一种红薯中天然生物胶的制备方法及应用
阅读说明：本技术 一种红薯中天然生物胶的制备方法及应用 (Preparation method and application of natural biogel in sweet potatoes ) 是由 舒友菊 刘锦琼 薛冬 王自力 刘萍 贾晓慧 王青云 郭永仓 于 2021-09-17 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种红薯中天然生物胶的制备方法及应用,将新鲜洗干净的红薯用捣碎机制成红薯粉末,取一定量红薯粉末加入水中,搅拌后反复过滤,得红薯渣和滤液；将滤液静置后取上清液至灭菌容器中,同时加入红薯渣,混合搅拌后加入纤维素水解酶酶解3h,再加入木瓜蛋白酶酶解2h；之后加入淀粉酶酶解1h,过滤后的滤液加入海藻酸钠,搅拌后放到65-80℃水浴锅中搅拌反应10-15h；所得混合液冷冻干燥,即得天然生物胶。本发明以红薯为原料,利用生物酶解法获得生物活性物质,与海藻酸钠反应制备天然生物胶,该生物胶对癌细胞具有显著的抑制作用,为红薯中多肽、多糖、黄酮和果胶的开发提供了一定的理论依据,为以后产业开发及产业升级奠定了基础。(The invention relates to a preparation method and application of natural biological glue in sweet potatoes, which comprises the steps of preparing sweet potato powder from fresh and clean sweet potatoes by a pounding machine, adding a certain amount of sweet potato powder into water, stirring and repeatedly filtering to obtain sweet potato residues and filtrate; standing the filtrate, taking supernatant into a sterilization container, simultaneously adding sweet potato residue, mixing and stirring, adding cellulose hydrolase for enzymolysis for 3h, and adding papain for enzymolysis for 2 h; adding amylase for enzymolysis for 1h, adding sodium alginate into the filtered filtrate, stirring, and placing into a 65-80 ℃ water bath kettle for stirring reaction for 10-15 h; and freeze-drying the obtained mixed solution to obtain the natural biological glue. The invention takes sweet potato as raw material, obtains bioactive substance by biological enzymolysis method, and reacts with sodium alginate to prepare natural biological glue, which has significant inhibiting effect on cancer cells, provides certain theoretical basis for the development of polypeptide, polysaccharide, flavone and pectin in sweet potato, and lays foundation for the future industrial development and industrial upgrading.)
技术领域
本发明涉及生物技术领域，特别涉及一种红薯中天然生物胶的制备方法及应用。
背景技术
红薯(Ipomoea batatas(L.))原产于中美洲，是管状花目旋花科植物，学名番薯，其他常用别称甘薯、地瓜、甜薯等。从明代万历前期传入中国，对我国农业和经济产生了非常深远的影响。根据FAO(世界粮农组织)统计，2019年中国红薯总产5.20×107吨，收获面积2.37×106公顷，单产2.19吨/公顷。当前，红薯依然是最主要的粮食作物之一。
科学研究表明，每100g红薯中含有1.8g蛋白质，29.5g糖分、0.2g脂肪、20mg磷、18mg钙、0.4mg铁、1.1mg胡萝卜素，此外还有尼克酸、维生素、黄铜、果胶、亚油酸、膳食纤维，赖氨酸、多糖、多肽等，其中维生素含量超出正常谷类的3-6倍，并含有与谷类相比较为丰富的赖氨酸。
红薯多肽、多糖、黄酮、果胶等具有很强的生物活性，具有一定的水溶性和很高的营养学价值，可以应用在医疗保健和食品加工行业，目前在红薯加工产业中，大部分红薯被加工成红薯淀粉、粉丝和粉条，而红薯中的多肽、多糖、黄酮、果胶则被作为废弃物处理，引起了严重的资源浪费和环境污染问题。因此将红薯中的多肽、多糖、黄酮、果胶等活性物质和海藻酸钠制备天然胶体开发并作为未来保健品和营养品，有助于红薯产业的升级和红薯的附加值提高。
发明内容
本发明的目的在于提出一种红薯中天然生物胶的制备方法及应用，利用红薯为原料，利用生物酶解法获得生物活性物质，并和绿色天然产物海藻酸钠反应制备红薯天然生物胶，该生物胶对癌细胞有明显的抑制作用。本发明为提取红薯中多肽、多糖、黄酮和果胶混合物质开发提供了一定的理论依据，为以后产业开发及产业升级奠定了基础。
本发明具体是通过以下技术方案来实现的，依据本发明提出的一种红薯中天然生物胶的制备方法，具体包括：
(1)红薯淀粉的分离：
将新鲜洗干净的红薯用捣碎机制成红薯粉末，取一定量所得红薯粉末加到水中，形成的混合体系在常温下均质搅拌30分钟后，用纱布反复过滤直到滤出来的液体为无色透明为止，最后得到红薯渣和滤液。
(2)红薯多肽的制备：
将步骤(1)所得滤液于常温下静置60分钟后，将上清液移到灭菌的容器中，并在该灭菌的容器中加入步骤(1)所得的红薯渣，混合体系匀速搅拌20分钟后，加入纤维素水解酶，将混合体系的pH调节在9.0左右，常温搅拌下酶解3h；之后再加入木瓜蛋白酶，并调节反应体系的pH值在9.0左右，常温搅拌下酶解2h；
(3)红薯渣淀粉水解
将淀粉酶加入到步骤(2)木瓜蛋白酶酶解后的反应体系中，将所得混合体系的pH值调节在8.0左右，常温搅拌下酶解1h后过滤，除去滤渣，得到滤液；
(4)红薯天然生物胶的制备
将海藻酸钠加到步骤(3)所得滤液中，搅拌30分钟后放到65-80℃水浴锅中，调节反应体系的pH值为7.0左右，搅拌下在水浴锅中反应10-15h；所得混合液冷冻干燥，即得天然生物胶。
进一步地，步骤(1)中红薯粉末加到水中后，形成的混合体系中固液体积比为1:500。
进一步地，步骤(2)中纤维素水解酶的质量浓度为0.2-0.6％，纤维素水解酶的加入体积与步骤(1)中所用红薯粉末的质量之比为1ml:100g。
进一步地，步骤(2)中木瓜蛋白酶的加入质量与步骤(1)所得红薯渣的质量比为1:100000。
进一步地，步骤(3)淀粉酶的质量浓度为0.2％，淀粉酶的加入体积与步骤(1)中所用红薯粉末的质量之比为2ml:100g。
进一步地，步骤(4)中海藻酸钠的加入质量与步骤(1)中所用红薯粉末的质量之比为1:500。
进一步地，调节pH所用的试剂为碳酸氢钠溶液或氢氧化钠溶液。
本发明所得红薯中天然生物胶可以在癌症治疗和预防中进行应用，尤其是在肝癌治疗和预防中的应用。
生物酶解技术通过酶的作用使物质得到充分分解，得到生物工程需要的提取物。与此同时，利用不同酶的不同催化作用，掌握物质不同活性成分的特性，能够提取活性物质，相比传统采用高温分解或者低温速冻等方式，生物酶解技术能够很好地避免大部分活性物质受到破坏，保证提取的物质的功效。生物酶是生物体活细胞产生的、以蛋白质形式存在的一类特殊的生物催化剂，可以在常温、常压和温和的酸碱条件下，将植物细胞壁分解，较大幅度提高天然植物中有效成分的提取率，改善生产过程中的滤过速度和纯化效果，提高产品纯度和制剂的质量。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明以红薯为原料，利用纤维素水解酶使红薯中的黄酮、果胶及一小部分多肽溶出，加入木瓜蛋白酶可以提取多肽物质，加入淀粉酶水解可以得到多糖，最后将滤液中的黄酮、果胶、多肽和多糖与海藻酸钠混合反应，得到生物胶。该生物胶对肝癌细胞具有显著的抑制作用，是一种天然抗癌生物胶。本发明利用生物酶解法提取红薯中的多糖、黄酮、多肽和果胶，与海藻酸钠反应制备生物胶，反应条件温和，保留了较高的天然生物活性，红薯的蛋白质和纤维素的酶解率达到90％-100％，为生物健康产业提供了廉价原料，实现了红薯的高值化利用，对工艺设备的要求不苛刻，易于工业化应用。
附图说明
图1是本发明所得天然生物胶的SEM图；
图2是本发明所得天然生物胶在不同的能量内对肝癌细胞的抑制作用；
图3是本发明所得天然生物胶在不同的时间内对肝癌细胞的抑制作用。
具体实施方式
为了更好地理解本发明的内容，下面将结合实施例和附图来进一步阐述本发明。本实施例以本发明的技术为基础实施，给出了详细的实施方式和操作步骤，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
本发明一种红薯中天然生物胶的制备方法，具体包括：
(1)红薯淀粉的分离：
将新鲜洗干净的红薯用捣碎机制成红薯粉末，取红薯粉末加到水中，形成的混合体系中固液的体积比为1:500；在常温下均质搅拌30分钟后，用纱布反复过滤直到滤出来的液体为无色透明为止，最后得到了红薯渣和滤液。
(2)红薯多肽的制备：
将步骤(1)所得滤液于常温下静置60分钟后，将上清液移到灭菌的容器中，并在该灭菌的容器中加入步骤(1)所得的红薯渣，混合体系匀速搅拌20分钟，之后加入质量浓度为0.2-0.6％的纤维素水解酶，将混合体系的pH调节在9.0左右，常温搅拌下酶解3h；之后再将木瓜蛋白酶加入到反应体系中，调节pH值在9.0左右，常温搅拌下酶解2h；其中，纤维素水解酶的加入体积与步骤(1)中所用红薯粉末的质量之比为1ml:100g；木瓜蛋白酶的加入质量与步骤(1)中所得红薯渣的质量比为1：100000。
(3)红薯渣淀粉水解
将质量浓度为0.2％的淀粉酶加入到步骤(2)木瓜蛋白酶酶解后的反应体系中，将所得混合体系的pH值调节在8.0左右，常温搅拌下酶解1h后过滤，除去滤渣，得到滤液；其中，淀粉酶的加入体积与步骤(1)中所用红薯粉末的质量之比为2ml:100g。
(4)红薯天然生物胶的制备
将一定量的海藻酸钠加到步骤(3)所得滤液中，搅拌30分钟后放到65-80℃水浴锅中，调节反应体系的pH值为7.0左右，搅拌下在水浴锅中反应10-15h；所得混合液置于冷冻干燥机中，冷冻干燥，即得天然抗癌生物胶。其中，海藻酸钠的加入质量与步骤(1)中所用红薯粉末的质量之比为1:500。
上述方法中可以用碳酸氢钠溶液或氢氧化钠溶液调节pH。
本发明步骤(2)加入纤维素水解酶之后可以使红薯中的黄酮、果胶及一小部分多肽溶出，加入木瓜蛋白酶可以提取多肽物质，步骤(3)加入淀粉酶后，淀粉水解可以得到多糖，最后将滤液中的黄酮、果胶、多肽和多糖与海藻酸钠混合反应，得到生物胶体。上述方法中，红薯的淀粉、蛋白质和纤维素的酶解率可以达到90％-100％。
下面以具体实施例详细说明。
实施例1：
(1)将新鲜洗干净的红薯用捣碎机制成红薯粉末，取500g红薯粉末加到水中，形成的混合体系中固液的体积比为1:500；在常温下均质搅拌30分钟后，用纱布反复过滤直到滤出来的液体为无色透明为止，最后得到了大约285g红薯渣和滤液。
(2)红薯多肽的制备：
将步骤(1)所得滤液于常温下静置60分钟后，将上清液移到灭菌的容器中，并在该灭菌的容器中加入步骤(1)所得的红薯渣，混合体系匀速搅拌20分钟，之后加入5ml质量浓度为0.2％的纤维素水解酶，将混合体系的pH调节在9.0左右，常温搅拌下酶解3h；之后再将木瓜蛋白酶加入到反应体系中，调节pH值在9.0左右，常温搅拌下酶解2h；木瓜蛋白酶的加入质量与步骤(1)中所得红薯渣的质量比为1：100000。
(3)红薯渣淀粉水解
将10ml质量浓度为0.2％的淀粉酶加入到步骤(2)木瓜蛋白酶酶解后的反应体系中，将所得混合体系的pH值调节在8.0左右，常温搅拌下酶解1h后过滤，除去滤渣得到滤液；
(4)红薯天然生物胶的制备
将1g海藻酸钠加到步骤(3)所得滤液中，搅拌30分钟后放到65℃水浴锅中，调节反应体系的pH值为7.0左右，搅拌下在水浴锅中反应15h；所得混合液置于冷冻干燥机中，冷冻干燥，即得生物胶。
实施例2：
(1)将新鲜洗干净的红薯用捣碎机制成红薯粉末，取500g红薯粉末加到水中，形成的混合体系中固液的体积比为1:500；在常温下均质搅拌30分钟后，用纱布反复过滤直到滤出来的液体为无色透明为止，最后得到了大约285g红薯渣和滤液。
(2)红薯多肽的制备：
将步骤(1)所得滤液于常温下静置60分钟后，将上清液移到灭菌的容器中，并在该灭菌的容器中加入步骤(1)所得的红薯渣，混合体系匀速搅拌20分钟，之后加入5ml质量浓度为0.4％的纤维素水解酶，将混合体系的pH调节在9.0左右，常温搅拌下酶解3h；之后再将木瓜蛋白酶加入到反应体系中，调节pH值在9.0左右，常温搅拌下酶解2h；木瓜蛋白酶的加入质量与步骤(1)中所得红薯渣的质量比为1：100000。
(3)红薯渣淀粉水解
将10ml质量浓度为0.2％的淀粉酶加入到步骤(2)木瓜蛋白酶酶解后的反应体系中，将所得混合体系的pH值调节在8.0左右，常温搅拌下酶解1h后过滤，除去滤渣得到滤液；
(4)红薯天然生物胶的制备
将1g海藻酸钠加到步骤(3)所得滤液中，搅拌30分钟后放到75℃水浴锅中，调节反应体系的pH值为7.0左右，搅拌下在水浴锅中反应12h；所得混合液置于冷冻干燥机中，冷冻干燥，即得生物胶。
实施例3：
(1)将新鲜洗干净的红薯用捣碎机制成红薯粉末，取500g红薯粉末加到水中，形成的混合体系中固液的体积比为1:500；在常温下均质搅拌30分钟后，用纱布反复过滤直到滤出来的液体为无色透明为止，最后得到了大约285g红薯渣和滤液。
(2)红薯多肽的制备：
将步骤(1)所得滤液于常温下静置60分钟后，将上清液移到灭菌的容器中，并在该灭菌的容器中加入步骤(1)所得的红薯渣，混合体系匀速搅拌20分钟，之后加入5ml质量浓度为0.6％的纤维素水解酶，将混合体系的pH调节在9.0左右，常温搅拌下酶解3h；之后再木瓜蛋白酶加入到反应体系中，调节pH值在9.0左右，常温搅拌下酶解2h；木瓜蛋白酶的加入质量与步骤(1)中所得红薯渣的质量比为1：100000。
(3)红薯渣淀粉水解
将10ml质量浓度为0.2％的淀粉酶加入到步骤(2)木瓜蛋白酶酶解后的反应体系中，将所得混合体系的pH值调节在8.0左右，常温搅拌下酶解1h后过滤，除去滤渣得到滤液；
(4)红薯天然生物胶的制备
将1g海藻酸钠加到步骤(3)所得滤液中，搅拌30分钟后放到80℃水浴锅中，调节反应体系的pH值为7.0左右，搅拌下在水浴锅中反应10h；所得混合液置于冷冻干燥机中，冷冻干燥，即得生物胶。
图1是本发明所得天然生物胶的SEM图，从图中可知红薯抗癌生物胶体具有一定的网络骨架结构，并且有一定的孔隙，并且具有靶向位点。
本发明所得生物胶对癌细胞抑制作用的实验：
(1)取肝癌患者的体内细胞培养5天，分成6组，第1组、第3组和第5组均不加本发明所得生物胶，第2组、第4组和第6组均加入等量的本发明所得生物胶，第1组和第2组在1.00W的光能下生长，第3组和第4组在1.50W的光能下生长，第5组和第6组在2.00W的光能下生长，观察癌细胞和正常细胞的不同时间内的变化，结果如图2所示。在1.00W、1.50W、2.00W三个不同的光能下，每个光能下第一横排的图片是没有加生物胶时癌细胞和正常细胞的竞争，第二横排的图片是加入本发明所得生物胶之后，随着时间推移癌细胞和正常细胞的竞争。第二横排图片出现亮斑说明是正常细胞恢复生长。从图2可知，在不同的光能下，第一横排正常细胞都死亡了，第二横排加入本发明所得生物胶之后，随着时间推移，癌细胞逐渐削弱，说明本发明所制备的生物胶对肝癌细胞具有明显的抑制作用。
(2)取肝癌患者的体内细胞培养5天，分成9组，分别加入不同量的本发明所得的生物胶，从第1组到第9组生物胶的加入量逐渐增加，利用光能进行生长，观察癌细胞和正常细胞不同时间内的变化，第1组在最左边，第9组在最右边，结果如图3所示。图片出现亮斑说明是正常细胞恢复生长。从左往右生物胶的加入量逐渐增大，左边起第一列生物胶加入量较少，癌细胞到第六天还是没有控制住，第二列生物胶加入量增加之后对癌细胞有一定的抑制作用，随着生物胶加入量的增加，从左往右，癌细胞逐渐削弱，正常细胞恢复生长，充分说明了本发明所制备的生物胶对肝癌细胞具有显著的抑制作用，为生物胶在抗癌领域的应用提供了一定的理论依据和基础。
以上所述仅是本发明的实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，本发明还可以根据以上结构和功能具有其它形式的实施例，不再一一列举。因此，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
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