1、Food and Fermentation Science&Food and Fermentation Science&TechnologyTechnology收稿日期:2022-10-28作者简介:赵迪(1987-),男,硕士,助理研究员。研究方向:益生菌发酵。*通信作者:余萍(1982-),女,硕士,高级工程师。研究方向:益生菌发酵。引用格式:赵迪,白淼,余萍,等.决明子菊花本草酵素的制备及降血压作用研究 J.食品与发酵科技,2023,59(5):64-70.决明子菊花本草酵素的制备及降血压作用研究赵迪1,白淼2,余萍1*,矫艳平1,闵祥博1,李丽娜1,李晶1,彭永振1,陈雪1(1.江西仁
2、仁健康微生态科技有限公司,江西樟树 331200;2.渤海大学食品科学与工程学院,辽宁锦州 121013)摘要:优化决明子菊花本草酵素发酵工艺,并探究其降血压功能。以ACE抑制率为响应值,以发酵时间、发酵温度、接种量为探究指标,通过单因素试验和Box-Behnken试验优化发酵工艺。利用大鼠灌胃试验、测定大鼠的体重、动脉的收缩压和舒张压变化,根据灌胃不同周期探究大鼠血压变化。结果表明:发酵工艺优化为发酵时间72h、发酵温度37、接种量7.5%,以此制备的酵素ACE抑制率可达49.34%。大鼠灌胃试验结果显示,决明子菊花本草酵素对大鼠体重不产生影响,未对正常大鼠有降血压作用,对自发性高血压大鼠的
3、血压具有辅助下调作用。表明决明子菊花本草酵素具有辅助降血压作用,其开发和应用具有广阔的市场。关键词:决明子;菊花;酵素;高血压中图分类号:R285文献标识码:A文章编号:1674-506X(2023)05-0064-0007Preparation of Cassia and Chrysanthemum Materia Medica FermentationBroth and Study on Blood Pressure Lowering EffectZHAO Di1,BAI Miao2,YU Ping1*,JIAO Yanping1,MIN Xiangbo1,LI Lina1,LI Jing
4、1,PENG Yongzhen1,CHEN Xue1(1.Jiangxi Renren Health Microecological Technology Co.,Ltd.,Zhangshu Jiangxi 331200,China;2.School of Food Science and Engineering,Bo Hai University,Jinzhou Liaoning 121013,China)Abstract:To optimize the fermentation process of Cassia and chrysanthemum herb,and to explore
5、its functionofloweringbloodpressure.WithACEinhibitionrateasresponsevalue,fermentationtime,fermentationtemperature and inoculation amount as inquiry indexes,the fermentation process was optimized by single factortest and Box-Behnken test.The weight of rats,the changes of the systolic and diastolic bl
6、ood pressure of theartery were measured by the experiment of rat intragastric administration,and the changes of the blood pressureof rats were explored according to different cycles of intragastric administration.Results showed fermentation time72 h,fermentation temperature 37,inoculation amount 7.5
7、%,inhibition rate of the enzyme ACE obtainedfrom this condition could reach 49.34%.The results of rat intragastric experiment showed that cassia andchrysanthemum herb enzyme had no effect on the weight of rats,did not have the effect of lowering bloodpressure in normal rats,but had the effect of aux
8、iliary lowering blood pressure in essential hypertensive rats.It showed the herb enzyme of cassia and chrysanthemum has the effect of assisting blood pressure lowering,andits development and application have broad market.Keywords:chrysanthemum;cassia;fermentation broth;hypertensiondoi:10.3969/j.issn
9、.1674-506X.2023.05-011赵迪等:决明子菊花本草酵素的制备及降血压作用研究第59卷(总第237期)赵迪等:决明子菊花本草酵素的制备及降血压作用研究高血压是一种以动脉血压持续升高为特征的进行性心血管损害性疾病,是全球人类最常见的慢性病,是冠心病、脑血管病、慢性肾脏疾病发生和死亡的主要危险因素1-2。据 中国居民营养与慢性病状况报告(2020年)显示,18岁以上成人高血压患病率为27.5%。分布特点:城市高于农村,男性高于女性,并且随着年龄增加而显著增高3-4。对于高血压的治疗,西医多采用药物治疗,如氢氯噻嗪、利美尼定等。中医学认为高血压病是由于机体阴阳平衡失调导致,恢复阴阳平衡
10、,调理脏腑功能,是中医中药治疗高血压的基本原则5。从而利用中草药多靶点作用的优势,降低激素治疗用量,得到了医学界的广泛认同6-7。近年来,诸多研究表明,高血压和肠道菌群的失调具有直接关系,而且口服益生菌制品可通过改善肠道菌群进而明显降低血压8。此外,高血压的控制与多种代谢途径有关,而血管紧张素转换酶(angiotensin-Iconvertingenzyme,ACE)的调节是一个关键调控因素9。ACE是从人体组织和体液中发现的一种二肽羧肽酶,通过将血管紧张素I转化成血管紧张素来提高血压10,在人体心血管系统中起着至关重要的作用。决明子在中国已有 2 000 多年的药用历史,由于其各种药理作用,
11、在亚洲特别是中国、韩国、日本和印度被广泛用于降血压、降血脂、缓解便秘、保护肝脏等11,其主要活性成分是蒽醌、萘和萘并吡喃酮12。菊花是菊科的多年生植物菊花(Chrysanthemummorifolium Ramat)的干燥头状花序,具有降血压、降血脂、治疗风热型感冒、保护心血管、抗菌消炎、抗病毒等作用,主要活性成分是类黄酮化合物、三萜类化合物和挥发油13-16。食用植物酵素是以植物为原料,经微生物发酵而得的具有特定生物活性成分的可食用的产品,包括固态和液态17。植物酵素不仅发挥原料的活性成分优势,还含有丰富的多糖类、有机酸、多酚及低聚糖等生物活性物质,具有多种生理功能18-19。本研究以决明子
12、和菊花为原料通过益生菌发酵得本草酵素,并通过大鼠灌胃试验验证其降压效果,为其进一步应用提供理论依据。1材料与方法1.1材料与试剂决明子、菊花,樟树市仁德中药饮片有限公司;枸杞子,中宁县杞福源商贸有限公司;低聚果糖,保龄宝生物股份有限公司;氯化钠,宜兴阿拉丁化工贸易有限公司;植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)HCS03-001、罗伊氏乳杆菌(Lactobacillus reuteri)HCS02-001、鼠李糖乳杆菌(Lactobacillus rhamnosus)HCS01-013,江西仁仁健康微生态科技有限公司;4-羟乙基哌嗪乙磺酸(HEPES)、N-3-(2-呋喃
13、基)丙烯酰-L-苯丙氨酰-甘氨酰-甘氨酸(FAPGG),上海源叶生物科技有限公司;卡托普利,市售;40只SPF级雄性自发性高血压大鼠(SHR),体重220240g,20只雄性Wistar-Kyoto(WKY)正常血压大鼠,上海斯莱克实验动物有限责任公司。1.2仪器与设备LDZX-50KBS高压蒸汽灭菌锅,上海申安医疗器械厂;DNP-420培养箱、101A-3电热恒温干燥箱,北京市永久光明医疗器械有限公司;UPTB-10超纯水机,上海申分分析仪器有限公司;JA2003N精密电子天平,上海佑科仪器仪表有限公司;PHS-25B酸度计,上海大普仪器有限公司;EPOCH2NSC-SN酶标仪,美国伯腾仪器
14、有限公司;过滤膜(3 m),绍兴海纳膜技术有限公司;SW-CJ-2D 超净工作台,沈阳鑫科之杰仪器化玻有限公司;TG1650-WS台式高速离心机,上海卢湘仪离心机仪器有限公司;CS-2000高速多功能粉碎机,永康市天祺盛世工贸有限公司;UV-2000型可见紫外分光光度计,尤尼柯(上海)仪器有限公司产品;CODA-MNTR型智能无创血压计,北京世联博研科技有限公司。1.3方法1.3.1决明子菊花本草酵素工艺流程原料前处理接种发酵过滤杀菌标准化灌装(1)原料前处理:决明子1.0%(w/v),低聚果糖1.0%(w/v),枸杞子1.0%(w/v),菊花1.0%(w/v)。(2)接种:按照发酵体积的8%
15、进行接种。(3)发酵:发酵温度37,发酵时间(724)h,发酵pH4.00。(4)过滤:膜孔径3m。(5)杀菌:温度121,时间30s。1.3.2发酵工艺优化单因素试验按照“1.3.1”制备决明子菊花本草酵素液。固定发酵温度37、菌种接种量8%(v/v)、发酵时间72 h,研究发酵时间(48、60、72、84、96 h)、发酵温度(33、35、37、39、41)、接种量 4%、6%、8%、10%、12%(v/v)对决明子菊花本草酵素ACE活性抑制率的影响。652023年第5期1.3.3响应面试验根据单因素试验结果,发酵时间、发酵温度、接种量是影响发酵程度的主要因素。根据Box-Benhnken
16、试验设计原理,以此三因素为自变量进行组合优化,以 ACE 抑制率为响应值,进行响应面试验分析。确定决明子菊花本草酵素的最佳工艺条件。试验设计方案如表1,采用Design Expert 8.0.6软件进行数据处理和回归分析。表1Box-Benhnken试验设计因素水平Tab.1Factors and levels of the Box-Behnken experiment因素发酵时间/h发酵温度/接种量/%水平16035607237818439101.3.4ACE活性抑制率测定利用酶标仪对ACE抑制率进行测定,配置缓冲液:称取HEPES 1.91 g和NaCl 1.75 g,加适量的蒸馏水,搅拌
17、至将其完全溶解后,调节溶液pH至8.3,定容至100 mL,于4 保存备用。FAPGG的配制:称取 19.97 mg FAPGG,加缓冲溶液溶解并定容至 50 mL,于4 避光保存备用。使用前37 预热15min。ACE用去离子水配成0.1U/mL。ACE 抑制率的测定:对照孔为 20 L ACE 加40L HEPES 缓冲液加50L FAPGG。样品孔为20L ACE加40L样品加50L FAPGG。在340nm波长下,分别测定对照孔和样品孔的初始吸光度(a1和b1),酶标板于37 条件下保温30 min后再测定其吸光度(a2和b2),每个样品测定3次重复。样品ACE抑制率按照公式(1)计算
18、。ACE抑制率/%A-BA100(1)式中:A对照孔的吸光度减少值(Aa1a2);B样品孔的吸光度减少值(Bb1b2)。1.3.5指标测定方法总酸测定参照 GB 124562021 食品安全国家 标准 食品中总酸的测定;乳酸测定参照GB 5009.1572016 食品安全国家标准 食品中有机酸的测定;粗多糖测定参照 SN/T 42602015出口植物源食品中粗多糖的测定 苯酚-硫酸法;游离氨基酸测定参照GB 5009.1242016 食品安全国家标准 食品中氨基酸的测定。1.3.6试验分组将SHR大鼠随机分为4组,每组10只,WKY大鼠随机分为2组,每组10只。分为WKY-NaCl组灌胃生理盐
19、水,WKY-H组灌胃高剂量的决明子菊花本草酵素,SHR-NaCl组灌胃生理盐水,SHR-卡托普利组灌胃卡托普利,根据人体用量换算大鼠剂量,SHR-H组灌胃高剂量的决明子菊花本草酵素,灌胃的决明子菊花本草酵素为响应面优化后的配方制备的酵素,SHR-前处理组灌胃“1.3.1”中经前处理后的发酵原料。灌胃剂量如表2所示,每日10时灌胃一次,试验周期为4周,定期记录大鼠体重20-21。表2试验对象分组Tab.2Group of mice组别WKY-NaClWKY-HSHR-NaClSHR-卡托普利SHR-前处理SHR-H灌胃样品生理盐水决明子菊花本草酵素生理盐水卡托普利发酵原料决明子菊花本草酵素剂量1
20、5mL/kgbw15mL/kgbw15mL/kgbw1mg/kg15mL/kgbw15mL/kgbw1.3.7决明子菊花本草酵素对大鼠血压的影响将根据响应面试验优化得到的决明子菊花本草酵素灌胃给大鼠,采用刘璐等22的测量方法,测定大鼠的血压并进行记录。试验前,间隔一天测定大鼠血压,待稳定后开始记录试验。自发性高血压大鼠给药前血压在适应性喂养后测量,间隔2d后再次测量,分别在灌胃后的第1、2、3、4周测定大鼠的收缩压和舒张压。1.4数据处理与分析所有数据均为3次平行试验的平均值标准偏差。通过Design-Expert 8.0.6软件对回归模型进行方差分析和可靠性分析。2结果与讨论2.1发酵条件的
21、单因素试验如图1所示,ACE抑制率均随变量的变化呈先上升后下降的趋势。发酵时间对ACE抑制率的影响见图1a,随发酵时间的延长ACE抑制率越来越高,在72h时ACE抑制率达到49.88%,随后ACE抑制率呈下降趋势,分析原因可能是发酵时间过长破66第59卷(总第237期)赵迪等:决明子菊花本草酵素的制备及降血压作用研究坏决明子菊花本草酵素中的黄酮类化合物和蒽醌类化合物,对肾素血管紧张素醛固酮系统的激活作用减弱,ACE抑制率随之下降。因此发酵时间72h为较优选择。如图1b所示,ACE抑制率随发酵温度的增加呈先上升后下降的趋势,当发酵温度为37时ACE抑制率达到最高48.99%。但温度过高会破坏决明
22、子菊花本草酵素中黄酮类化合物成分,从而对ACE抑制能力减弱,因此选择37为较优的发酵时间。如图1c所示,ACE抑制率随接种量的增加呈先上升后下降的趋势,当接种量为8%时ACE抑制率达到最高49.33%。继续增加接种量,ACE抑制率随之降低。分析原因可能是菌种量过度接种,导致发酵过度会影响降血压物质的生成和稳定,影响黄酮类化合物发挥作用,因此选择8%为较优的接种量。2.2响应面试验以单因素试验结果为基础,依据Design Expert8.0.6中的Box-Benhnken试验设计原理,选择发酵时间(A)、发酵温度(B)、接种量(C)为考察因素,以感官评分(Y)为响应值,进行3因素3水平的试验设计
23、,Box-Benhnken试验设计及结果见表3,方差分析见表4。应用Design-Expert 8.0.6对表4试验结果进行分析,得到二次多项回归方程:Y49.600.54A0.09B0.02C0.07AB0.28AC0.02BC7.23A23.15B21.51C2由表4可知,回归模型极显著(P0.01),说明该模型对ACE抑制率分析和预测较精准,失拟项(P0.12540.05),无显著性差异。模型决定系数R20.9964,校正决定系数R2Adj0.9918,说明该模型方程拟合度良好,可以较好地反映各因素之间的关系 23。各因素的F值可评价该因素对响应值的影响,F值越大,表明该因素的影响越显著
24、24-25。因此,对ACE抑制率影响顺序依次是发酵时间发酵温度接种量。模型预测最佳发酵工艺条件为发酵时间72.3h、发酵温度36.8、接种量7.5%,在此条件下,ACE抑制率理论值为49.52%。为了方便实际操作,将最佳发酵工艺修正为发酵时间72 h、发酵温度37、接种量 7.5%。在此条件下进行 5 次平行验证试验,序号1234567891011121314151617因素A00111001101110000B11110010001101000C11001011100011000ACE抑制率/%45.3244.5238.7739.5342.1149.8845.0240.1540.1749.3
25、538.9239.6641.0044.9049.5949.8749.33表3发酵工艺优化Box-Benhnken试验设计与结果Tab.3Box-Benhnken experimental design and resultsof fermentation process optimization图1发酵条件优化单因素试验结果Fig.1Single factor test results of optimization of fermentation conditions405060708090100发酵时间/h34363840424446485052ACE抑制率/%323436384042发酵
26、温度/3638404244464850ACE抑制率/%4681012接种量/%38404244464850ACE抑制率/%672023年第5期ACE抑制率实际值为49.34%,与理论值接近,说明该模型能准确反映各因素条件的变化与发酵程度之间的关系,该模型具有可靠性。2.3指标检测结果酵素中含有多种丰富的生物活性物质,本研究检测了优化后工艺制备的决明子菊花本草酵素的特征性成分,结果见表5。2.4决明子菊花本草酵素对大鼠体重的影响SHR大鼠经过四周灌胃决明子菊花本草酵素后,体重变化如图3所示。在整个试验期间,大鼠的体重变化较为平缓,说明服用决明子菊花本草酵素后未对大鼠体重产生影响,且长期服用不会影
27、响SHR大鼠的体重。表4回归模型方差分析Tab.4ANOVA of regression model项目模型ABCABACBC平方和294.162.300.063.61E-0030.020.321.60E-003自由度9111111均方32.682.300.063.61E-0030.020.321.60E-003F值217.0315.280.410.020.132.120.011P值0.0001*0.0058*0.54390.88130.72890.18880.9208项目A2B2C2残差失拟项纯误差总离差平方和220.2941.809.641.050.770.29295.21自由度11173
28、416均方220.2941.809.640.150.260.07F值1462.78277.5564.023.57P值0.0001*0.0001*0.0001*0.125 4注:*表示极显著(P0.01)。表5发酵过程中产物成分分析Tab.5Analysis of product components infermentation process序号1234检测项目乳酸/(mg/kg)总酸(以乳酸计)/(g/100g)粗多糖/(g/100g)游离氨基酸/(mg/100g)实测数值1.401030.800.34160图2各因素交互作用对ACE抑制率的影响Fig.2Effects of intera
29、ction of various factors on ACE inhibition rateACE抑制率/%1.000.500.000.501.001.000.500.000.501.00B:发酵温度A:发酵时间38404244464850384042444648501.000.500.000.501.001.000.500.000.501.00A:发酵时间C:接种量384042444648501.000.500.000.501.001.000.500.000.501.00B:发酵温度C:接种量ACE抑制率/%ACE抑制率/%图3决明子菊花本草酵素对大鼠体重的影响Fig.3Effect of
30、 cassia and chrysanthemum herbenzymes on body weight of rats体重/g周期第一周第二周第三周第四周05010015020025068第59卷(总第237期)赵迪等:决明子菊花本草酵素的制备及降血压作用研究2.5决明子菊花本草酵素对大鼠血压的影响2.5.1决明子菊花本草酵素对大鼠动脉收缩压的影响用决明子菊花本草酵素饲喂大鼠四周后,大鼠的收缩压结果如表6所示。食用决明子菊花本草酵素14周的SHR大鼠与SHR-NaCl组相比收缩压均降低,且第34周差异显著(P0.05),说明食用决明子菊花本草酵素,对降血压具有辅助效果,长期服用效果较为显著。
31、SHR-前处理组大鼠较SHR-NaCl 虽有所下降,但收缩压均比 SHR-H 组高,说明决明子、菊花等原料经发酵制备的酵素产品降血压效果有显著提升。SHR-H组与SHR-卡托普利组相比,食用决明子菊花本草酵素3周后对大鼠收缩压的影响效果与药物卡托普利的效果无显著差异(P0.05)。WKY-H组大鼠与WKY-NaCl组大鼠的血压相比,变化不显著(P0.05),说明服用决明子本草酵素对正常大鼠的血压无显著影响。综上,将决明子、菊花经益生菌发酵后,灌胃决明子菊花本草酵素 3 周后对 SHR 大鼠具有显著(P0.05)的降压作用。2.5.2决明子菊花本草酵素对大鼠动脉舒张压的影响大鼠经灌胃四周后动脉舒
32、张压结果如表7所示。SHR-H组大鼠与SHR-NaCl组大鼠舒张压相比,食用决明子菊花酵素 1 周后舒张压显著下降(P0.05),与SHR-前处理组相比,14周的大鼠舒张压均显著低于SHR-前处理组,说明食用决明子菊花本草酵素后可显著改善高血压症状。整个试验周期内,SHR-H组与SHR-卡托普利组相比舒张压结果无显著差异(P0.05),说明决明子菊花本草酵素对高血压的降低效果与卡托普利药物的效果无显著差异(P0.05)。WKY-H组大鼠与WKY-NaCl组的舒张压无显著差异(P0.05),说明决定子菊花本草酵素对正常大鼠的血压无影响。决明子菊花本草酵素对SHR大鼠起到降压作用,可能是因为决明子
33、菊花本草酵素中的粗多糖和黄酮类化合物抑制ACE酶活性,提升ACE酶抑制率,从而起到降压的作用20。表6决明子菊花本草酵素对大鼠收缩压的影响(n30)Tab.6Effects of cassia and chrysanthemum herb enzymes on systolic blood pressure in rats(n30)组别WKY-NaClWKY-HSHR-NaClSHR-卡托普利SHR-前处理SHR-H收缩压/mmHg第1周125.4510.21A124.338.79A164.7211.25a135.777.21b161.333.28a145.758.22ab第2周126.158
34、.22A125.327.65A167.5810.35a137.855.32b161.451.22a150.327.23a第3周124.3512.56A126.337.33A172.858.93a145.568.27b162.492.67a151.326.41b第4周125.829.32A126.358.22A177.456.22a150.469.22b162.352.66a153.785.33b注:相同大写字母表示WKY组间差异不显著(P0.05),不同小写字母表示SHR组间差异显著(P0.05),下同。表7决明子菊花本草酵素对大鼠舒张压的影响(n30)Tab.7Effects of cass
35、ia chrysanthemum herb enzymes on diastolic blood pressure in rats(n30)组别WKY-NaClWKY-HSHR-NaClSHR-卡托普利SHR-前处理SHR-H舒张压/mmHg第1周101.335.36A100.344.22A115.263.25a96.722.54b109.582.11a102.335.92b第2周106.124.22A102.323.55A113.563.07a99.373.22b108.352.11a103.462.60b第3周97.806.82A105.331.33A117.465.20a105.054.
36、91b113.451.39a102.974.15b第4周100.534.66A103.843.22A119.345.22a106.314.10b113.401.11a107.441.53b692023年第5期3结论近年来,随着我国经济快速发展,人们生活水平的不断提高,饮食结构、出行方式和工作强度等均发生了巨大变化,居民高血压患病率急剧上升,造成了严重的疾病负担,为降血压方式提供更多选择,本研究采用多种植物配伍的方式并通过益生菌发酵,得到新的具有更加良好的辅助降血压的决明子菊花本草酵素,有助于其进一步发展和应用。目前高血压患者居多,服药会带来部分副作用,因此制备一款具有降血压作用的酵素显得尤为重
37、要。本研究旨在制备一款具有降血压作用的酵素,并对其生产工艺和功效作出探究。对决明子菊花本草酵素的发酵工艺进行优化,以ACE抑制率为响应值,通过单因素试验和Box-Behnken试验对发酵时间、发酵温度、接种量三个因素进行优化,优化后的工艺参数为发酵时间72 h、发酵温度37、接种量7.5%,此时ACE抑制率可达49.34%,为制备具有降血压作用的酵素提供理论基础。通过大鼠试验,证明服用决明子菊花本草酵素对大鼠体重无影响,可对自发性高血压大鼠起到降压作用且效果显著,酵素对正常大鼠血压无影响,说明决明子菊花本草酵素对于高血压症状有显著的缓解功效,具有一定的辅助降血压的作用。参考文献1 付士辉,李玉
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