CN103396951A

CN103396951A - 一种规模化养殖雨生红球藻及其生产天然虾青素调味包的方法

Info

Publication number: CN103396951A
Application number: CN2013103483004A
Authority: CN
Inventors: 张勇; 吴秋瑾; 梁文伟
Original assignee: YUNNAN AIERKANG BIOTECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: YUNNAN AIERKANG BIOTECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-08-12
Filing date: 2013-08-12
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2033-08-12
Also published as: CN103396951B

Abstract

一种规模化养殖雨生红球藻及其生产天然虾青素调味包的方法，本发明包括养殖阶段和生产虾青素阶段。本发明的规模化养殖雨生红球藻及其生产天然虾青素调味包的方法可靠，工艺稳定，技术成熟，为推广应用雨生红球藻及其天然虾青素产品的深加工提供强有力的技术支撑，同时也对其它微藻养殖起提供借鉴的作用，推动着整个微藻养殖业快速健康的成长。

Description

一种规模化养殖雨生红球藻及其生产天然虾青素调味包的方法

技术领域

本发明涉及微藻培养以及对其进行深加工的技术领域，具体的说是规模养殖雨生红球藻及其生产天然虾青素调味包的方法。

背景技术

雨生红球藻属于类藻门、绿藻纲、团藻目、红球藻科、红球藻属、雨生种；整个雨生红球藻的生长分为绿藻阶段和红藻阶段，绿藻阶段在适宜的光照、温度、营养、pH值等的条件下，藻细胞就以2ⁿ（n=1~4）的几何倍数增殖，可以达到5.0x10⁵~1.0x10⁶个/ml，绿藻细胞的直径在10~20um，此阶段藻细胞体内几乎没有虾青素的积累；当绿藻遇到外界恶劣环境如高温、高盐、强光、低营养等逆境条件时，绿藻转入红藻阶段，藻细胞逐渐转化为静孢子体（换言之即胞囊），在孢子体内开始逐渐积累天然的虾青素。虾青素（3,3’-二羟基，4,4’-二酮基，β,β’胡萝卜素），分子式为C₄₀H₅₂O₄，是一种酮式类胡萝卜素，含有两个羟基（—OH）和两个酮基（= O），其天然产物以油酯的形式存在。雨生红球藻中虾青素含量为1.5%～3.0%，被看作是天然虾青素的“浓缩品”，是天然虾青素最好的生物来源。

虾青素的生理功能有：抗氧化作用、抗癌作用、眼中枢神经系统的保护作用、延缓时差综合征、增强免疫作用、防止紫外线辐射、保护心血管健康等。虾青素在养殖业中的应用：提高鱼类和家禽繁殖能力、养殖鱼类卓越的作色作用、提高养殖对象的营养价值、改善养殖对象生理功能。由雨生红球藻提取的天然虾青素，被生命学家誉为“健康的钻石、可以食用的软黄金”。

虾青素的超强抗氧化能力：维生素E的550倍、辅酶Q10的25倍，β胡萝卜素的50倍、叶黄素的200倍，玉米黄素的450倍。

雨生红球藻在2010年“中华人民共和国卫生部第17号公告”归入新资源食品目录，雨生红球藻正式走出实验室进入到规模化的推广生产阶段，各种培养使用的装置反应器、培养基等开始有大量实验性的研究论文和专利并有相关的报道，但是，如何从实验阶段到中式再到规模化推广养殖，这过程如何对培养液放大进行处理及其生产天然虾青素已经成为现目前最核心的技术问题。

雨生红球藻属于淡水藻，在用培养液养殖过程中，其它藻类、原生动物、菌类等都会与其争营养抢光照，甚至被杀灭等情况出现。而小规模的实验和生产都可以采用物理法（蒸汽、过滤）或化学法（次氯酸钠），将培养液和容器进行灭菌和消毒，杀灭危害的物种，但在进行规模化推广培养雨生红球藻的过程中，培养基都是从几吨到几百吨，培养容器也是随之逐级放大增多；若再次采用物理法（蒸汽），则浪费大量能源进行相关的加热和冷却处理，增加生产成本，不利于推广和实现；若再次采用物理法（过滤），但各种过滤设备仪或仪器有效率理论值只能达到99.9%，若使用过程中只要出现0.1%的可能，这也将给生产带来无法估量的损失，而且随着使用频率和时间的延长，处理效果无法再次满足要求；若再次使用化学法（次氯酸钠），就必须消耗大量的中和的化学药剂，这不仅增加成本还因使用中和药剂，这给雨生红球藻增殖和积累带来的影响无法估量。

雨生红球藻遇到逆境时的大量孢子体（红藻阶段）积累天然虾青素，藻细胞细胞变大（40—60um),细胞壁（果胶层和纤维素层）增厚，而现有采用的常用技术无法对其破壁，最后导致生产出的藻粉无法提取出天然虾青素。

综合所述问题，本发明将提供一种规模化养殖雨生红球藻及其生产天然虾青素调味包的方法。

发明内容

本发明的目是为了解决上述现有技术所存在的问题，发明一种规模化养殖雨生红球藻及其生产天然虾青素调味包的方法。

一种规模化养殖雨生红球藻及其生产天然虾青素调味包的方法，本发明特征是，包括养殖阶段和生产虾青素阶段，其中，

养殖阶段

养殖阶段又包括准备期、养殖前期和养殖后期；

准备期：对养殖光生物反应器进行消毒处理，消毒采用75%酒精1~2分钟或10~20ppm次氯酸钠10~20分钟或160~180℃高温干热0.5~1小时或121℃、0.1~0.15Mpa蒸汽15~20分钟或臭氧0.5~1小时或环氧乙烷1~2小时或核辐照1~2分钟；将吨级的培养液放入到透明的容器或透明管道式内，并加入10~20ppm的次氯酸钠循环，次氯酸钠见光分解，分解产物一：活性氧[O]对整个培养液进行消毒，杀灭培养液内的杂藻、菌类以及原生动物等危害物种，分解产物二：氯化钠，为中性盐，氯化钠的出现，减少水体里的溶解氧，能够促进雨生红球藻的光合作用，减弱其的呼吸作用；

养殖前期：将经准备期处理的培养液放入到光生物反应器，再将雨生红球藻藻种接入到反应器内进行增殖养殖；

养殖后期：随着绿藻细胞的增加，达到级别为5.0x10⁵~1.0x10⁶个/ml时，在所在的反应器内或转入到另一种光生物反应器给予逆境胁迫条件：高温30~36℃、高盐度2000~ 2500mg/l、强光60000~100000lux、低氮0~5mg/l、低磷0~0.1mg/l等，促进雨生红球藻由绿藻阶段转入红藻阶段进行大量天然虾青素的积累，经过10~13天的养殖，虾青素可达到1%~3%；

生产虾青素阶段

生产虾青素阶段依序分为收集沉淀处理，离心处理、酶解处理、破壁处理、干燥处理、制粒处理、烘干处理、提取分离处理；其中，

收集沉淀处理：将光生物反应器内含有大量天然虾青素的雨生红球藻孢子体收集到沉降罐内，利用孢子体密度略大于水密度的特点进行沉淀，沉淀0.5~1.0小时，然后排除上清液；

离心处理：将沉降罐底部的大量孢子体输送到离心机内脱去大量水分，最后保持孢子体即藻膏含75%~80%的水分；

酶解处理：按照藻膏干物质重添加1%~3%果胶酶和1%~5%纤维素酶，恒温30~35℃搅拌2—3小时，酶解软化细胞壁；

破壁处理：将经酶解过的静孢子及液体输送给高压均质机，高压均质机保持在800~1000bar进行破壁；

干燥处理：把经破壁过的孢子体进行干燥，干燥技术选用：喷雾干燥或闪蒸干燥或烘干干燥或滚筒干燥或冷冻干燥；孢子体干燥后变成藻粉或藻饼，水分含量在5%以下；

制粒处理：将藻粉或藻饼按干物质的重量加入45%—65%的乙醇进行溶解，乙醇浓度为95%-99%，再进入制粒机进行制粒，粒径保持在0.5~1.0mm；

烘干处理：把制好的颗粒进行恒温59~60℃1.5~2小时通风烘干；

提取分离处理：将烘干的颗粒投入到二氧化碳超临界设备进行提取，再将提取产物放到浓缩设备里进行水分和杂质的抽除，最后得到含90%~95%的脂肪酸和5%~10%的天然虾青素调味包。

本发明的次氯酸钠在透明容器或透明管道内循环使用，利用其见光自然分解的化学特性，分解产物为活性氧[O]和氯化钠。

本发明先将培养容器进行消毒，消毒可采用75%酒精1~2分钟或10~20ppm次氯酸钠10~20分钟或160~180℃干热高温0.5~1小时或121 ℃、0.1~0.15Mpa蒸汽15~20分钟或臭氧0.5~1小时或环氧乙烷1~2小时或核辐照1~2分钟。

本发明将吨级的培养液放入到透明的容器或透明管道式内，并加10~20ppm的次氯酸钠循环，所使用的次氯酸钠彻底完全杀灭培养液内的杂藻、菌类以及原生动物等危害物。

本发明使用的反应器可以为：管道式光生物反应器、柱状式光生物反应器、平板式光生物反应器，跑道式光生物反应器。

本发明可适用于一步法生产或二步法规模化养殖雨生红球藻以及生产天然虾青素。

本发明在收集处理上，先在沉降罐内沉淀0.5~1.0小时，再排除上清。

本发明在酶解处理上，利用孢子体细胞壁的生物结构特性（果胶和纤维素），添加以其对应的果胶酶和纤维素酶对细胞壁进行软化酶解处理。

本发明在破壁处理上，采用高压均质机800~1000bar处理一次，破壁率达到100%。

本发明在干燥处理上，干燥技术可选用：喷雾干燥、闪蒸干燥、烘干干燥、滚筒干燥、冷冻干燥等。

本发明在制粒处理上，采用乙醇作为溶剂，制出的颗粒易干燥。

本发明在提取分离处理上，使用二氧化碳超临界设备提取，提取产物再经过浓缩分离。

本发明与现有技术比较具有以下优点：

本发明养殖工艺简捷明了，生产流程易学好懂，整套技术易掌握等的优点。

本发明利用化学特性，未额外引入中和的化学物质，减少未确定的因素，分解产物其一保证培养液消毒彻底完全，其二，减少溶解氧，促进绿藻的光合作用，增加盐量，加剧虾青素的积累转化。

本发明可适用于一步法或二步法甚至多步法生产。

本发明利用乙醇熔沸点低且无毒对产品品质无影响的特性来制粒，节约能源、人力、物力。

本发明利用细胞的生理结构，先进行软化再对其进行高压破壁，破壁率达100%，对后续产品粉状物或油状物提供保证。

本发明使用二氧化碳超临界提取技术，无化学残留，保证最终产品的品质。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步解释。

附图说明

图1为发明的工艺流程示意图。

具体实施方式

养殖阶段

养殖阶段又包括准备期、养殖前期和养殖后期；

生产虾青素阶段

烘干处理：把制好的颗粒进行恒温59~60℃1.5~2小时通风烘干；

构成本发明的所有化学药剂和设备都为市场容易购买的设备。

实施例一

本实例采用一步法规模化养殖雨生红球藻及其生产天然虾青素调味包。

反应器为：管道式光生物反应器，管道式光生物反应器的体积为4吨。

（1）将4吨的培养放入到透明的管道光生物反应器内，加入10%有效氯800ml次氯酸钠，配成20ppm消毒培养液，然后管道在阳光下暴晒循环5小时，最后用淀粉碘化钾显色确定，若显黄色继续暴晒循环，若显无色则接入雨生红球藻藻种进行培养。

（2）提供适宜的温度20~25℃，pH值7.5~8.0，溶解氧50%~150%，盐度900~1500mg/l，光照5000~30000lux，经过5~7天培养后，绿藻密度可达（5.0x10⁵~1.0x10⁶个/ml）。

（3）给予4吨的管道式光生物反应器逆境条件：高温30—36℃、高盐度2000~ 2500mg/l、强光60000~100000lux、低氮0~5mg/l、低磷0~0.1mg/l；经过1~2天的循环培养，大量孢子体形成，虾青素的含量不再增加并维持在一定的数值（如3.0%）。

（4）收集处理，将管道内含有虾青素的孢子体通过管道收集到沉降罐内进行沉淀（利用孢子体密度略大于水的密度特点），沉淀0.5~1.0小时，排除上清液；收集后管道反应器按照以上（1）~（3）的步骤进行第二轮的虾青素积累转化。

（5）离心处理：将沉降罐底部的大量孢子体输送到离心机内脱去大量水分，最后保持孢子体（藻膏）的75%~80%的水分。

（6）酶解处理：按照藻膏干物质的1%~3%添加果胶酶和1%~5%纤维素酶，恒温30~35℃搅拌2—3小时，酶解软化细胞壁。

（7）破壁处理：将酶解过的静孢子及液体输送给高压均质机，高压均质机保持在800~1000bar进行破壁。

（8）干燥处理：把已经破壁过的孢子体进行干燥，干燥技术可选用：喷雾干燥，孢子体干燥后变成藻粉（称重10kg)，水分含量在5%以下。

（9）制粒处理：将藻粉或藻饼按干重的45%—65%加入乙醇进行溶解，再进入制粒机进行制粒，粒径保持在0.5~1.0mm。

（10）烘干处理：把制好的颗粒进行恒温（59~60℃）1.5~2小时通风烘干；

（11）提取分离处理：将烘干的颗粒投入到二氧化碳超临界设备进行提取处理，再将提取产物放到浓缩设备里进行水分和杂质的抽除，最后得到含90%~95%的脂肪酸和5%~10%的天然虾青素的调味包2.5kg。

实施例二

本实例采用二步法规模化养殖雨生红球藻及其生产天然虾青素调味包。

反应器为：柱状式光生物反应器、管道式光生物反应器。柱状式光生物反应器的体积为0.2吨/个，管道式光生物反应器的体积为4吨。

（1）将5吨的培养放入到透明的管道内，加入10%有效氯1000ml次氯酸钠，配成20ppm消毒培养液，然后管道在阳光下暴晒循环5小时，最后用淀粉碘化钾显色确定，若显黄色继续暴晒循环，若显无色，则将此培养液，放入到25个柱状式光生物反应器内，并接入雨生红球藻藻种进行培养。

（3）按照（1）步骤处理培养液。

（4）在每个柱状式光生物反应器抽取0.16吨的藻液，放入到4吨的管道反应器内进行天然虾青素的积累，将（3）步骤的培养液加入到25个柱状式光生物反应器进行下一轮的培养。

（5）给予4吨的管道式光生物反应器逆境条件：高温30—36℃、高盐度2000~ 2500mg/l、强光60000~100000lux、低氮0~5mg/l、低磷0~0.1mg/l；经过1~2天的循环培养，大量孢子体形成，虾青素的含量不再增加并维持在一定的数值（如3.0%）。

（6）收集处理：将4吨管道内含有虾青素的孢子体通过管道收集到沉降罐内进行沉淀（利用孢子体密度略大于水的密度特点），沉淀0.5~1.0小时，排除上清液；收集后管道反应器按照以上（1）~（5）的步骤进行第二轮的虾青素积累转化。

（7）离心处理：将沉降底部的大量孢子体输送到离心机内脱去大量水分，最后保持孢子体（藻膏）的75%~80%的水分。

（8）酶解处理：按照藻膏干物质的1%~3%添加果胶酶和1%~5%纤维素酶，恒温30~35℃搅拌2—3小时，酶解软化细胞壁。

（9）破壁处理：将酶解过的静孢子及液体输送给高压均质机，高压均质机保持在800~1000bar进行破壁。

（10）干燥处理：把已经破壁过的孢子体进行干燥，干燥技术可选用：喷雾干燥，孢子体干燥后变成藻粉（称重10kg)，水分含量在5%以下。

（11）制粒处理：将藻粉或藻饼按干重的45%—65%加入乙醇进行溶解，再进入制粒机进行制粒，粒径保持在0.5~1.0mm。

（12）烘干处理：把制好的颗粒进行恒温（59~60℃）1.5~2小时通风烘干；

（13）提取分离处理：将烘干的颗粒投入到二氧化碳超临界设备进行处理，再将提取产物在浓缩设备里进行水分和杂质的抽除，最后得到含90%~95%的脂肪酸和5%~10%的天然虾青素的调味包2.5kg。

实施例的结果本发明的规模化养殖雨生红球藻及其生产天然虾青素调味包的方法可靠，工艺稳定，技术成熟，为推广应用雨生红球藻及其天然虾青素产品的深加工提供强有力的技术支撑，同时也对其它微藻养殖起提供借鉴的作用，推动着整个微藻养殖业快速健康的成长。

Claims

1.一种规模化养殖雨生红球藻及其生产天然虾青素调味包的方法，其特征是，包括养殖阶段和生产虾青素阶段，其中，

养殖阶段

养殖阶段又包括准备期、养殖前期和养殖后期；

生产虾青素阶段

烘干处理：把制好的颗粒进行恒温59~60℃1.5~2小时通风烘干；

2.根据权利要求1所述的一种规模化养殖雨生红球藻及其生产天然虾青素调味包的方法，其特征是，养殖阶段使用的光生物反应器为：管道式光生物反应器或柱状式光生物反应器或平板式光生物反应器或跑道式光生物反应器。