CN110754245A - 一种海带酶解液的制备方法及应用 - Google Patents

一种海带酶解液的制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种海带酶解液的制备方法及应用。本发明经过海带软化、褐藻胶裂解酶酶解、纤维素酶糖化及离心得到海带酶解液。海带软化能溶出海带细胞间更多的褐藻多糖，再分别加入褐藻胶裂解酶和纤维素酶，能有效提高海带酶解得率，得率高达73.1％。其制备方法简单，生产过程能耗低、时间短，处理过程温和、高效、安全。上述方法制备的海带酶解液，其海藻酸、甘露醇、有机质等含量明显高于现有技术。经试验证明，采用上述海带酶解液浸种，发芽率显著提高，小麦根长显著增加；采用上述海带酶解液喷洒小油菜幼苗，可以显著提高小油菜的单株重及叶面积，菠菜生育期内叶面喷雾上述海带酶解液，其生物量、叶面积和Vc含量都有显著提高。

Description

一种海带酶解液的制备方法及应用
技术领域
本发明属于海洋化工技术领域，具体涉及一种海带酶解液的制备方法及应用。
背景技术
海带(Laminaria japonica)又名纶布、昆布、江白菜，属于褐藻门、海带目、海带科、海带属，是一种食用历史久远的大型藻类，生长快、产量高，富含氨基酸、维生素、微量元素、矿物质及多糖类物质，具有极高的营养价值及药用价值。
海带成本低廉，是一种重要的海生资源，是提取褐藻多糖的主要原料，褐藻多糖是存在于海带细胞间和细胞内的天然生物大分子物质，具有多种生物学活性，是当今海洋生物农药和肥料的研究热点。目前褐藻多糖的降解方法主要有：化学降解法、热水提取法和生物酶解法，其中化学降解法虽然能提高褐藻多糖的得率，但会破坏产物的分子结构使其生物活性降低，且使用大量的强酸、强碱试剂会对环境造成污染；热水提取法耗能高，提取时间长，得率较低，且提取过程中高温会破坏目的产物的活性；生物酶解法与上述两种方法相比条件较温和，目的产物基本能保持完整的分子结构，且得率较高，操作简单、能耗低、环保高效，易实现工业化大规模生产。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种海带酶解液的制备方法及应用。本发明经过海带软化、褐藻胶裂解酶酶解、纤维素酶糖化及离心得到海带酶解液，其海藻酸、甘露醇、有机质、还原糖、总糖等的含量明显高于现有的制备方法。该方法具有得率高、能耗低、安全环保高效，大规模生产工艺简单、生产成本低廉的优势，因而具有良好的开发应用前景。
本发明的技术方案是：一种海带酶解液的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
(1)软化过程：将干海带、软化剂和水混合均匀，40-70℃软化2-5h；
(2)酶解过程：软化结束后将pH调至中性，加入褐藻胶裂解酶，40-60℃酶解2-5h；
(3)糖化过程：酶解结束后将pH调至5.0-6.0，加入纤维素酶，40-60℃酶解3-15h，高温灭酶，得到粗酶解液；
(4)过滤过程：将上述粗酶解液离心，上清即为海带酶解液。
优选的，所述步骤(1)的软化剂为碳酸钠、碳酸氢钠、草酸钾、草酸钠、碳酸钾、磷酸钾及醋酸钾中的任一种或两种以上以任意重量比例所组成的混合物，其用量为干海带重量的0.1％-10％。
所述步骤(1)的干海带和水的重量比为1：5～15。
优选的，所述步骤(2)褐藻胶裂解酶的用量为干海带重量的1.0-7.0％。
优选的，所述步骤(3)所述纤维素酶的用量为干海带重量的1.0-4.0％。
优选的，所述步骤(3)的高温灭酶为：将料液置于100℃环境下灭酶2-5min。
优选的，所述步骤(4)离心为：4000-5000r下离心20-30min。
采用上述方法制备的海带酶解液含有丰富的天然活性物质，气味较好。当干海带和水的重量比约1：9时，其可溶性固形物6.0～7.0％，海藻酸≥20mg/mL，甘露醇≥10mg/mL，有机质≥3.5％，还原糖≥13mg/mL，总糖≥18mg/mL。
上述的海带酶解液具有促进种子萌发、促进植株生长、提高产量(叶面积、生物量)及品质(Vc)的效果。
上述海带酶解液的使用方法：浸种和/或叶面喷施处理，在蔬菜生育期内进行喷施处理可以明显提高蔬菜生物量。
本发明的有益效果：
1.本发明的制备方法通过软化能溶出海带细胞间更多的褐藻多糖，将酶解过程和糖化过程分步进行，分别加入褐藻胶裂解酶和纤维素酶，能有效提高海带酶解得率，得率高达73.1％。以此制备技术制得的酶解液具有营养成分含量高、品质好、稳定性佳的优点；
2.上述方法制备的海带酶解液，其海藻酸、甘露醇、有机质、K、Ca、Mg、还原糖、总糖等含量明显高于现有技术。经试验证明，采用上述海带酶解液稀释500倍浸泡小麦和黄瓜种子，二者的发芽率显著提高，小麦根长显著增加。采用上述海带酶解液稀释500倍喷洒小油菜幼苗，可以显著提高小油菜的单株重及叶面积，菠菜生育期内将海藻液稀释500倍后进行叶面喷雾，其生物量、叶面积和Vc含量都有显著提高，且上述效果明显高于市售碱降解海藻液和市售酶解液。
3.本发明所提供的制备技术对环境友好，大规模生产制备工艺简单、生产成本低廉。
具体实施方式
下面实施例用于进一步解释本发明，但是不以任何方式构成对本发明的限制。下述实施例中的试验方法，如无特殊说明，一般为常规方法。其中褐藻胶裂解酶的酶活要求≥5000U/g，纤维素酶的酶活要求≥8000U/g。
实施例1 50L酶解罐制备海带酶解液
(1)软化过程：按4kg干海带和0.4kg软化剂(碳酸钠)投入酶解罐中，酶解罐装液量为40L，其余用水补足，50℃保持5h；
(3)酶解过程：软化结束后加入KOH调pH至中性，加入干海带重量的5.0％的褐藻胶裂解酶，50℃酶解5h；
(4)糖化过程：酶解结束后加入H2SO4调节pH至5.0-6.0，加入干海带重量的4.0％的纤维素酶，50℃酶解8h，将料液升温至100℃环境下灭酶2-5min，得到粗酶解液；
(5)过滤过程：将上述粗酶解液在4000r下离心30min，上清液即为海带酶解液。
收集海带渣，烘干后计算海带酶解得率。
公式如下：w＝(m0-m)/m0*100％，其中w：海带酶解得率，％；m0：干海带干重，g；m：酶解后所得海带渣的干重，g。
取样检测其中的营养成分，主要包括还原糖、总糖、海藻酸、甘露醇、有机质、可溶性固形物、可溶性蛋白、钾、钙、镁的含量，并与市售碱降解海藻液(青岛中德农业生物科技有限公司)和市售海带酶解液(青岛中德农业生物科技有限公司)营养成分进行比较。
(6)结果分析：
本发明的酶解得率为73.1％，酶解得率高。
不同海藻液样品各成分检测结果见表1，利用褐藻胶裂解酶和纤维素酶的降解作用，将海带中不溶于水的大分子营养物质降解成可溶于水的小分子活性物质，这些活性物质可以直接被植物吸收利用，从而提高了营养成分的利用率。用该技术制备的海带酶解液中营养物质的含量比市售碱降解海藻液和市售海带酶解液中高，其中海藻酸含量比市售碱降解海藻液和市售海带酶解液分别高169.1％和59.8％，甘露醇含量比市售碱降解海藻液和市售海带酶解液分别高140.0％和32.7％，有机质含量比市售碱降解海藻液和市售海带酶解液分别高158.0％和51.2％，自制海带酶解液中的还原糖和总糖含量，K、Ca、Mg含量也比市售碱降解海藻液和市售海带酶解液高。
表1不同海藻液样品营养成分表
Figure BDA0002304085570000031
Figure BDA0002304085570000041
实施例2
50L酶解罐制备海带酶解液
(1)软化过程：按4kg干海带和0.2kg软化剂(碳酸氢钠)投入酶解罐中，酶解罐装液量为40L，其余用水补足，50℃保持4.5h；
(3)酶解过程：软化结束后加入KOH将pH调至中性，加入干海带重量的5.5％的褐藻胶裂解酶，50℃酶解4.5h；
(4)糖化过程：酶解结束后加入H2SO4将pH调至5.0-6.0，加入干海带重量的3.5％的纤维素酶，55℃酶解7h，将料液升温至100℃环境下灭酶2-5min，得到粗酶解液；
(5)过滤过程：将上述粗酶解液在5000r下离心20min，上清液即为海带酶解液。
实施例3
50L酶解罐制备海带酶解液
(1)软化过程：按4kg干海带和0.34kg软化剂(碳酸钠)投入酶解罐中，酶解罐装液量为40L，其余用水补足，55℃保持4h；
(3)酶解过程：软化结束后加入KOH将pH调至中性，加入干海带重量的4.5％的褐藻胶裂解酶，55℃酶解4h；
(4)糖化过程：酶解结束后加入H2SO4将pH调至5.0-6.0，加入干海带重量的4.0％的纤维素酶，45℃酶解8h，将料液升温至100℃环境下灭酶2-5min，得到粗酶解液；
(5)过滤过程：将上述粗酶解液在4000r下离心25min，上清液即为海带酶解液。
试验例1：海带酶解液室内应用研究
供试海藻液：自制海带酶解液(实施例1制备)，市售碱降解海藻液(青岛中德农业生物科技有限公司)，市售海带酶解液(青岛中德农业生物科技有限公司)。
(1)种子萌发及生长试验
将小麦种子和黄瓜种子分别浸于三种海藻液中(500倍)12h，浸种后用水冲洗种子，将种子置于垫有双层滤纸的培养皿中保湿，每个培养皿放置30粒种子，设三个重复共90粒，置于培养箱中，定期加水保持湿润，48h后测定种子萌发率。
选取大小均一、颗粒饱满的小麦种子用清水浸泡12h，将种子撒播于带筛网的育苗盘中，育苗盘下部加入不同种类的海藻液(500倍)，以清水处理为对照，盘上放置4层纱布以保持湿润，将育苗盘置于培养箱中，5d后测量小麦根长，每个处理选取10株幼苗，设置3个重复。
结果与分析：结果如表2所示，从表2结果可以看出，将种子用三种海藻液浸泡后，与清水对照相比，小麦和黄瓜发芽率显著提高，且自制海带酶解液处理的效果和市售酶解液处理的效果最为明显，市售碱降解海藻液处理的效果次之。
清水处理的小麦根长为7.58cm，市售碱降解海藻液、市售酶解液及自制酶解液处理的根长如表2所示，与对照相比，三种海藻液处理的根系长度明显增加，且自制酶解液的促生长效果最明显。
表2海藻液对种子萌发和根长的影响
Figure BDA0002304085570000051
(2)促生长作用研究
试验为无土栽培，供试种子为小油菜，采用带筛网的育苗盘播种，播种前将小油菜种子在三种海藻液(500倍)中浸泡12h，以清水处理为对照，盘上放置4层纱布以保持湿润，将浸泡后的种子60粒均匀撒播于育苗盘中，每个处理重复3次，将育苗盘置于25℃光照培养箱中。等幼苗长出两片真叶开始，每隔5天对幼苗分别喷洒不同种类的酶解液(500倍)，整个生育期共喷4次，对照喷清水，30d后收获。每个处理随机选取20株测量小油菜的萌芽率、单株重及叶面积。
表3海藻液对小油菜生长指标的影响
Figure BDA0002304085570000052
结果与分析：表3结果表明，三种海藻液均可增加小油菜出芽率、单株重和叶面积，但是不同海藻液产生的效果差异明显，自制酶解液效果最为明显；从出苗情况来看，对照组的小油菜生长普遍矮小，且个体间差异大，而海藻液液处理的幼苗生长健壮，长势整齐，个体间无明显差异；自制酶解液处理的单株重比对照提高了49.5％，叶面积提高了49.8％；市售酶解液效果次之，其单株重比对照提高了34.2％，叶面积提高了46.3％。
试验例2：海带酶解液田间应用效果研究
(1)供试海藻液：自制海带酶解液，市售碱降解海藻液(青岛中德农业生物科技有限公司)，市售海带酶解液(青岛中德农业生物科技有限公司)。
(2)供试作物：菠菜，为青岛当地品种。
(3)试验地情况：试验于2019年在山东寿光试验点日光温室内进行，水肥条件中等，管理水平与当地常规方法一致。
(4)试验设计及测定项目
本试验设计海藻液处理小区和清水对照小区，每个小区20m2，重复3次，共12个小区，各小区随机排列。菠菜生育期内将海藻液稀释500倍后进行喷雾，根据当地栽培习惯灌水，所有处理灌溉量相同，在收获期收获。
测定项目：生物量、叶面积、叶绿素含量(SPAD-502便携式叶绿素测定仪测定)及Vc含量(2，6-二氯靛酚滴定法)。
(5)海带酶解液在菠菜上的应用效果
由表4可知，叶面喷施海藻液后，均可增加菠菜的生物量、叶面积和Vc含量，自制海藻液处理的效果最为明显，其处理的生物量比对照提高45.4％，叶面积提高了44.0％，Vc含量提高了60％；市售酶解液效果次之，其生物量、叶面积和Vc含量分别提高了36.3％、25.9％和38.8％；海藻液处理的叶片叶绿素含量与对照相比无明显差异，说明菠菜叶片喷施海藻液后只促进了叶片面积增大而没有降低菠菜叶片中的叶绿素含量。
表4海藻液对菠菜生长指标的影响
Figure BDA0002304085570000061
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种海带酶解液的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
(1)软化过程：将干海带、软化剂和水混合均匀，40-70℃下软化2-5h；
(2)酶解过程：软化结束后将pH调至中性，加入褐藻胶裂解酶，40-60℃酶解2-5h；
(3)糖化过程：酶解结束后将pH调至5.0-6.0，加入纤维素酶，40-60℃酶解3-15h，高温灭酶，得到粗酶解液；
(4)过滤过程：将粗酶解液离心，上清即为海带酶解液。
2.如权利要求1所述的一种海带酶解液的制备方法，其特征是，所述步骤(1)的软化剂为碳酸钠、碳酸氢钠、草酸钾、草酸钠、碳酸钾、磷酸钾及醋酸钾中的任一种或两种以上以任意重量比例所组成的混合物，其用量为干海带重量的0.1％-10％。
3.如权利要求1所述的一种海带酶解液的制备方法，其特征是，所述步骤(1)的干海带和水的重量比为1：5～15。
4.如权利要求1所述的一种海带酶解液的制备方法，其特征是，所述步骤(2)褐藻胶裂解酶的用量为干海带重量的1.0-7.0％。
5.如权利要求1所述的一种海带酶解液的制备方法，其特征是，所述步骤(3)纤维素酶的用量为干海带重量的1.0-4.0％；所述高温灭酶为：100℃环境下灭酶2-5min。
6.如权利要求1所述的一种海带酶解液的制备方法，其特征是，所述步骤(4)离心为：4000-5000r下离心20-30min。
7.权利要求1-6中任一项方法所制备的海带酶解液。
8.权利要求7所述的海带酶解液在促进种子萌发、促进植株生长、提高产量及品质方面的应用。
9.如权利要求8所述的应用，其特征是，所述提高产量及品质为提高蔬菜的叶面积及Vc含量。
10.权利要求7所述的海带酶解液的使用方法，其特征是，在蔬菜生育期内进行喷施处理提高蔬菜生物量。
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