一种快速提取红薯中多肽类物质的方法
阅读说明：本技术 一种快速提取红薯中多肽类物质的方法 (Method for rapidly extracting polypeptide substances from 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：本发明涉及一种快速提取红薯中多肽类物质的方法,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,加入纤维素酶溶液混合,再加入水,混合搅拌,在常温下酶解3小时,过滤除渣,得到混合液；将壳聚糖海藻酸钠溶液缓慢滴加到混合液中直到沉淀完毕,倒去上清液,得到沉淀；将所得沉淀清洗3-5次,入植物蛋白酶,再加水搅拌,然后在40-65℃酶解5-10小时,即得红薯中多肽类物质。本发明利用生物酶解法快速提取红薯中的多肽类物质,该多肽类物质具有优异的抗氧化活性,可以实现红薯的高值化利用,同时可以减少红薯加工过程中肽流失到废水中对生产过程的环境污染,为红薯中多肽类物质的提取开发提供了理论依据,为以后产业开发及升级奠定了基础。(The invention relates to a method for rapidly extracting polypeptide substances from sweet potatoes, which comprises the steps of preparing sweet potato powder from fresh and clean sweet potatoes by a pounding machine, taking a certain amount of sweet potato powder, adding a cellulase solution for mixing, adding water, mixing and stirring, carrying out enzymolysis at normal temperature for 3 hours, filtering and removing slag to obtain a mixed solution; slowly dripping a chitosan sodium alginate solution into the mixed solution until the precipitation is finished, and pouring out a supernatant to obtain a precipitate; washing the obtained precipitate for 3-5 times, adding plant protease, adding water, stirring, and performing enzymolysis at 40-65 deg.C for 5-10 hr to obtain polypeptide substance in sweet potato. The invention utilizes the biological enzymolysis method to rapidly extract the polypeptide substances in the sweet potatoes, the polypeptide substances have excellent antioxidant activity, can realize high-valued utilization of the sweet potatoes, can reduce the environmental pollution to the production process caused by the loss of peptides into wastewater in the processing process of the sweet potatoes, provides a theoretical basis for the extraction and development of the polypeptide substances in the sweet potatoes, and lays a foundation for the later industrial development and upgrading.)
技术领域
本发明涉及生物技术领域，特别涉及一种快速提取红薯中多肽类物质的方法。
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、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。
红薯多肽是一种具有很强生物活性的物质，具有很强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当中被忽视作为废弃物处理与处置，因此将红薯中的多肽开发并作为未来保健和营养品，对红薯产业的升级和红薯的附加值提高有一定的应用前景。
针对红薯加工现状来看，大部分红薯被加工成红薯淀粉、粉丝和粉条，而红薯中的多肽物质则作为废液排出，引起了严重的资源浪费和环境污染问题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种快速提取红薯中多肽类物质的方法，利用生物酶解法快速提取红薯中的多肽类物质，该多肽类物质具有优异的抗氧化活性，可以实现红薯的高值化利用，同时可以减少红薯加工过程中肽流失到废水中对生产过程的环境污染，为红薯中多肽类物质的提取开发提供了理论依据，为以后产业开发及升级奠定了基础。
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快速提取红薯中多肽类物质的方法，具体包括：
(1)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，加入纤维素酶溶液混合，再加入水，混合搅拌后，制成固体质量含量为20-30％的混合物，所得混合物在常温搅拌下酶解3小时；酶解完毕后过滤除渣，得到混合液；
(2)将壳聚糖海藻酸钠溶液缓慢滴加到步骤(1)所得混合液中直到沉淀完毕，滴加壳聚糖海藻酸钠溶液的同时低速搅拌；沉淀完毕后倒去上清液，得到沉淀；
(3)将步骤(2)所得沉淀用水清洗3-5次，加入植物蛋白酶，再加水搅拌，然后在40-65℃酶解5-10小时，酶解的同时不间断地搅拌，最终得到红薯中多肽类物质。
进一步地，步骤(1)中所述纤维素酶溶液的质量浓度为0.2-0.6％，纤维素酶溶液的加入量按照每克红薯粉末加入0.2-1ml纤维素酶溶液的比例计量加入。
进一步地，步骤(2)中壳聚糖海藻酸钠溶液的质量浓度为10％。
进一步地，步骤(3)中所述的植物蛋白酶为木瓜蛋白酶，木瓜蛋白酶的加入质量与步骤(2)所得沉淀的质量比为1:100000。
进一步地，步骤(3)中水的加入质量与步骤(1)中所用的红薯粉末的质量比为1:1。
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，保证提取的红薯多肽类物质的功效。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。
步骤(1)中采用的纤维素酶是降解纤维素生成葡萄糖的一组酶的总称，包括内切葡聚糖酶、纤维二糖水解酶、β-葡萄糖苷酶3个组分，具有分解、软化纤维素、破坏细胞壁、增加植物细胞内容物溶出量的作用，可以破坏红薯中细胞壁等纤维性物质，有利于红薯蛋白的溶出和释放。
步骤(2)中采用的壳聚糖-海藻酸钠是一个绿色的骨架型结构的生物大分子，可以高效的捕获水体中的可溶性多肽和蛋白质。这种物质是由季氨化的壳聚糖和溶解性的海藻酸在氢氧化钠的作用下形成的物质。壳聚糖是由自然界广泛存在的几丁质经过脱乙酰作用得到的，是一种天然高分子物质，其生物官能性和相容性、血液相容性、安全性、微生物降解性等性能优良，壳聚糖是以甲壳质为原料，再经提炼而成，不溶于水，能溶于稀酸，能被人体吸收。壳聚糖酸为带阳离子的高分子碱性多糖聚合物，并具有独特的理化性能和生物活化功能。海藻酸是一种大有骨架型结构的天然物质，并且能高效的识别和捕捉水体中的金属离子，因而具有靶向作用性。壳聚糖-海藻酸钠对于蛋白和多肽具有很重要的作用。
步骤(3)中加入的植物蛋白酶是木瓜蛋白酶，是以木瓜为原料，经过物理化学提取分离过程，定向获取和浓集植物中的一种或多种有效成分，不改变其有效成分结构而形成的一种低特异性蛋白水解酶，木瓜蛋白酶的活性中心含半胱氨酸，属于巯基蛋白酶，它具有酶活性高、热稳定性好、天然卫生安全等特点；利用木瓜蛋白酶催化蛋白质水解可以得到红薯多肽，红薯的蛋白质和纤维素的酶解率达到90％以上。
本发明通过三步酶解法，利用纤维素酶的水解破壁诱导红薯蛋白释放，利用壳聚糖海藻酸钠溶液沉淀红薯蛋白，再利用木瓜蛋白酶水解红薯蛋白，最终得到红薯中多肽类物质。本发明能快速提取红薯中的多肽类物质，提高了红薯蛋白的利用率，并保留了红薯中多肽类物质较高的天然生物活性。本发明对工艺设备的要求不苛刻，易于工业化应用，提取成本低。
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，利用生物酶解法提取红薯中的多肽类物质，该方法反应条件温和，对蛋白质的影响很小，并保留了较高的天然生物活性，可以很好地控制反应条件。在提取过程中控制酶解时间、温度、加酶量以及底物浓度等因素考察对多肽提取率以及抗氧化活性的影响，红薯的蛋白质和纤维素的酶解率达到90％以上，为生物健康产业提供廉价原料，降低提取成本，实现红薯的高值化利用，同时减少红薯加工过程中肽流失到废水中对生产过程的环境污染。
附图说明
图1是本发明所得红薯中多肽类物质的红外图；
图2是本发明所得红薯中多肽类物质的核磁共振图；
图3是本发明所得红薯中多肽类物质对细胞生长的影响图。
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。
本发明一种快速提取红薯中多肽类物质的方法具体包括：
(1)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，加入质量浓度为0.2-0.6％的纤维素酶溶液混合，再加入一定量的水，混合搅拌，制成固体质量含量为20-30％的混合物，将所得混合物在常温搅拌下酶解3小时；酶解完毕后过滤除渣，得到混合液；
其中，纤维素酶溶液的加入量按照每克红薯粉末加入0.2-1ml纤维素酶溶液的比例计量加入。
(2)将质量浓度为10％的壳聚糖海藻酸钠溶液缓慢滴加到步骤(1)所得混合液中直到沉淀完毕，滴加壳聚糖海藻酸钠溶液的同时低速搅拌；沉淀完毕后倒去上清液，得到沉淀；
(3)将步骤(2)所得沉淀用水清洗3-5次，加入植物蛋白酶，再加水搅拌，然后在40-65℃酶解5-10小时，酶解的同时不间断地搅拌，最终得到红薯中多肽类物质。其中，植物蛋白酶的加入质量与步骤(2)所得沉淀的质量比为1:100000，植物蛋白酶具体为木瓜蛋白酶。水的加入质量与步骤(1)中所用的红薯粉末的质量比为1:1。
所述的壳聚糖海藻酸钠溶液具体可以按照以下方法配置：
将1g海藻酸装入三口烧瓶中，加入10ml摩尔浓度为50mM，pH＝5.5的PBS缓冲溶液，常温搅拌溶解，待完全溶解后，加入季氨化壳聚糖，搅拌30分钟后，加入质量分数为10％的氢氧化钠溶液，于45℃水浴中调节pH值为8.5左右，即得到壳聚糖-海藻酸钠溶液。
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所得红薯粉末，按照每克红薯粉末加入0.2ml纤维素酶溶液的比例加入质量浓度为0.2％的纤维素酶溶液，混合后再加入一定量的水，混合搅拌，制成固体质量含量为20％的混合物，将所得混合物在常温搅拌下酶解3小时；酶解完毕后过滤除渣，得到混合液；
(2)、将配置的质量浓度为10％的壳聚糖海藻酸钠溶液缓慢滴加到步骤(1)所得混合液中直到沉淀完毕，滴加壳聚糖海藻酸钠溶液的同时低速搅拌，沉淀完毕后倒去上清液，得到沉淀；
(3)、将步骤(2)所得沉淀用水清洗3-5次，加入木瓜蛋白酶，再加500g水搅拌，然后在40℃酶解10小时，酶解的同时不间断地搅拌，最终得到红薯中多肽类物质；其中，木瓜蛋白酶加入量与步骤(2)所得沉淀的质量比为1:100000。
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所得红薯粉末，按照每克红薯粉末加入0.5ml纤维素酶溶液的比例加入质量浓度为0.4％的纤维素酶溶液，混合后再加入一定量的水，混合搅拌，制成固体质量含量为25％的混合物，将所得混合物在常温搅拌下酶解3小时；酶解完毕后过滤除渣，得到混合液；
(2)、将配置的质量浓度为10％的壳聚糖海藻酸钠溶液缓慢滴加到步骤(1)所得混合液中直到沉淀完毕，滴加壳聚糖海藻酸钠溶液的同时低速搅拌，沉淀完毕后倒去上清液，得到沉淀；
(3)、将步骤(2)所得沉淀用水清洗3-5次，加入木瓜蛋白酶，再加500g水搅拌，然后在50℃酶解8小时，酶解的同时不间断地搅拌，最终得到红薯中多肽类物质；其中，木瓜蛋白酶加入量与沉淀的质量比为1:100000。
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所得红薯粉末，按照每克红薯粉末加入1ml纤维素酶溶液的比例加入质量浓度为0.6％的纤维素酶溶液，混合后再加入一定量的水，混合搅拌，制成固体质量含量为30％的混合物，将所得混合物在常温搅拌下酶解3小时；酶解完毕后过滤除渣，得到混合液；
(2)、将配置的质量浓度为10％的壳聚糖海藻酸钠溶液缓慢滴加到步骤(1)所得混合液中直到沉淀完毕，滴加壳聚糖海藻酸钠溶液的同时低速搅拌，沉淀完毕后倒去上清液，得到沉淀；
(3)、将步骤(2)所得沉淀用水清洗3-5次，加入木瓜蛋白酶，再加500g水搅拌，然后在65℃酶解5小时，酶解的同时不间断地搅拌，最终得到红薯中多肽类物质；其中，木瓜蛋白酶加入量与沉淀的质量比为1:100000。
图1是本发明所得红薯中多肽类物质的红外图，从图中可知3400-3500是NH的伸缩振动吸收峰，1550-1510、1680-1630是羰基吸收峰，1260左右是CN的吸收峰。
图2是本发明所得红薯中多肽类物质的核磁共振图，从图中可知在氨基酸平衡点下进行序列测定时，所得红薯中多肽类物质的氨基酸序列为Trp1-MeG 2-Asn 3-Thr 4-Gly5-Orn 6-Ala 7。
图3是不同浓度的多肽对表皮细胞生长的影响图，从图中可知：表皮细胞均为绿色，说明细胞生长良好，多肽对表皮细胞具有很好的免疫能力。
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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