CN107513028B - 一种从雨生红球藻提取虾青素的方法 - Google Patents

一种从雨生红球藻提取虾青素的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种从雨生红球藻提取虾青素的方法,步骤包括:1)取雨生红球藻藻粉,加入两种不同规格的玻璃珠和提取剂油,混合均匀;2)将步骤1)得到的料液置于旋涡振荡器中振荡、水浴萃取,得到混悬液;3)将步骤2)得到的混悬液进行固液分离,得到虾青素油。本发明以植物油作为提取剂油,采用机械物理提取方法,以两种不同大小规格的玻璃珠作为磨料,符合雨生红球藻细胞的形态特征,与单一规格的磨料相比,能够有效提高雨生红球藻细胞的研磨破壁效果,是一种操作步骤简单、无有机溶剂消耗、提取率高、成本低且易于工业化生产的从雨生红球藻提取虾青素的方法。

Description

一种从雨生红球藻提取虾青素的方法
技术领域
本发明属于生物分离技术领域,具体涉及一种从雨生红球藻提取虾青素的方法。
背景技术
虾青素是一种红色的天然的类胡萝卜素,具有清除氧自由基的功能,抗氧化能力是维生素E的550倍、β-胡萝卜素的10倍,被誉为超级抗氧化剂。目前虾青素的来源主要有四个方面:化学合成、甲壳类动物中提取、红法夫酵母发酵产物及雨生红球藻提取物。化学合成的虾青素包含4种光学异构体的混合物,红法夫酵母发酵生产的虾青素98%为R构象的虾青素,只有雨生红球藻积累的产物为纯S构象,具有最强的生物学活性。
雨生红球藻是一种单细胞淡水藻,属于绿藻门,绿藻纲,团藻目,红球藻科,红球藻属,是自然界中虾青素含量最高的生物,其虾青素含量一般占细胞干重的0.2-3%,且虾青素80%以上是以酯化形式存在,所含的虾青素和酯类配比与动物自身配比极为相似,是虾青素极好的来源,相比较化学合成和利用酵母菌提取虾青素具有极大的优势。因此,雨生红球藻被认为是自然界中虾青素的最佳来源之一。
目前,国内外提取雨生红球藻中虾青素的方法主要有超临界CO2萃取、超声提取、微波提取、高压均质和研磨后溶剂萃取、酶解等。提取中主要问题是雨生红球藻壁厚,细胞破壁效果差导致提取率低,此外还存在工艺复杂,设备费用高,有机溶剂残留等问题。中国发明专利申请CN102012363A采用高压均质法在80-90MPa下进行破壁而后采用超临界CO2萃取,萃取温度为60-80℃,萃取时间2-4h,该方法仪器设备费用高,萃取时间长,成本高,不利于工业化生产。中国发明专利申请CN106432024A利用有机溶剂和砂磨机研磨破碎藻细胞,通过液相减压蒸馏回收有机溶剂,整个提取过程时间缩短,但不可避免有机溶剂不能完全回收,存在有机溶剂残留的问题,且易造成环境污染。
发明内容
本发明的目的在于提供一种操作步骤简单、无有机溶剂消耗、提取率高、成本低且易于工业化生产的从雨生红球藻提取虾青素的方法。
为了实现发明目的,本发明提供了一种从雨生红球藻提取虾青素的方法,包括如下步骤:
1)取雨生红球藻藻粉,加入两种不同规格的玻璃珠和提取剂油,混合均匀;
2)将步骤1)得到的料液置于旋涡振荡器中振荡、水浴萃取,得到混悬液;
3)将步骤2)得到的混悬液进行固液分离,得到虾青素油。
进一步的,步骤1)中,所述藻粉和玻璃珠的质量比为10:(0.5-1.0)。
进一步的,步骤1)中,所述两种不同规格的玻璃珠的大小分别为50-80目和270目以下,50-80目的玻璃珠和270目以下的玻璃珠的质量比为1:(0.5-2);优选的,50-80目的玻璃珠和270目以下的玻璃珠的质量比为1:(1-1.5);更优选的,50-80目的玻璃珠和270目以下的玻璃珠的质量比为1:1。
进一步的,步骤1)中,所述藻粉和提取剂油的质量体积比为(1-6)g:10ml;优选的,所述藻粉和提取剂油的质量体积比为(3-6)g:10ml;更优选的,所述藻粉和提取剂油的质量体积比为(4-6)g:10ml。
进一步的,步骤1)中,所述提取剂油为植物油,所述植物油选自橄榄油、色拉油、调和油、山茶籽油、葡萄籽油中的至少一种。
进一步的,步骤2)中,所述旋涡振荡器的振荡时间为15-60min;优选的,所述旋涡振荡器的振荡时间为30-40min。
进一步的,步骤2)中,所述旋涡振荡器的振荡频率为2600-3000r/min;优选的,所述旋涡振荡器的振荡频率为2800r/min。
进一步的,步骤2)中,所述水浴温度为50-70℃,所述水浴时间为15-55min;优选的,所述水浴时间为30-40min;水浴过程中藻粉容易下沉,因此水浴过程中每隔5-20min振荡混匀1次;优选水浴过程中每隔8-15min振荡混匀一次;更优选水浴过程中每隔10min振荡混匀1次。
进一步的,步骤3)中,所述固液分离采用离心、过滤中的至少一种,所述过滤采用玻璃纤维膜过滤。
本发明的有益效果是:
1.采用两种不同大小规格的玻璃珠作为磨料,符合雨生红球藻细胞的形态特征,与单一规格的磨料相比,能够有效提高雨生红球藻细胞的研磨破壁效果,虾青素的提取率高。
2.与传统氧化锆、铁珠等磨料相比,采用两种不同大小规格的玻璃珠作为磨料,可克服传统磨料表面光滑导致研磨效果不理想的问题,具有较理想的切割力和破壁效率。
3.以植物油作为提取剂油,采用旋涡振荡与低温水浴的机械物理组合提取方法,未使用任何有机溶剂和化学试剂,无有机溶剂残留问题,产品的食用安全性高,生产过程绿色环保。
4.细胞破碎与虾青素的提取过程在同一容器中同时进行,操作步骤简便、时间短,易于实现工业化生产。
附图说明
图1为本发明实施例所公开的虾青素的标准曲线图。
图2为本发明实施例2所公开的水浴温度对虾青素提取率的影响结果。
图3为本发明实施例3所公开的水浴时间对虾青素提取率的影响结果。
图4为本发明实施例4所公开的振荡时间对虾青素提取率的影响结果。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或者条件,按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市购获得的常规产品。
以下实施例所用的旋涡振荡器的型号为Vortex QL-901,购自海门市其林贝尔仪器制造有限公司。
以下实施例采用的雨生红球藻藻粉含水率在5%以下,经第三方检测该藻粉中虾青素的含量为2.84g/100g。
虾青素含量采用紫外-可见分光光度计法在495nm测其吸光度值,虾青素的标准曲线图见图1。
提取率计算方法为提取物中虾青素总量与原料中虾青素总量的比值。
实施例1 藻粉与提取剂油的不同料液比对虾青素提取效果的影响
藻粉与提取剂油的料液比影响虾青素油的浓度和虾青素的提取率。提取剂油的增加可提高虾青素的提取率,但会降低虾青素油的浓度,而虾青素油浓度的降低将导致虾青素油后续应用的运输成本、原材料成本及贮藏费用的增加。因此需尽可能的提高虾青素油的浓度,但随着藻粉量的增加,提取剂油的损耗率增加,有效的虾青素油体积降低,导致虾青素的提取率降低,因此需要有一个合适的料液比。
取10ml山茶籽油6份,按表1中不同的料液比添加雨生红球藻藻粉,按照藻粉重量的1/10添加大小分别为50目和270目的两种玻璃珠(两种大小规格不同的玻璃珠的质量比为1:1),旋涡振荡器振荡15min,振荡频率2800r/min,于70℃水浴锅中水浴15min,水浴过程中每隔5min振荡一次。水浴结束后,离心机3000rpm离心3min,取上层液体经玻璃纤维膜过滤得虾青素油,结果见表1。
表1 藻粉和山茶籽油料液比对虾青素提取效果的影响
藻粉:山茶籽油/(g:ml) 藻粉/g 虾青素油浓度/mg/ml 提取率/%
1:10 1.0 2.712 95.49
1:5 2.0 5.407 93.43
3:10 3.0 7.950 93.31
2:5 4.0 10.23 90.05
1:2 5.0 11.976 84.38
3:5 6.0 13.81 81.04
4:5 8.0 14.10 62.05
从表1可以看出,随着藻粉量的增加,虾青素油浓度随之提高,虾青素提取率相对减少。当藻粉与山茶籽油的料液比达到4:5时,虾青素油的浓度增幅较小,可能是达到一个比较饱和的状态,提取率明显降低,此时可进行二次提取,因此藻粉和山茶籽油的料液比在(1-6)g:10ml较为合理。从虾青素油的浓度、提取率,损耗率(提取过程中藻粉会占用一定山茶籽油的量)综合考虑,料液比在(4-6)g:10ml最为合适,此时虾青素油浓度和虾青素提取率均较高。
实施例2 水浴温度对虾青素提取效果的影响
准确称取4.0g雨生红球藻藻粉,加入10ml山茶籽油和0.4g大小分别为50目和270目的玻璃珠(两种大小规格不同的玻璃珠的质量比为1:1),置于旋涡振荡器上振荡15min,振荡频率2800r/min,放入水浴锅中进行水浴15min,水浴温度设置0℃、15℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃,水浴过程中每隔5min振荡一次,水浴结束后离心机3000rpm离心3min,取上层液体于玻璃纤维膜上过滤得虾青素油。观察水浴温度对虾青素提取效果的影响,结果见图2。
从图2可以看出,随着水浴温度的提高,虾青素油浓度随之提高,在70℃时浓度最高,虾青素提取率最高。随着水浴温度的进一步提高,虾青素油浓度降低,提取率降低,这可能是虾青素在高温条件下容易被破坏所致。
实施例3 水浴时间对虾青素提取效果的影响
准确称取4.0g雨生红球藻藻粉,加入10ml山茶籽油和0.4g大小分别为50目和270目的玻璃珠(两种大小规格不同的玻璃珠的质量比为1:1),置于旋涡振荡器上振荡15min,振荡频率2800r/min,放入水浴锅中进行水浴,水浴温度70℃,水浴时间0-60min,水浴过程中每隔5min振荡一次,水浴结束后离心机3000rpm离心3min,取上层液体于玻璃纤维膜上过滤得虾青素油。观察水浴时间对虾青素提取效果的影响,结果见图3。
从图3可以看出,随着水浴时间的延长,虾青素油浓度随之增高,在水浴时间30min时,虾青素油浓度最高。随着水浴时间的进一步延长,虾青素油浓度开始下降,提取率未随着水浴时间的延长而增加,这可能是虾青素本身不稳定,易被氧化分解所致。
实施例4 旋涡振荡器振荡时间对虾青素提取效果的影响
准确称取4.0g雨生红球藻藻粉,加入10ml山茶籽油和0.4g大小分别为50目和270目的玻璃珠(两种大小规格不同的玻璃珠的质量比为1:1),置于旋涡振荡器上振荡,振荡时间0-60min,振荡频率2800r/min。振荡结束后放入水浴锅中进行水浴,水浴温度70℃,水浴时间30min,水浴过程中每隔5min振荡一次。观察不同的振荡时间对虾青素提取效果的影响,结果见图4。
从图4可以看出,随着振荡时间的延长,虾青素浓度随之提高,振荡时间达到30min时,虾青素浓度最高,随着振荡时间的进一步延长,虾青素浓度开始降低,原因有可能是虾青素不稳定,易被氧化,因此在虾青素提取过程中应尽量缩短时间,避免暴露空气的时间过长。
实施例5
称取80g雨生红球藻藻粉,加入8g大小分别为80目和270目的玻璃珠(80目玻璃珠与270目玻璃珠的质量比为1:0.5),再加入133ml橄榄油混匀,置于旋涡振荡器中振荡,振荡频率2800r/min,振荡时间30min。振荡完毕后进行水浴,水浴温度70℃,水浴时间40min,水浴过程中每隔10min振荡混匀一次。水浴结束后3000rpm离心3分钟,上层液体经玻璃纤维膜过滤后即为虾青素油。由试验结果可知,80g藻粉中虾青素的提取量为2.114g,虾青素的提取率为93.05%。
实施例6
称取80g雨生红球藻藻粉,加入8g大小分别为60目和300目的玻璃珠(60目玻璃珠与300目玻璃珠的质量比为1:1.5),再加入240ml色拉油混匀,置于旋涡振荡器中振荡40min,振荡频率2600r/min。振荡完毕后进行水浴,水浴温度50℃,水浴时间40min,每隔20min振荡混匀一次。水浴结束后3000rpm离心5分钟,上层液体经玻璃纤维膜过滤后即为虾青素油。由试验结果可知,80g藻粉中虾青素的提取量2.046g,虾青素的提取率为90.05%。
实施例7
称取80g雨生红球藻藻粉,加入4g大小分别为70目和325目的玻璃珠(70目玻璃珠与325目玻璃珠的质量比为1:2),再加入800ml调和油混匀,置于旋涡振荡器中振荡40min,振荡频率3000r/min。振荡完毕后进行水浴,水浴温度60℃,水浴时间30min,每隔8min振荡混匀一次。水浴结束后3000rpm离心5分钟,上层液体经玻璃纤维膜过滤后即为虾青素油。由试验结果可知,80g藻粉中虾青素的提取量2.09g,虾青素的提取率为92.05%。
对比例 不同磨料对虾青素提取效果的影响
称取80g雨生红球藻藻粉5份,分别按表2加入不同的磨料,再加入133ml橄榄油混匀,置于旋涡振荡器中振荡,振荡频率2800r/min,振荡时间30min。振荡完毕后进行水浴,水浴温度70℃,水浴时间40min,水浴过程中每隔10min振荡混匀一次。水浴结束后3000rpm离心3分钟,上层液体经玻璃纤维膜过滤后得到虾青素油,结果见表2。
表2 不同磨料对虾青素提取效果的影响
序号 磨料 提取率/%
1 80目玻璃珠8g 55.83
2 270目玻璃珠8g 68.05
3 80目玻璃珠4g+270目玻璃珠4g 93.05
4 80目氧化锆珠4g+270目氧化锆珠4g 84.54
5 80目铁珠4g+270目铁珠4g 82.69
由试验结果可知,与单一规格的磨料相比,采用两种不同大小规格的玻璃珠作为磨料,符合雨生红球藻细胞的形态特征,能够有效提高雨生红球藻细胞的研磨破碎效果,破壁效率高,虾青素的提取率高;与传统氧化锆、铁珠等磨料相比,采用两种不同大小规格的玻璃珠作为磨料,可克服传统磨料表面光滑导致研磨效果不理想的问题,具有较理想的切割力和研磨破壁效率。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (18)

1.一种从雨生红球藻提取虾青素的方法,其特征在于,包括如下步骤:
1)取雨生红球藻藻粉,加入两种不同规格的玻璃珠和提取剂油,混合均匀,所述两种不同规格的玻璃珠的大小分别为50-80目和270目以下,50-80目的玻璃珠和270目以下的玻璃珠的质量比为1:(0.5-2);
2)将步骤1)得到的料液置于旋涡振荡器中振荡、水浴萃取,得到混悬液;
3)将步骤2)得到的混悬液进行固液分离,得到虾青素油。
2.根据权利要求1所述的从雨生红球藻提取虾青素的方法,其特征在于,步骤1)中,所述藻粉和玻璃珠的质量比为10:(0.5-1.0)。
3.根据权利要求1所述的从雨生红球藻提取虾青素的方法,其特征在于,步骤1)中,所述50-80目的玻璃珠和270目以下的玻璃珠的质量比为1:(1-1.5)。
4.根据权利要求1所述的从雨生红球藻提取虾青素的方法,其特征在于,步骤1)中,所述50-80目的玻璃珠和270目以下的玻璃珠的质量比为1:1。
5.根据权利要求1所述的从雨生红球藻提取虾青素的方法,其特征在于,步骤1)中,所述藻粉和提取剂油的质量体积比为(1-6)g:10ml。
6.根据权利要求1所述的从雨生红球藻提取虾青素的方法,其特征在于,步骤1)中,所述藻粉和提取剂油的质量体积比为(3-6)g:10ml。
7.根据权利要求1所述的从雨生红球藻提取虾青素的方法,其特征在于,步骤1)中,所述藻粉和提取剂油的质量体积比为(4-6)g:10ml。
8.根据权利要求1所述的从雨生红球藻提取虾青素的方法,其特征在于,步骤1)中,所述提取剂油为植物油,所述植物油选自橄榄油、色拉油、调和油、山茶籽油、葡萄籽油中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的从雨生红球藻提取虾青素的方法,其特征在于,步骤2)中,所述旋涡振荡器的振荡时间为15-60min。
10.根据权利要求1所述的从雨生红球藻提取虾青素的方法,其特征在于,步骤2)中,所述旋涡振荡器的振荡时间为30-40min。
11.根据权利要求1所述的从雨生红球藻提取虾青素的方法,其特征在于,步骤2)中,所述旋涡振荡器的振荡频率为2600-3000r/min。
12.根据权利要求1所述的从雨生红球藻提取虾青素的方法,其特征在于,步骤2)中,所述旋涡振荡器的振荡频率为2800r/min。
13.根据权利要求1所述的从雨生红球藻提取虾青素的方法,其特征在于,步骤2)中,所述水浴温度为50-70℃,所述水浴时间为15-55min;水浴过程中每隔5-20min振荡混匀1次。
14.根据权利要求13所述的从雨生红球藻提取虾青素的方法,其特征在于,步骤2)中,所述水浴时间为30-40min。
15.根据权利要求13所述的从雨生红球藻提取虾青素的方法,其特征在于,步骤2)中,水浴过程中每隔8-15min振荡混匀一次。
16.根据权利要求13所述的从雨生红球藻提取虾青素的方法,其特征在于,步骤2)中,水浴过程中每隔10min振荡混匀1次。
17.根据权利要求1所述的从雨生红球藻提取虾青素的方法,其特征在于,步骤3)中,所述固液分离采用离心、过滤中的至少一种。
18.根据权利要求17所述的从雨生红球藻提取虾青素的方法,其特征在于,所述过滤采用玻璃纤维膜过滤。
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