黃姜(Dioscorea zingiberensis C.H.Wright),學(xué)名為盾葉薯蕷,是我國(guó)特有的藥用植物資源。黃姜主要用于生產(chǎn)黃姜皂素,黃姜皂素可用于合成數(shù)百種甾體激素類藥物,被譽(yù)為“藥用黃金”。黃姜皂素以黃姜皂苷的形式存在于黃姜根狀莖中,黃姜皂苷是在黃姜皂素的C3和C26位連接有糖基的兩親性化合物,工業(yè)上通常將黃姜水懸液中所有組分一起酸解來(lái)生產(chǎn)黃姜皂素,存在“污染大、收率低、成本高”等瓶頸。為突破瓶頸,實(shí)現(xiàn)黃姜皂素清潔生產(chǎn),需要采用一種方法將皂苷與黃姜水懸液中其他組分分開(kāi),富集固相中的皂苷于水相,再利用微生物菌株轉(zhuǎn)化水相中的皂苷為黃姜皂素。因此,如何保證黃姜中水溶性皂苷含量的穩(wěn)定以及如何高效地促進(jìn)黃姜固相中的皂苷釋放到水相是亟需研究的關(guān)鍵問(wèn)題。本文圍繞以上關(guān)鍵問(wèn)題開(kāi)展系統(tǒng)研究,取得如下研究成果:(1)研究確定影響黃姜中水溶性皂苷含量穩(wěn)定的因素并建立相應(yīng)的控制方法,確保大量的黃姜皂苷富集于水相。研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)源酶和四個(gè)屬的微生物菌株會(huì)影響黃姜中水溶性皂苷含量的穩(wěn)定,即內(nèi)源酶僅會(huì)少量降解水溶性皂苷,而香味菌屬(Myroides)、腸球菌屬(Enterococcus)、產(chǎn)堿桿菌屬(A... 

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

黃姜根狀莖棚內(nèi)儲(chǔ)藏

淀粉主要由直鏈淀粉和支鏈淀粉這兩種類型的α-葡聚糖組成(圖1.7),這兩種葡聚糖占淀粉干重的98%-99%。除此之外,淀粉中還含有少量的脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和微量元素[50]。直鏈淀粉包含約99%的α-1,4-糖苷鍵,是一種長(zhǎng)鏈的α-葡聚糖,分子量約為1×105-1×106。支鏈淀粉是一種富含分支的α-葡聚糖,包括大約95%的α-1,4-糖苷鍵和5%的α-1,6-糖苷鍵,分子量較直鏈淀粉要大,約為1×107-1×109[51,52]。薯蕷屬植物的淀粉與其他淀粉一樣,也是由直鏈淀粉和高度分支的支鏈淀粉形成的一種半結(jié)晶結(jié)構(gòu)[53],淀粉的特性受到直鏈淀粉與支鏈淀粉比例、支鏈淀粉的精細(xì)結(jié)構(gòu)和淀粉的晶體結(jié)構(gòu)的影響[54]。淀粉的特性會(huì)影響淀粉的水解過(guò)程,關(guān)系到黃姜皂苷的釋放。無(wú)定形相的淀粉粒是親水的,在水中浸泡即會(huì)吸水發(fā)生有限的可逆膨脹[55]。隨著溫度的增加,淀粉的溶解度、膨脹勢(shì)和面積也會(huì)隨之增加,但隨著溫度的進(jìn)一步提高,則會(huì)引起淀粉的不可逆吸水溶脹,膨脹勢(shì)和面積快速增加[56]。Tester和Morrison認(rèn)為,隨著溫度的增加,淀粉膨脹是先后經(jīng)歷緩慢增加、快速增加并最終達(dá)到最大值的過(guò)程,隨后淀粉會(huì)發(fā)生裂解從而有可能無(wú)法觀察到淀粉的最大膨脹[57]。淀粉的膨脹有可能強(qiáng)化其對(duì)黃姜皂苷的包裹程度,從而影響黃姜皂苷的游離程度。

對(duì)于木質(zhì)纖維素的降解,采用傳統(tǒng)的木質(zhì)纖維素降解酶處理方法需要使用大量的商品酶,且由于植物天然的木質(zhì)纖維素抗降解屏障作用,效果十分有限。為了消除植物的這種抗降解屏障,人們開(kāi)展了一系列關(guān)于木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的預(yù)處理方法的研究。預(yù)處理的主要目的是去除木質(zhì)素和半纖維素組分,增加木質(zhì)纖維素材料的孔隙度,降低纖維素的結(jié)晶度(圖1.8)[60]。預(yù)處理應(yīng)滿足以下要求:(1)成本低;(2)適用性強(qiáng);(3)可使大部分木質(zhì)纖維素成分得以回收;(4)預(yù)處理前的準(zhǔn)備步驟不應(yīng)過(guò)于復(fù)雜;(4)避免產(chǎn)生對(duì)后續(xù)水解和發(fā)酵過(guò)程有抑制作用的副產(chǎn)物。常見(jiàn)的木質(zhì)纖維素預(yù)處理方式包括物理法處理[61,62]、物理化學(xué)法處理[63]、化學(xué)法處理[64,65]、基于纖維素溶劑的木質(zhì)纖維素處理[66]、生物法處理[67]等等。預(yù)處理方法很多,并且這些方法大多不是獨(dú)立存在而是相互依賴的,因?yàn)槟壳斑�沒(méi)有一種絕對(duì)完美的預(yù)處理方式。例如,可能產(chǎn)生一系列有機(jī)酸類、糠醛類以及酚類化合物等抑制性化合物,處理過(guò)程需要大量能耗,較低的可溶性糖的分離效率等等,不同的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的預(yù)處理方法不同。在這些預(yù)處理方法里,生物法處理尤其是微生物發(fā)酵處理最為適合黃姜根狀莖的加工,微生物分泌的系列木質(zhì)纖維素降解酶系可以使黃姜木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)松散并有效促進(jìn)黃姜中皂苷的釋放[68,69]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]微生物發(fā)酵提取油茶粕中糖萜素的研究[J]. 刁歡,湯強(qiáng),張明雷,李恬妮.  中國(guó)油脂. 2016(05)
[2]基于表面活性劑增溶技術(shù)的薯蕷皂苷萃取研究[J]. 李祥,師春蘭,王麗萍,張彬.  日用化學(xué)工業(yè). 2014(08)
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[5]生物技術(shù)提取黃姜皂素的研究進(jìn)展[J]. 李文君,王成章.  生物質(zhì)化學(xué)工程. 2013(06)
[6]復(fù)合酶法提取薯蕷皂素的研究[J]. 鐘桂芳,劉徑羽,番攀,袁海曉,楊雪鵬.  中國(guó)釀造. 2013(05)
[7]表面活性劑及其復(fù)配體系對(duì)盾葉薯蕷中薯蕷皂苷提取率影響的研究[J]. 李祥,兀浩,文星,李進(jìn),房媛,史云東.  中成藥. 2013(02)
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[10]微生物發(fā)酵提高甘草渣中黃酮類物質(zhì)提取率的研究[J]. 李艷賓,張琴,陶呈宇,柴娟,賀江舟.  食品研究與開(kāi)發(fā). 2010(09)

博士論文
[1]微生物法清潔生產(chǎn)黃姜皂素新技術(shù)及工程化研究[D]. 魏蜜.華中科技大學(xué) 2014
[2]薯蕷皂素清潔生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)及盾葉薯蕷資源化利用研究[D]. 李祥.陜西科技大學(xué) 2012

碩士論文
[1]復(fù)合維生素納米乳對(duì)生長(zhǎng)獺兔生產(chǎn)性能與腸道微生態(tài)的影響[D]. 葉翔楊.西北農(nóng)林科技大學(xué) 2018
[2]以褐鐵礦為填料的生物濾池處理低濃度生活污水研究[D]. 包金波.合肥工業(yè)大學(xué) 2018
[3]微生物高效轉(zhuǎn)化黃姜皂苷生產(chǎn)皂素研究[D]. 馬曉霞.華中科技大學(xué) 2016
[4]三七總皂苷的發(fā)酵輔助提取及其活性評(píng)價(jià)[D]. 楊婧娟.浙江大學(xué) 2013
[5]米曲霉生物轉(zhuǎn)化盾葉薯蕷中甾體皂苷的研究[D]. 齊珊珊.大連理工大學(xué) 2009
[6]黃姜淀粉性質(zhì)研究[D]. 石文娟.西南大學(xué) 2008
[7]脂肽生物表面活性劑的制備、理化性質(zhì)和抑菌活性研究[D]. 陳云瑛.中國(guó)海洋大學(xué) 2008
[8]階梯生物催化協(xié)同提取薯蕷皂苷元及其潔凈工藝研究[D]. 王東青.天津大學(xué) 2006
[9]盾葉薯蕷及楸樹(shù)果實(shí)中的化學(xué)成分研究[D]. 昝麗霞.西北大學(xué) 2005



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