荔枝皮高聚原花青素生物转化的研究

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荔枝皮是富含原花青素的荔枝加工副产物,占全果鲜重的15%,随着荔枝深加工产业的发展,每年有上万吨荔枝皮被废弃。荔枝皮原花青素(Litchi pericarp proanthocyanidins,LPCs)具有极强的自由基清除活性,目前的研究主要集中在其低聚体(Litchi pericarp oligomeric proanthocyanidins,LOPCs),而大量的高聚体(Litchi pericarp polymeric proanthocyanidins,LPPCs)由于其生物利用率低、生物活性差而未得到重视。因此,对荔枝皮高聚原花青素进行转化研究对提高其生物利用率及荔枝产业的综合效益具有重要意义。本课题以荔枝皮为研究对象,首先优化LPCs提取工艺,分离富集LPPCs并研究其结构组成,然后探究LPPCs生物转化工艺,对转化产物进行鉴定,推测其转化途径,最后对LPPCs转化产物的抗氧化活性和抗营养特性进行研究。具体研究内容及其结果如下:(1)优化LPCs提取工艺并研究LPPCs结构组成:首先以得率和平均聚合度为指标,确定了超声-微波协同萃取法为最佳提取方法,然后以得率为指标,通过单因素和响应面试验优化,确定最佳提取工艺为料液比1∶31 g/m L,微波功率307 W,萃取温度46℃,萃取时间17 min,优化前LPCs得率为7.54%,经优化后,得率达8.10%,提高了7.43%。以LPCs提取物为原料,纯化并分离LOPCs和LPPCs,测得LPPCs纯度为81.07%,平均聚合度为6.12,占LPCs总质量的45.21%;通过MALDI-TOF-MS分析可知,LPPCs具有大量的A型结构,最高聚合度为十二,以四至六聚体为主;相同聚合度的LPPCs具有多种不同的结构,且结构的多样性随聚合度的增加而减少。(2)建立并优化LPPCs的生物转化工艺:根据所建立的筛菌模型,从植物乳杆菌、嗜酸乳杆菌、发酵乳杆菌、干酪乳杆菌和副干酪乳杆菌中筛选出植物乳杆菌为转化LPPCs的合适菌种。筛选结果表明,植物乳杆菌的生长代谢受到LPPCs的干扰最小,且对LPPCs具有良好的转化效果,其中,LPPCs转化率达78.36±2.71%;转化产物中(低聚)原花青素含量达302.84±11.46μg GSP/mg DW,比未接种的控制组高1106.37%;总酚含量达823.59±30.92μg GAE/mg DW,为五种乳杆菌中含量最高,同时比未接种的控制组高724.32%。接着以转化产物的总酚含量为指标,通过单因素和正交试验优化LPPCs的发酵转化工艺,经验证,确定最佳工艺参数为:植物乳杆菌接种量为2%(v/v),发酵时间为48 h,发酵温度为35℃,初始p H为5.5,优化后,产物中的总酚含量提高了30.88%,达1077.93μg GAE/mg DW。(3)LPPCs转化产物的分析鉴定及其抗氧化活性和抗营养性的研究:通过HPLC-QTOF-MS/MS分析,从植物乳杆菌转化LPPCs的终产物中鉴定出7种物质,分别是4-羟基肉桂酸、3,4-二羟基苯丙烯酸、紫苏酸、3-(4-羟基-3-甲氧基苯基)丙酸、肉桂酸、奎宁酸、原花青素A2,并初步认为4-羟基肉桂酸、3,4-二羟基苯丙烯酸和原花青素A2为转化产物中的主要物质;通过分析发酵前、后期的产物变化,初步推测认为前期促进LPPCs解聚、后期降解代谢解聚后游离的黄烷-3-醇单体为植物乳杆菌对LPPCs的转化途径。通过测定LPPCs转化产物对ABTS+·和DPPH·自由基离子的清除能力、氧自由基吸收能力和脂质抗氧化活性发现,LPPCs经转化后,其体外抗氧化活性显著提高,其中,转化产物的ORAC值为LPPCs的4.13倍,同时显著(P<0.05)高于VC。此外,转化产物对α-淀粉酶、胰脂肪酶和胃蛋白酶仍具有不同程度的抑制活性,其对三种消化酶的IC50值分别为381.06±5.75μg/m L、101.53±7.23μg/m L和283.76±7.73μg/m L,但与LPPCs相比,其IC50均显著(P<0.05)升高,表明转化产物对三种消化酶的抑制均小于LPPCs,其抗营养性显著减小。综上可见,LPPCs经植物乳杆菌发酵转化后具有更强的抗氧化活性,同时其抗营养性减弱,对膳食营养摄入的干扰程度降低。本课题建立了一种利用乳杆菌发酵转化荔枝皮高聚原花青素的工艺,获得了抗氧化活性提高、抗营养性减弱的转化产物,实现了高聚原花青素向高活性小分子物质的转化,为荔枝加工副产物及原花青素的综合利用提供了一条新思路,同时为全果型荔枝功能性加工产品的开发提供理论依据。
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