CN103232375A - 雨生红球藻中虾青素的高效提取新工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种雨生红球藻中提取虾青素的方法。本发明的方法采用酸法得到破壁雨生红球藻，经乙醇脱水和有机溶剂提取得到虾青素提取物。本发明的破壁及提取方法简单高效、操作方便、能耗低、质量可控，雨生红球藻的破壁率以及提取率可达95%以上。本发明的方法获得的虾青素提取物为暗红色油状粘稠物质，可满足保健食品、化妆品及医药生产所需原料要求。

Description

雨生红球藻中虾青素的高效提取新工艺

技术领域

本发明涉及虾青素的提取工艺，具体涉及从雨生红球藻中提取虾青素的工艺。

背景技术

虾青素（Astaxanthin）是一种具有邻羟基酮结构的非维生素A原的类胡萝卜素，具有超强的抗氧化功能，其抗氧化性为维生素E的500倍，β-胡萝卜素的20倍，对紫外线引起的皮肤癌有很好的疗效。临床及动物学实验表明虾青素具有很好的抗炎、抗肿瘤、抗衰老、增强免疫力、预防心血管疾病等重要的生物学功能。此外，虾青素还具有显著的着色功能，主要作为水产品、禽蛋、观赏动物的着色剂。因此，虾青素在食品、医药、化妆品、保健品及饮料等行业具有广阔的市场前景。

商品虾青素的生产主要有两种途径：化学合成和生物提取。化学手段合成虾青素不可避免引入杂质化学物质，如合成过程中产生的非天然副产物等，将降低其生物利用安全性。随着科技的发展、人们生活水平的提高和环保意识的增强，化学合成虾青素的应用将越来越受到限制，如FDA仅批准反式结构的虾青素用于水产养殖的添加剂，不允许任何化学合成品进入保健食品市场。雨生红球藻中虾青素含量高，可达细胞干重的2.0～3.0%，被看作是天然虾青素的“浓缩品”，其所含的虾青素无论从含量、结构还是生物可利用性上都具很强的竞争优势，被公认为是自然界中虾青素的最佳来源。但是，雨生红球藻是一种单细胞生物，其厚壁孢子坚韧的细胞壁影响虾青素的提取，细胞壁不但阻碍提取溶剂向细胞内渗透，也影响细胞内虾青素向细胞外扩散。因此，通常先对雨生红球藻细胞进行破壁，再提取，雨生红球藻破壁程度成为影响虾青素提取率的关键因素。

目前，国内外从雨生红球藻中提取虾青素的方法主要有超临界CO2萃取、超声提取、微波提取、高压均质或研磨后溶剂萃取、酶解提取等。存在主要问题为破壁效果差导致提取率低，此外，还存在工艺复杂、能耗高、所需设备昂贵、提取时间长等问题。

专利CN 101381337A采用喷雾干燥、冷冻干燥或真空干燥获得干藻体，而后气流粉碎破壁，所用干燥方式损失大、能耗大；破壁率较低，约为90%。专利CN 101691348A采用超临界CO2萃取直接提取雨生红球藻干粉，无特别的破壁工艺。该法所用设备昂贵，成本高，无特殊破壁工艺，提取率低。专利CN 102012363A采用高压均质机在80～90MPa下进行破壁，破壁率为90%，而后采用超临界CO2萃取，萃取温度为60～80℃，萃取时间为2～4h。该法破壁压力高、能耗大，破壁率较低；萃取温度高、萃取时间长，虾青素提取率仅为70%左右。专利CN102659625A将藻粉与硅胶混合，加入甲醇、石油醚、二氯甲烷的混合溶剂，搅拌萃取、装柱，甲醇洗脱，收集洗脱液，浓缩。工艺复杂、步骤繁琐，所用溶剂种类多，并产生混合溶剂，回收困难，从过程可知破壁效率低。万庆家、郭文晶等[1～2]采用200～300MPa进行破壁，破壁效率高，但所用超高压很难达到工业化应用条件。姜玲等[3]采用酸热加超声波进行破壁方法，然后用芝麻油进行超声提取，提取率可达97%以上，但超声波能耗大，且虾青素提取物与高沸点的油混合，不易分离，产品浓度低。

参考文献：

[1]万庆家,饶高雄,史晓晨等.超高压一步法萃取雨生红球藻孢子中虾青素工艺研究[J].辽宁中医药大学学报,2010,12（11）:24～25.

[2]郭文晶,张守勤,张格.超高压提取雨生红球藻中虾青素的工艺优化[J].农业机械学报,2008,39（5）:201～203.

[3]姜玲,董庆霖,邢向英等.雨生红球藻细胞破碎的工艺优化[J].食品研究与开发,2010,31（7）:72～75.

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种步骤简单、破壁率高、损失小、有机溶剂消耗少、低成本且易于工业放大的从雨生红球藻中制备虾青素提取物的方法。

本发明的一种雨生红球藻中虾青素的提取方法，包括如下步骤：

①干燥雨生红球藻与含酸酸性水溶液混合，在60～80℃搅拌破壁20～50min，调pH至中性，过滤去掉滤液，得含水破壁雨生红球藻；

②将含水破壁雨生红球藻与乙醇溶液混合，在10～30℃搅拌脱水30min，过滤去掉滤液，得破壁雨生红球藻；

③破壁雨生红球藻用有机溶剂搅拌提取，过滤，滤液浓缩，回收溶剂，得虾青素提取物。

本发明的技术方案中，所述的含酸酸性水溶液中的酸优选为磷酸、乙酸、盐酸、硫酸中的一种，水溶液中酸的浓度为5～20%。

本发明的技术方案中，步骤①所述的干燥雨生红球藻与含酸酸性水溶液的质量体积（g:ml）比为1：3～10。

本发明的技术方案中，步骤③所述的有机溶剂为乙醇、乙酸乙酯、丙酮中的一种或几种以任何比例混合的混合溶液，破壁雨生红球藻与有机溶剂的质量体积（g:ml）比为1：3～10。

本发明的技术方案中，步骤②所述的乙醇溶液的浓度为80～100%。

本发明的技术方案中，步骤③所述的提取温度为40～60℃，提取时间为5～60min，提取次数为1～3次。

本发明的技术方案中，步骤③的所述的滤液浓缩温度为40～60℃，浓缩时间为0.5～6h。

在现有技术中，雨生红球藻的破壁多采用物理方法：高压均质、超声、研磨、冻融、微波等，但其破壁效率较低，70%的破壁率可以说是比较高的，能达到90%破壁率的方法复杂且成本高昂。雨生红球藻坚韧的细胞壁影响虾青素提取：细胞壁不但阻碍提取溶剂向细胞内渗透，也影响细胞内虾青素向细胞外扩散。本发明采用酸性水溶液对雨生红球藻进行破壁，通过选择对酸的选择，结合适宜的破壁温度及时间，使酸对细胞壁中的某些成分（主要是糖和蛋白质）产生作用，改变这些物质的空间结构，使原来结构紧密的细胞壁变得疏松，胞壁结构得以破坏，胞内物质溶出，并且有机试剂也可渗透到胞内进行提取，从而大幅提高雨生红球藻的提取效率，本发明的破壁方法步骤简单，破壁率高达95%以上。另一方面，本发明采用将破壁后的含水破壁雨生红球藻用高浓度乙醇处理、脱水，提高有机溶剂提取效率，采用本发明的方法，雨生红球藻中虾青素的提取率高达95%以上。

本发明的方法获得的虾青素提取物为暗红色油状粘稠物质，可满足保健食品、化妆品及医药生产所需原料要求。

本发明所的有益效果是：

①采用酸法制备破壁雨生红球藻，所用破壁方法步骤简单、破壁率高达95%以上。

②提取条件温和，有效成分损失低于5%。

③提取方法简单易行，且提取率高达95%以上。

④所用溶剂种类少、用量小，回收溶剂能循环再利用，环境污染小、生产成本低，易于工业化生产。

具体实施方式

下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。下述实施例中，如无特殊说明，所使用的实验方法均为常规方法，所用材料、试剂等均可从生物或化学公司购买。本发明所用有机溶剂均为分析纯。

本发明所用雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)，购自云南爱尔发生物技术有限公司。

干燥雨生红球藻中虾青素的含量测定方法为（参照Cyanotech公司）:称取约25mg干燥雨生红球藻藻粉，放入10ml离心管中，加入3g石英砂，在离心管中加入5ml DMSO,45-50℃水浴放置15min，期间振荡几次。3800－4200rpm离心3min使不溶物沉淀，将上清转入25ml容量瓶中，向离心管中加入5ml正已烷，涡旋振荡30s，离心分离沉淀，将上清转入25ml容量瓶中，正已烷重复抽提沉淀至上清基本无色（吸光值小于0.05）。正已烷定容，适当稀释，于474nm下以正已烷为空白，测吸光值（于0.25－0.75间）。按下式计算：

公式中：2100为1%（m/v）的虾青素正已烷标准溶液于474nm下的吸光系数。

真空浓缩后所得产物中虾青素的含量测定方法为（参照Cyanotech公司）：称取约25mg虾青素提取物于100ml容量瓶中，正已烷溶解定容，适当稀释，于474nm下以正已烷为空白，测吸光值（于0.25-0.75间）。按下式计算：

公式中：2100为1%（m/v）的虾青素正已烷标准溶液于474nm下的吸光系数。

所述提取率是指雨生红球藻中的虾青素提取率，用如下公式来计算：

实施例1

①取20g干燥雨生红球藻，其中虾青素含量为1.64%，将干燥雨生红球藻加入100ml 8%的硫酸水溶液中，置于80℃水浴中搅拌30min，缓慢滴加10%NaOH水溶液并不断搅拌，调pH值至中性，过滤，滤饼加入100ml 95%乙醇中，室温搅拌10min，过滤去掉滤液，得破壁雨生红球藻；

②将破壁雨生红球藻依次用100ml、60ml乙酸乙酯于50℃搅拌提取10min，过滤，合并滤液，50℃真空浓缩得5.2g虾青素提取物，其中虾青素含量为6.1%，虾青素提取率为96.7%。

实施例2

①取20g干燥雨生红球藻，其中虾青素含量为1.73%，将干燥雨生红球藻加入100ml 10%的盐酸水溶液中，置于70℃水浴中搅拌20min，缓慢滴加10%NaOH水溶液并不断搅拌，调pH值至中性，过滤，滤饼加入100ml 93%乙醇中，室温搅拌10min，过滤去掉滤液，得破壁雨生红球藻；

②将破壁雨生红球藻依次用100ml、60ml乙酸乙酯：乙醇：丙酮为5：3：1（V:V:V）的混合有机试剂于50℃搅拌提取10min，过滤，合并滤液，50℃真空浓缩得5.8g虾青素提取物，其中虾青素含量为5.7%，虾青素提取率为95.5%。

实施例3

①取20kg干燥雨生红球藻，其中虾青素含量为1.91%，将干燥雨生红球藻加入110kg 10%的冰乙酸水溶液中，于60℃搅拌30min，缓慢滴加10%NaOH水溶液并不断搅拌，控制温度低于50℃，调pH值至中性，过滤，滤饼加入100kg 92%乙醇中，40℃搅拌30min，过滤去掉滤液，得破壁雨生红球藻；

②破壁雨生红球藻依次用90kg、50kg、50kg乙酸乙酯于40℃搅拌提取30min，过滤，收集滤液，60℃真空浓缩得5.6kg虾青素提取物，其中虾青素含量为6.2%，虾青素的提取率为90.9%。

Claims (7)

1.一种雨生红球藻中虾青素的提取方法，其特征在于：包括如下步骤： 

①干燥雨生红球藻与含酸酸性水溶液混合，在60～80℃搅拌破壁20～50min，调pH至中性，过滤去掉滤液，得含水破壁雨生红球藻； 

②将含水破壁雨生红球藻与乙醇溶液混合，在10～30℃搅拌脱水30min，过滤去掉滤液，得破壁雨生红球藻； 

③破壁雨生红球藻用有机溶剂搅拌提取，过滤，滤液浓缩，回收溶剂，得虾青素提取物。 

2.根据权利要求1所述的虾青素的提取方法，其特征在于：所述的酸含酸性水溶液中的酸为磷酸、乙酸、盐酸、硫酸中的一种，水溶液中酸的浓度为5～20%。 

3.根据权利要求1或2的虾青素的提取方法，其特征在于：步骤①所述的干燥雨生红球藻与含酸酸性水溶液的质量体积（g:ml）比为1:3～10。 

4.根据权利要求1或2的虾青素的提取方法，其特征在于：步骤③所述的有机溶剂为乙醇、乙酸乙酯、丙酮中的一种或几种以任何比例混合的混合溶液，破壁雨生红球藻与有机溶剂的质量体积（g:ml）比为1:3～10。 

5.根据权利要求1所述的虾青素的提取方法，其特征在于：步骤②所述的乙醇溶液浓度为80～100%。 

6.根据权利要求1所述的虾青素的提取方法，其特征在于：步骤③所述的提取温度为40～60℃，提取时间为5～60min，提取次数为1～3次。 

7.根据权利要求1所述的虾青素的提取方法，其特征在于：步骤③所述的滤液浓缩温度为40～60℃，浓缩时间为0.5～6h。