粕中木脂素提取条件的优化

3.1试验材料和仪器

3.1.1试验材料

3.1.2主要试剂

3.1.3仪器与设备

3.2试验方法

3.2.1木脂素提取溶剂的选择

3.2.2发酵芝麻饼粕中木脂素提取工艺的优化试验设计

3.2.3发酵基质优化和提取工艺优化综合试验的研究

3.2.4组成成分分析方法

3.3结果与讨论

3.3.1木脂素提取溶剂的选择结果

3.3.2木脂素提取条件的优化结果

3.3.3综合优化条件下芝麻饼粕发酵提取物的测定结果

3.3.4芝麻饼粕木脂素提取物的组成分析结果

3.4小结

参考文献

第4章芝麻饼粕发酵提取物抗氧化活性的研究

4.1试验材料与设备

4.1.1试验材料

4.1.2主要试剂

4.1.3仪器与设备

4.2试验方法

4.2.1芝麻饼粕木脂素的制备

4.2.2总抗氧化能力的测定方法

4.2.3还原能力的测定方法

4.2.4清除DPPH自由基活性测定方法

4.2.5清除O2-+活性的测定方法

4.2.6抑制鼠肝脏微粒体脂质过氧化作用

4.2.7抑制H2O2诱导的鼠肝脏微粒体脂质过氧化作用

4.2.8抑制亚油酸脂质氧化活性的测定方法

4.2.9抑制冷藏熟肉糜脂质氧化的测定方法

4.3结果与讨论

4.3.1总抗氧化能力

4.3.2还原能力

4.3.3清除DPPH自由基活性

4.3.4清除O2-的活性

4.3.5抑制鼠肝脏微粒体脂质过氧化

4.3.6抑制亚油酸脂质氧化活性的测定

4.3.7抑制冷藏熟肉糜脂质氧化

4.4 小结

参考文献

第5章芝麻饼粕发酵提取物调节小鼠高血脂的研究

5.1试验材料和设备

5.1.1试验材料

5.1.2主要试剂

5.1.3仪器与设备

5.2试验设计及数据分析

5.2.1动物分组

5.2.2预防小鼠高血脂的试验设计

5.2.3调节小鼠高血脂的试验设计

5.2.4生化指标的测定方法

5.2.5数据处理和统计分析

5.3结果与讨论

5.3.1血脂水平和动脉硬化指数

5.3.2氧化-抗氧化水平

5.3.3血脂水平和动脉硬化指数与氧化-抗氧化水平的关系

5.4 小结

参考文献

第6章芝麻饼粕发酵提取物中Px的分离纯化与鉴定

6.1试验材料与仪器

6.1.1试验材料

6.1.2主要试剂

6.1.3仪器与设备

6.2试验方法

6.2.1芝麻饼粕发酵提取物的制备

6.2.2特征物质Px粗品的制备

6.2.3硅胶柱层析分离

6.2.4特征物质Px的鉴定

6.3结果与讨论

6.3.1硅胶柱层析分离纯化芝麻素酚

6.3.2芝麻素酚的鉴别

6.4小结

参考文献

第7章芝麻素酚抗氧化活性的研究

7.1试验材料与设备

7.1.1试验材料

7.1.2主要试剂

7.1.3仪器与设备

7.2试验方法

7.2.1芝麻素酚的制备

7.2.2抑制鼠肝脏微粒体脂质过氧化作用方法

7.2.3抑制亚油酸脂质过氧化的测定方法

7.2.4超氧化物歧化酶(SOD)活性的测定

7.2.5丙二醛(MDA)生成抑制率的测定

7.2.6清除DPPH自由基活性的测定

7.3结果与讨论

7.3.1抑制鼠肝脏微粒体脂质过氧化的结果

7.3.2抑制亚油酸脂质过氧化的结果

7.3.3清除DPPH自由基活性的结果

7.4小结

参考文献

第8章结论与展望

8.1主要结论

8.2主要创新点

8.3展望

致谢

攻读博士期间发表的论文

附表