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八角茴香抑菌活性成分提取方法的优化

申报人:高扬 申报日期:2024-01-03

基本情况

2024年度大学生创新创业训练计划
八角茴香抑菌活性成分提取方法的优化 学生选题
创新训练项目
工学
食品科学与工程类
学生自主选题
一年半期
八角茴香(Illicium verum),是木兰科八角属的常绿乔木,是我国南方重要的“药食同源”经济树种,其果皮、种子、叶片均可提取香精油,作为抑菌剂被广泛运用于食品生产。 本项目意在通过响应面法,综合考量有机溶剂选择、提取条件等有机溶剂萃取法的不同条件,研究探明八角茴香抑菌活性成分有机溶剂提取方法的最优提取条件,从而为大规模低成本提取八角茴香活性成分提供工艺设计的依据。

     朱翔鹭博士博士期间,先后参与欧盟资助项目Aquatech4feedIMPRESS,2。获都柏林大学种子计划、爱尔兰海洋研究院学术传播奖3,发表学术论文10余篇,公开发明专利3项,发表专著章节5

赵黎明教授近年来主持多项国家级项目、课题和省部级项目,承担了20余项企业横向课题研发和产业化推广工作,具有丰富的工程实践经验。以第一完成人获得省部级科技奖励6项;申请发明专利65件、授权中国发明专利45件、美国发明专利1件;发表学术论文150余篇;出版中、英文学术专著3部;主编教材2部。荣获上海市优秀学术/技术带头人、上海市曙光学者、“十三五”轻工行业科技创新先进个人、中国生物发酵行业30年协同创新奖(个人)、伦世仪教育基金杰出青年学者、宝钢优秀教师、中国产学研合作创新奖(个人)、中国食品科学技术学会科技创新奖-杰出青年奖等荣誉。

1.实验设计以及实验原理指导。

2.实验场地的提供及科研人员指导。

3.教授实验数据的处理与解读。

4.科研论文撰写的指导。

5.项目进度的监督和把控。

市级

项目成员

序号 学生 所属学院 专业 年级 项目中的分工 成员类型
高扬 生物工程学院 食品质量与安全 2022 项目立项策划、实验操作、报告撰写
宋奕洲 生物工程学院 生物科学 2022 项目综述分析、实验操作、数据分析、报告撰写
卢岩松 国际卓越工程师学院 应用化学(国卓) 2023 成员

指导教师

序号 教师姓名 教师账号 所属学院 是否企业导师 教师类型
王宜冰 08080 生物工程学院

立项依据

本项目的主要目标是优化八角茴香抑菌活性成分的有机溶剂提取方法,通过响应面法建模综合综合考量有机溶剂,提取条件等有机溶剂萃取法的不同条件,确定最佳提取条件组合,以提升抑菌活性成分的提取效率。

具体研究内容包括:

1. 有机溶剂选择:评估不同有机溶剂(如乙醇、乙醚、甲醇等)对抑菌活性成分提取效果的影响。

2. 提取条件优化:针对溶剂浓度、原料预处理、提取温度、提取时间等条件进性优化,通过实验获得最佳条件组合。

3. 响应面法建模:利用响应面法,综合考虑多个因素,建立提取的响应面模型,以确定最佳提取条件组合。

4. 活性成分分析:利用色谱和质谱等分析技术,对提取物中的抑菌活性成分进性鉴定和定量分析。

在国内外,针对八角茴香抑菌活性成分提取方法的演剧尚处于不断探索和拓展的阶段。一些已有的研究指出:八角茴香具有广谱抑菌活性,包括对真菌和细菌的抑制作用。然而,当前已有研究中提出的提取方法仍存在一定局限性,因此有必要对提取方法加以优化以提升抑菌活性成分的提取效率。

参考文献:

[1]孙长花, 王征远, 刘俊, 王晟. 八角茴香提取液的抑菌效果及稳定性探讨[J]. 食品工业, 2020, 41 (12): 189-192.

[2]袁经权, 周小雷, 王硕, 缪剑华, 柯昌强, 杨新洲. 八角茴香化学成分的研究[J]. 中成药, 2010, 32 (12): 2123-2126.

[3]陈卓逐, 陈静霞, 阚建全. 不同方法提取八角中有效成分的比较研究[J]. 中国调味品, 2015, 40 (12): 9-12+17.

[4]权美平.八角茴香精油的成分分析及生物活性研究进展[J].中国调味品,2017,42(01):164-166.

[5]李学团, 郭飞, 叶家义, 肖叶群, 陆卫勇, 闭洪峰, 陈振华. 不同种源八角茴香叶精油的提取与化学组分分析[J]. 广西林业科学, 2023, 52 (04): 509-515.

[6]Bao Z., Fan M., Hannachi K., Li T., Zhao J., Li Y., Qian H., Wang L.Antifungal activity of star anise extract against Penicillium roqueforti and Aspergillus niger for bread shelf life(2023) Food Research International, 172, art. no. 113225.DOI: 10.1016/j.foodres.2023.113225

[7]Sabry B.A., Farouk A., Badr A.N.Bioactivity evaluation for volatiles and water extract of commercialized star anise(2021) Heliyon, 7 (8), art. no. e07721.DOI: 10.1016/j.heliyon.2021.e07721

[8]Prabhahar M., Kannayiram G., Prakash S., Saravanakumar M., Krishnamoorthi S., Sendilvelan S., Rahul Senthan P., Ashikmon T.S., Karthik M., Lenin H.Physicochemical Characterization of Star Anise Silver Nanoparticles Incorporated Chitosan Biomaterial for Absorb Water and Cure Wounds(2022) Adsorption Science and Technology, 2022, art. no. 7522512.DOI: 10.1155/2022/7522512

本项目在优化八角茴香抑菌活性成分的有机溶剂提取方法的研究中,可能存在以下一些创新点:

1. 新型有机溶剂的引入:尝试使用未曾在该领域广泛应用的有机溶剂,可能能够提升抑菌活性成分的提取效率。例如,对于某些特定化合物,非传统的绿色溶剂可能表现出更好的提取性能。

2. 多层次的提取条件优化:采用多层次优化策略,包括初步实验、单因素实验、响应面法等,以全面系统地寻找最佳提取条件。这种综合考虑多个因素的方法在该领域可能是一项创新。

3. 定量鉴定方法的改进:引入先进的色谱和质谱技术,优化对提取物中的活性成分的定量鉴定方法,以提高测定的准确性和灵敏度。

4. 活性评价模型的创新:开发新的抑菌活性评价模型,结合提取物的不同成分对多种微生物的抑制作用,以更全面,客观地评估提取物的抑菌效果。

5. 可持续性考虑:引入可持续性元素,例如:废弃溶剂的回收再利用,提取废渣的绿色无害化处理等,以提高项目的环境友好性。

6. 应用领域的拓展:从八角茴香活性成分的广谱抗菌性出发,开发其他领域的应用场景,例如:医药、食品安全、农业等,以拓宽该研究的实际应用范围。

 

以上创新点可以通过对相关文献的深入研究,前期实验的反复探索和对实际问题提出解决方案形成。在提出创新点的同时通过科学方法验证其合理性,可操作性。

一、技术路线:

1.文献综述:对八角茴香的化学成分、药理作用、已有提取方法作全面的文献综述,为后续实验提供理论依据。

2.初步实验:进性初步实验,评估不同有机溶剂的提取效果,选择最兼顾提取水平和绿色化学需求的溶剂。

3.单因素实验:通过单因素实验,优化有机溶剂的浓度、原料预处理、提取温度、提取时间。

4.响应面法实验:利用响应面法进行多因素实验,建立提取的响应面模型,并确定最佳的提取条件。

5.分析鉴定:利用色谱和质谱等分析方法,对提取物中的活性成分进性鉴定和定量分析。

6.活性评价:建立适用于提取物的抑菌活性评价方法,量化提取物的抑菌效果。

7.可重复验证:在不同条件下进行实验,验证提取方法的可重复性和稳定性。

8.结果解读和总结:对实验结果进行统计分析,得出结论,提出对提取方法的改进建议,并展望未来可能的研究方向。


二、拟解决的问题

重点问题:

1. 提取效率提升:着重提升抑菌活性成分的提取效率,确保提取物具有较高纯度和活性。

2. 提取条件优化:通过系统的实验设计和数据分析,确定最佳的提取条件组合,包括溶剂浓度、原料预处理、提取温度、提取时间等。

难点问题:

1. 活性成分复杂:八角茴香中的抑菌活性成分构成复杂,需要面对复杂的提取和分析挑战。

2. 提取方法可重复性:保证提取方法的可重复性,尤其是在不同实验批次和实验室条件下复现实验现象。

3. 活性成分评价:建立准确,可靠的抑菌活性评价方法,确保对提取物活性的准确测定。

三、预期成果

  一篇中文或外文的学术论文,研究成功后申请专利。




  指导老师的团队带头人赵黎明教授近年来主持国家重点研究计划项目及课题、“863”计划、国家自然科学基金等国家科研项目和重大省部级项目等多项相关项目,承担了 20 余项企业横向课题研发和产业化推广,以第一完成人获得省部级科技奖励 6 项(一等奖 4 项),申请发明专利 36 件,发表学术论文 120 余篇,可为项目实施提供充分的平台支撑和课程指导。

  指导老师朱翔鹭,发表了以下关于天然产物的分离提取的成果:

①Alaydi, H., Zhu, X., Mondala, J.R.M., Tiwari, B.K., Kumari, B., Curtin, J.F., Downey, P., McKeon-Bennett, M. and Beletskaya, T., 2023. Valorisation of phytochemical from Sitka spruce (Picea sitchensis) needles: Impact of ultrasound/microwave-assisted extraction. Food and Bioproducts Processing, 139, pp.98-108.

②Zhu, X., Healy, L., Das, R.S., Bhavya, M.L., Karuppusamy, S., Sun, D.W., O'Donnell, C. and Tiwari, B.K., 2023. Novel biorefinery process for extraction of laminarin, alginate and protein from brown seaweed using hydrodynamic cavitation. Algal Research, 74, p.103243.

为本研究提供了坚实的理论基础和清晰的研究思路。


一、已具备条件:

  本项目的指导老师赵黎明教授可为项目实施提供充分的平台支撑和课程指导,为本课题组提供实验场地,华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室和食品科学与工程国家一流专业建设点糖工程研究室,其具备本项目所需的所有实验条件和仪器设备。实验室中有大量的老师和研究生能进行咨询辅导。

二、尚缺少的条件:

  1.实验耗材:包括八角茴香原料、有机溶剂、菌株、培养基、培养皿等实验耗材。

  2.相关操作费用:针对提取物质进性色谱、质谱检测费用,专利申请费用。

三、解决方法:

  申请相关费用,用于购买耗材和进行相关操作。

经费预算

开支科目 预算经费(元) 主要用途 阶段下达经费计划(元)
前半阶段 后半阶段
预算经费总额 20000.00 14500.00 5500.00
1. 业务费 11000.00 5500.00 5500.00
(1)计算、分析、测试费 5500.00 提取物质的色谱、质谱检测费 5500.00 0.00
(2)能源动力费 0.00 0.00 0.00
(3)会议、差旅费 0.00 0.00 0.00
(4)文献检索费 0.00 0.00 0.00
(5)论文出版费 5500.00 专利公司申请 0.00 5500.00
2. 仪器设备购置费 0.00 0.00 0.00
3. 实验装置试制费 0.00 0.00 0.00
4. 材料费 9000.00 购置八角茴香原料、有机溶剂、菌株、培养基、试管、培养皿等耗材 9000.00 0.00

项目附件

  • 大学生创新创业训练计划项目申报书 .doc
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结束