一种具有辅助改善睡眠作用的西洋参/人参提取物的发酵提取方法

摘要

本发明公开了一种具有辅助改善睡眠作用的西洋参/人参提取物的发酵提取方法，包括以下步骤：(1)原料处理：以西洋参/人参为原料，经粉碎、膨化处理后备用；(2)一次发酵：采用纤维素酶对经过膨化处理后的西洋参/人参进行酶解，获得西洋参/人参酶解液，然后对西洋参/人参酶解液进行灭活处理，过筛备用；(3)二次发酵：以西洋参/人参酶解液、碳源和氮源配制发酵培养基，然后接种米曲霉菌液，在35‑45℃下发酵分解，得到酵素液；(4)浓缩：对所得的酵素液进行过滤，所得上清液浓缩，获得西洋参/人参提取物。本发明通过发酵提取西洋参/人参，将西洋参/人参中不易被吸收的人参皂苷等大分子物质转化为小分子物质，通过西洋参/人参的二次发酵产生含有GABA的功能性食品，从而辅助改善睡眠。

说明书

技术领域

本发明涉及一种西洋参/人参提取物的提取方法，尤其涉及一种具有辅助改善睡眠作用的西洋参/人参提取物的发酵提取方法。

背景技术

睡眠是人类生存的前提，人类依靠睡眠来消除疲劳、恢复精力；保护大脑，增强记忆；改善免疫，康复机体，促进生长，延缓衰老。随着社会竞争的日益激烈及生活节奏的加快，越来越多的人出现睡眠障碍或者和睡眠相关的疾病。据调查显示，成年人出现睡眠障碍的比例达35％，60岁以上的老年人57％会出现睡眠障碍，一些城市中2～6岁儿童中发生睡眠障碍的占27％。此外孕妇在孕娠末期睡眠发生率可达75％。有研究表明，长期睡眠不足5小时会会更容易患高血压、糖尿病、肥胖症，还会诱发忧郁症。尤其中老年人睡眠障碍会诱发夜间睡眠心率失常、猝死、卒中、肺动脉高压、抽搐及认知功能下降等。

睡眠障碍是指睡眠质量发生异常或发生某些临床症状，如睡眠减少或睡眠过多，睡眠相关运动障碍等，其中以失眠最为常见。睡眠障碍已成为世界性疾病，国际精神卫生和神经科学基金会在2001年设立每年的3月21日为睡眠日，世界各国相继确立了睡眠医学，成立了睡眠学会，并明确睡眠科学是一个综合型学科，包括临床睡眠医学、睡眠卫生学、睡眠环境学、睡眠工程学等。

睡眠状况其一表现为眼睛迅速转动，也就是著名的速眼动睡眠(浅睡眠、REM睡眠)，这时大脑新皮质休息了，但大脑边缘系统(间脑，中脑，桥脑，延髓)处于清醒状态，进行着脑内信息处理，记忆固定等工作；而另一阶段则直接被称为非速眼动睡眠(深睡眠、HREM睡眠)，这时机体得到充分休息，免疫得到改善，对健康起决定作用。一晚上的睡眠是不同程度的浅睡眠和深睡眠多次交替反复进行的。

睡眠状态的启动和维持与体内众多神经传递物质和激素(也称为睡眠物质)有关。已经了解的睡眠物质有数十种，比如大家熟知的褪黑激素(melatonin)，褪黑激素是人脑的“松果体”分泌的一种胺类激素，是一种诱导自然睡眠的体内激素，还有下丘脑外侧区合成分泌具有摄食作用的小分子神经多肽食欲素(Orexin)，以及中枢神经系统抑制性传递物质γ-氨基丁酸(GABA)，氧化型谷胱甘肽(GSSG)也是一种睡眠性物质，其通过抑制兴奋性神经递质谷氨酸盐起到镇静作用。由此可见体内的睡眠物质状态水平基本决定了睡眠质量。

γ-氨基丁酸(GABA)是一种天然活性成分，广泛分布于动植物体内。植物如豆属、参属、中草药等的种子、根茎和组织液中都含有GABA。在动物体内，GABA几乎只存在于神经组织中，其中脑组织中的含量大约为0.1-0.6mg/克组织，免疫学研究表明，其浓度最高的区域为大脑中黑质。GABA主要有以下生理活性：1.镇静神经，抗焦虑。2.降血压。3.改善睡眠，提高记忆力。4.预防和治疗癫痫等神经疾病。5.解毒的作用。

GABA是由L-谷氨酸(Glu)或其衍生物在谷氨酸脱羧酶作用下，脱掉α-羧基形成的，因此谷氨酸含量的减少可以认为是GABA的合成。GABA的合成方法主要有化学合成法和生物合成法，化学合成GABA需要使用强酸和强碱等腐蚀性较强的溶剂，反应条件剧烈，原料毒性大，价格昂贵且存在较多安全性问题。因此在实际的生产中主要使用生物合成法，生物合成法主要是通过发酵的方式，早期的发酵法主要以大肠杆菌(Escherichia coli)发酵生产GABA为主。由于对食品安全性的考虑，逐渐筛选到谷氨酸脱羧酶的酵母菌、乳酸菌和曲霉菌等食品安全级微生物来发酵GABA。

微生物发酵是以一种或多种新鲜蔬菜、水果、菌菇、中草药等为原料，经多种有益菌发酵而产生的，含有丰富的维生素、酶、矿物质和次生代谢产物等营养成分的功能性微生物发酵产品。微生物酵素不但保存了发酵原料中所固有的营养物质，而且有不少有效成分大量增加，并产生了一些新的生物活性成分和生物酶。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有辅助改善睡眠作用的西洋参/人参提取物的发酵提取方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种具有辅助改善睡眠作用的西洋参/人参提取物的发酵提取方法，包括以下步骤：

(1)原料处理：以西洋参/人参为原料，经粉碎、膨化处理后备用；

(2)一次发酵：采用纤维素酶对经过膨化处理后的西洋参/人参进行酶解，获得西洋参/人参酶解液，然后对西洋参/人参酶素液进行灭活处理，过筛备用；

(3)二次发酵：以西洋参/人参酶解液、碳源和氮源配制发酵培养基，然后接种米曲霉菌液，在35-45℃下发酵分解，得到酶素液；

(4)浓缩：对所得的酶素液进行过滤，所得上清液浓缩，获得西洋参/人参发酵提取物。

西洋参和人参为同属不同种植物，二者所含的成分大部分相同，主要成分均为人参皂苷。西洋参和人参中含有的人参皂苷等化合物为大分子化合物，不容易被吸收。本发明通过对西洋参和人参进行发酵处理，将人参皂苷等大分子化合物分解成小分子化合物，并在二次发酵中产生含有GABA的功能性成分，从而具有辅助改善睡眠的功效。

所述步骤(1)中，所述西洋参/人参不仅是指西洋参/人参根，也可以是指西洋参/人参叶、西洋参/人参茎或西洋参/人参根须等目前甚少利用的西洋参/人参其他部位。

所述步骤(1)中，西洋参/人参粉碎后的膨化温度115-130℃。

所述步骤(2)中，酶解的温度：恒温45-55℃，酶解时间不低于5小时。

所述步骤(2)中，以西洋参/人参总质量计，所述的纤维素酶加入量为55-65u/g。

所述步骤(2)中，灭活温度80-90℃，灭活时间25-35分钟。

所述步骤(3)中，发酵培养基中，西洋参/人参酶解液、碳源和氮源的质量分数如下：

西洋参/人参酶解液10-30％，碳源40-60％，氮源20-40％。

所述步骤(3)中，米曲霉菌培养液的接种量为发酵培养基体积的8-12％。

作为本发明的一个实施例，所述碳源包括但不限于全麦面粉、小麦脱脂胚芽和小麦胚芽中的一种或两种以上的组合。所述氮源包括但不限于酪蛋白，所述酪蛋白包括但不限于胰蛋白胨。

作为本发明的一个实施例，所述步骤(3)中米曲霉菌培养液采用以下方式获得：

以面粉为碳源，酪蛋白为氮源制备培养基，将米曲霉菌液接种于所述培养基中，在30-40℃下摇床培养5-8小时，即可获得米曲霉菌培养液。

所述步骤(4)中，上清液浓缩至1/10-1/100，即得西洋参/人参发酵提取物。

本发明还包括步骤(6)干燥，及对西洋参/人参发酵提取物进行冷冻干燥，得到粉末状产品，便于保存。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明通过发酵提取西洋参/人参的技术，将西洋参/人参中不易被吸收的人参皂苷等大分子化合物转化为小分子化合物，通过西洋参/人参的二次发酵产生含有GABA的功能性成分，从而辅助改善睡眠。

附图说明

图1是四个不同取样量的实施例1的西洋参提取物在不同反应时间点下谷氨酸含量减少率的曲线图。

图2是四个不同取样量的实施例2的西洋参提取物在不同反应时间点下谷氨酸含量减少率的曲线图。

图3是四个不同取样量的实施例3的西洋参提取物在不同反应时间点下谷氨酸含量减少率的曲线图。

具体实施方式

下面将结合附图，进一步对本发明优选实施例，进行详细说明。以下实施例中所述西洋参/人参不仅是指西洋参/人参根，也可以是指西洋参/人参叶、西洋参/人参茎或西洋参/人参根须等目前甚少利用的西洋参/人参其他部位。

实施例1

(1)原料处理：以西洋参为原料，粉碎，120℃膨化处理后，备用。

(2)一次发酵：膨化后的西洋参中，加入60u/g(以西洋参总质量计)纤维素酶，然后加热至50℃并保持恒温，150r/min搅拌分解发酵5小时。发酵结束后，离心过滤机16目过滤，获得西洋参酶解液。将西洋参酶解液加热至90℃，灭活30min，备用。

(3)二次发酵：以面粉为碳源，酪蛋白为氮源制备培养基，按1:100将米曲霉菌液接种于所述培养基中，在35℃下摇床培养6小时，即可获得米曲霉菌液。采用以下质量百分比的原料制备发酵培养基：西洋参酶解液20％、全麦面粉50％，胰蛋白胨30％。然后按发酵培养基体积的10％接种米曲霉菌液，置于发酵罐中，在40℃，真空搅拌下发酵分解，搅拌速度为150r/min，发酵3h，得到酶素液。

(4)浓缩：对所得的酶素液进行过滤，所得上清液浓缩至1/10-1/100，获得西洋参发酵提取物。

(5)干燥：西洋参发酵提取物经过冷冻干燥，制备成粉末状产品，便于保存。

实施例2

(1)原料处理：以西洋参为原料，粉碎，120℃膨化处理后，备用。

(2)一次发酵：膨化后的西洋参中，加入60u/g(以西洋参总质量计)纤维素酶，然后加热至50℃并保持恒温，150r/min搅拌分解发酵5小时。发酵结束后，离心过滤机16目过滤，获得西洋参酶解液。将西洋参酶解液加热至90℃，灭活30min，备用。

(3)二次发酵：以面粉为碳源，酪蛋白为氮源制备培养基，按1:100将米曲霉菌液接种于所述培养基中，在35℃下摇床培养6小时，即可获得米曲霉菌液。采用以下质量百分比的原料制备发酵培养基：西洋参酶解液20％、小麦胚芽50％，胰蛋白胨30％。然后按发酵培养基体积的10％接种米曲霉菌液，置于发酵罐中，在40℃，真空搅拌下发酵分解，搅拌速度为150r/min，发酵4h，得到酵素液。

(4)浓缩：对所得的酵素液进行过滤，所得上清液浓缩至1/10-1/100，获得西洋参发酵提取物。

(5)干燥：西洋参发酵提取物经过冷冻干燥，制备成粉末状产品，便于保存。

实施例3

(1)原料处理：以西洋参为原料，粉碎，120℃膨化处理后，备用。

(2)一次发酵：膨化后的西洋参中，加入60u/g(以西洋参总质量计)纤维素酶，然后加热至50℃并保持恒温，150r/min搅拌分解发酵5小时。发酵结束后，离心过滤机16目过滤，获得西洋参酶解液。将西洋参酶解液加热至90℃，灭活30min，备用。

(3)二次发酵：以面粉为碳源，酪蛋白为氮源制备培养基，按1:100将米曲霉菌液接种于所述培养基中，在35℃下摇床培养6小时，即可获得米曲霉菌液。采用以下质量百分比的原料制备发酵培养基：西洋参酶解液20％、小麦脱脂胚芽50％，胰蛋白胨30％。然后按发酵培养基体积的10％接种米曲霉菌液，置于发酵罐中，在40℃，真空搅拌下发酵分解，搅拌速度为150r/min，发酵2h，得到酵素液。

(4)浓缩：对所得的酵素液进行过滤，所得上清液浓缩至1/10-1/100，获得西洋参发酵提取物。

(5)干燥：西洋参发酵提取物经过冷冻干燥，制备成粉末状产品，便于保存。

实施例4

(1)原料处理：以人参为原料，粉碎，120℃膨化处理后，备用。

(2)一次发酵：膨化后的人参中，加入55u/g(以人参总质量计)纤维素酶，然后加热至45℃并保持恒温，150r/min搅拌分解发酵5小时。发酵结束后，离心过滤机16目过滤，获得人参酶解液。将人参酶解液加热至90℃，灭活30min，备用。

(3)二次发酵：以面粉为碳源，酪蛋白为氮源制备培养基，按1:100将米曲霉菌液接种于所述培养基中，在35℃下摇床培养8小时，即可获得米曲霉菌液。采用以下质量百分比的原料制备发酵培养基：人参酶解液20％、全麦面粉60％，胰蛋白胨20％。然后按发酵培养基体积的10％接种米曲霉菌液，置于发酵罐中，在35℃，真空搅拌下发酵分解，搅拌速度为150r/min，发酵1h，得到酵素液。

(4)浓缩：对所得的酵素液进行过滤，所得上清液浓缩至1/10-1/100，获得人参发酵提取物。

(5)干燥：人参发酵提取物经过冷冻干燥，制备成粉末状产品，便于保存。

实施例5

(1)原料处理：以人参为原料，粉碎，120℃膨化处理后，备用。

(2)一次发酵：膨化后的人参中，加入55u/g(以人参总质量计)纤维素酶，然后加热至45℃并保持恒温，150r/min搅拌分解发酵5小时。发酵结束后，离心过滤机16目过滤，获得人参酶解液。将人参酶解液加热至90℃，灭活30min，备用。

(3)二次发酵：以面粉为碳源，酪蛋白为氮源制备培养基，按1:100将米曲霉菌液接种于所述培养基中，在35℃下摇床培养8小时，即可获得米曲霉菌液。采用以下质量百分比的原料制备发酵培养基：人参酶解液30％、小麦胚芽40％，胰蛋白胨30％。然后按发酵培养基体积的10％接种米曲霉菌液，置于发酵罐中，在35℃，真空搅拌下发酵分解，搅拌速度为150r/min，发酵2.5h，得到酵素液。

(4)浓缩：对所得的酵素液进行过滤，所得上清液浓缩至1/10-1/100，获得人参发酵提取物。

(5)干燥：人参发酵提取物经过冷冻干燥，制备成粉末状产品，便于保存。

实施例6

(1)原料处理：以西洋参为原料，粉碎，120℃膨化处理后，备用。

(2)一次发酵：膨化后的西洋参中，加入55u/g(以西洋参总质量计)纤维素酶，然后加热至45℃并保持恒温，150r/min搅拌分解发酵5小时。发酵结束后，离心过滤机16目过滤，获得西洋参酶解液。将西洋参酶解液加热至90℃，灭活30min，备用。

(3)二次发酵：以面粉为碳源，酪蛋白为氮源制备培养基，按1:100将米曲霉菌液接种于所述培养基中，在35℃下摇床培养8小时，即可获得米曲霉菌液。采用以下质量百分比的原料制备发酵培养基：西洋参酶解液10％、小麦脱脂胚芽55％，胰蛋白胨35％。然后按发酵培养基体积的10％接种米曲霉菌液，置于发酵罐中，在35℃，真空搅拌下发酵分解，搅拌速度为150r/min，发酵3.5h，得到酵素液。

(4)浓缩：对所得的酵素液进行过滤，所得上清液浓缩至1/10-1/100，获得西洋参发酵提取物。

(5)干燥：西洋参发酵提取物经过冷冻干燥，制备成粉末状产品，便于保存。

实验例

GABA是由L-谷氨酸(Glu)或其衍生物在谷氨酸脱羧酶作用下，脱掉α-羧基形成的，因此谷氨酸含量的减少可以认为是GABA的合成。通过测定发酵后谷氨酸含量的减少率来判断GABA的生成。

谷氨酸含量测定：采用谷氨酸检测试剂盒进行含量检测,购自美国eBioscience公司。

1原理：利用试剂盒提供的专用提取液提取，然后用显色剂进行显色，显色后在570nm下进行测定。

2.样品的制备：采用蒸馏水稀释样品进行检测。

3.检测过程：

波长：(Hg)492nm

比色皿：1.00cm光程

温度：20-25℃

最终体积：3.030ml

对照空气(光路中无比色皿)，水或空白读数。

样品溶液：0.4-14μL L-谷氨酸/次(样品体积0.200-2.000ml)

计算结果：ΔA＝(A2－A1)_样品－(A2－A1)_空白每升样品中的谷氨酸含量c＝0.1122×ΔA如果样品体积最大为2.000ml，则最低检测限为0.2mg/L。

实验例1：

实施例1的西洋参提取物的谷氨酸含量(mg/mL)测定结果参见图1。从图1中可以看出，谷氨酸含量在4个反应时间，4个取样量的条件下均有不同程度的下降，表明GABA的生成。

实验例2：

实施例2的西洋参提取物的谷氨酸含量(mg/mL)测定结果参见图2。从图2中可以看出，谷氨酸含量在3个反应时间，3个取样量的条件下均有不同程度的下降其中0.4ml酵素量在3小时后谷氨酸含量增高。表明除取样量增大时，谷氨酸含量的减少率增多，GABA生成增加。

实验例3：

实施例3的西洋参提取物的谷氨酸含量减少率的测定结果参见图3。从图3可以看出，不同取样量的酵素在反应不同时间胡，谷氨酸含量均有减少，其中取样量为2mL时谷氨酸含量的减少率最大，说明在此取样量下GABA的生成量多。