CN108558725A - 一种低温亚临界萃取雨生红球藻中虾青素的方法 - Google Patents

一种低温亚临界萃取雨生红球藻中虾青素的方法 Download PDF

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李倩
杨义
高弟丰
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Abstract

本发明公开提供一种低温亚临界萃取雨生红球藻中虾青素的方法，属于生物工程技术领域，具体步骤包括：将培养结束的雨生红球藻水洗、去上清后得到浓缩的藻泥，将藻泥置于机械粉碎设备中破壁；机械破壁后的藻泥置于真空冷冻干燥机中，得到干燥的疏松丝状或块状藻体；将干燥的破壁雨生红球藻藻体置于亚临界设备的萃取釜中，萃取釜抽真空，通入亚临界流体至，连续萃取直至没有虾青素油渗出为止；将萃取釜溶剂压入解析罐，抽真空至解析罐压力降低，得虾青素油；亚临界流体气化，再经压缩机加压冷凝后通入萃取罐循环使用。本发明操作温度低、有效成分活性保留好、溶剂残留低、提取效率高。

Description

一种低温亚临界萃取雨生红球藻中虾青素的方法
技术领域
本发明属于生物工程技术领域，具体涉及一种低温亚临界萃取雨生红球藻中虾青素的方法。
背景技术
虾青素是一种类胡萝卜素，是自然界已知最强的天然抗氧化剂，其抗氧化活性是维生素E的500倍、β-胡萝卜素的20倍，能快速清除体内由紫外线照射产生的活性氧自由基、抑制多不饱和脂肪酸的氧化。此外，虾青素还可以对抗血液中的胆固醇、低密度脂蛋白的氧化，对防治动脉粥样硬化等心血管疾病有较好的预防疗效，可作为添加剂广泛用于功能型食品、保健品及化妆品。
雨生红球藻被公认为自然界中生产天然虾青素的最好生物来源，其虾青素含量高，是天然虾青素的浓缩品，具有十分广阔的发展前景。但雨生红球藻在积累虾青素的过程中会形成孢子，具有坚硬的细胞壁，需要破壁后才能有效提取虾青素。另外，作为天然抗氧化剂，虾青素极易氧化失活，据报道当温度超过80℃虾青素的结构就可能发生变化，丧失抗氧化活性。因此，研究低温高效、绿色环保的萃取方法，有助于虾青素高值化产品的开发及产业化应用。
当前，常规的破壁方法有高压均质、机械研磨、酸热法等，虾青素提取方法主要有溶剂浸提法和超临界二氧化碳萃取法。中国发明专利CN201310116039.5公开了一种从雨生红球藻中提取虾青素的方法，采用酸性水溶液进行破壁，而后通过碱液中和，最后利用有机溶剂浸提获得虾青素。中国发明专利201010548303.9公开了一种利用高压均质破壁结合超临界二氧化碳萃取的方法。专利201710679357.0发明了一种虾青素的提取方法，采用1Mpa蒸汽（温度为180℃）爆破处理实现雨生红球藻破壁，而后采用有机溶剂浸提。
上述的现有方法，酸、碱、高压并结合溶剂浸提的方法存在操作复杂、损失率高、溶剂用量大、溶剂残留多、不利于操作人员健康、易对环境造成污染等问题，而超临界二氧化碳萃取存在操作压力大、设备造价高、处理量小、成本高等缺点。
近几年出现的亚临界提取技术具有溶剂残留低、绿色环保、保留提取物的活性成分不破坏、运行成本低、可工业化大规模生产等优点，受到越来越多的重视。但鉴于雨生红球藻细胞的特殊结构及虾青素极易在高温条件下氧化失活的特性，目前还没有利用亚临界流体从雨生红球藻中萃取虾青素的成套技术报道。
发明内容
本发明为解决现存问题提供一种低温亚临界萃取雨生红球藻中虾青素的方法，本发明操作温度低、有效成分活性保留好、溶剂残留低、提取效率高。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：
本发明提供了一种低温亚临界萃取雨生红球藻中虾青素的方法，包括下述步骤：
（1）将培养结束的雨生红球藻水洗、去上清后得到浓缩的藻泥，将藻泥置于机械粉碎设备中破壁；
（2）机械破壁后的藻泥置于真空冷冻干燥机中，得到干燥的疏松丝状或块状破壁雨生红球藻藻体；
（3）将干燥的破壁雨生红球藻藻体置于亚临界设备的萃取釜中，萃取釜抽真空并通入亚临界流体，连续萃取直至没有虾青素油渗出为止；
（4）将萃取釜溶剂压入解析罐，抽真空至解析罐压力降低至-0.08~-0.12Mpa，得虾青素油；亚临界流体气化，再经压缩机加压冷凝后通入萃取罐循环使用。
进一步优先的，所述破壁的工艺条件是：温度为零下10℃~20℃，时间5 min~10min。本发明采用零下10℃~20℃低温破碎不但可以保留虾青素的活性而且可以起到冻干预冷的效果，节约能量投入，另外由于原料粉状特性，冻干可以将粉状转变成疏松丝状或块状结构，有利于溶剂渗透和虾青素萃取。
进一步优选的，步骤（2）中干燥的温度为零下60℃~80℃下进行干燥。
进一步优选的，步骤（2）中所述藻体含水率低于5%。
进一步优选的，所述的亚临界流体为：丙烷、丁烷、 高纯度异丁烷（R600a）、1，1，1，2-四氟乙烷（R134a）、二甲醚（DME）、液化石油气（LPG）和六氟化硫等中的一种或多种混合；
进一步优选的，所述亚临界流体的通入量在萃取斧要高出物料6cm~10cm，萃取温度为25℃~40℃，萃取压力为0.3Mpa~0.8Mpa，萃取时间为30min~100min。
进一步优选的，所述的萃取温度优选的为30℃。萃取温度25℃~40℃是因为温度保持虾青素活性的关键因素，萃取温度过高会导致虾青素的分解失活，本发明采用30℃，可以最大程度保留虾青素活性。萃取压力为0.3Mpa~0.8Mpa低压萃取可以降低设备压力要求，从而降低成本，时间上选用30min~100min，萃取的低温度、低压力和时间工艺结合的萃取方案，使虾青素提取率可以达到93%。
进一步优选的，所述解析罐温度为20℃~40℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1.本发明提供的一种低温亚临界萃取雨生红球藻中虾青素的方法，选用雨生红球藻为虾青素提取的原料，雨生红球藻提取物中的虾青素含量较高，提取产量高。
2. 本发明提供的一种低温亚临界萃取雨生红球藻中虾青素的方法，该方法采用低温机械粉碎对浓缩的藻泥进行破壁，不但可以保留虾青素的活性而且可以起到冻干预冷的效果，节约能量投入，另外由于原料粉状特性，冻干可以将粉状转变成疏松丝状或块状结构，有利于溶剂渗透和虾青素萃取。
3. 本发明提供的一种低温亚临界萃取雨生红球藻中虾青素的方法通过真空冷冻干燥成破壁藻体于亚临界设备中低温萃取，本发明中雨生红球藻于低温下进行提取，避免了高压破壁、高温干燥、造粒后烘干等环节对虾青素的氧化失活，保证了虾青素的活性，降低设备压力要求，从而降低成本。
4. 本发明提供的一种低温亚临界萃取雨生红球藻中虾青素的方法通过冻干实现一步法干燥和造型，获得的丝状或块状疏松状结构渗透率明显高于湿法造粒或干法造粒，且不需要重复加工、热干燥处理等，有利于亚临界流体的渗透和活性成分的保留。
5. 本发明提供的一种低温亚临界萃取雨生红球藻中虾青素的方法，该工艺方式虾青素活性保留好、提取率高、溶剂残留少、绿色环保、加工成本低，可适用于大规模的工业化生产。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的具体步骤的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例，更具体地说明本发明的内容。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。
在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所有的设备和原料等均可从市场购得或是本行业常用的。若无特别指明，实施例采用的方法为本领域通用技术。
实施例1
本实施例提供了一种低温亚临界萃取雨生红球藻中虾青素的方法，包括下述步骤： 将培养结束的雨生红球藻（虾青素含量2.77%）水洗、去上清后得到浓缩的藻泥，将藻泥置于机械粉碎设备中，于零下10℃~下机械破壁5min；破壁后的藻泥置于零下70℃下真空冷冻干燥，最终得干燥破壁的疏松丝状（含水率为1.7%）；将破壁藻体置于亚临界设备的萃取釜中抽真空，通入亚临界流体丁烷至高出物料6cm，萃取温度为25℃，萃取压力为0.3Mpa，萃取时间为40min，连续萃取直至没有虾青素油渗出为止；降压解析：萃取釜溶剂压入解析罐抽真空压力降低至-0.08Mpa，温度30℃，得虾青素油；亚临界流体气化，再经压缩机加压冷凝后循环使用。
实施例2
将培养结束的雨生红球藻（虾青素含量2.77%）水洗、去上清后得到浓缩的藻泥，将藻泥置于机械粉碎设备中，于零下10℃下机械破壁10min；破壁后的藻泥置于零下60℃下真空冷冻干燥，最终得干燥破壁的块状藻体（含水率为1.7%）；将破壁藻体置于亚临界设备的萃取釜中抽真空，通入亚临界流体丁烷至高出物料10cm，萃取温度为30℃，萃取压力为0.6Mpa，萃取时间为100min，连续萃取直至没有虾青素油渗出为止；降压解析：萃取釜溶剂压入解析罐抽真空压力降低至-0.12Mpa，温度40℃，得虾青素油；亚临界流体气化，再经压缩机加压冷凝后循环使用。
实施例3
将培养结束的雨生红球藻（虾青素含量2.77%）水洗、去上清后得到浓缩的藻泥，将藻泥置于机械粉碎设备中，于零下10℃下机械破壁8min；破壁后的藻泥置于零下70℃下真空冷冻干燥，最终得干燥破壁的疏松丝状（含水率为1.7%）；将破壁藻体置于亚临界设备的萃取釜中抽真空，通入亚临界流体二甲醚至高出物料8cm，萃取温度为25℃，萃取压力为0.8Mpa，萃取时间为40min，连续萃取直至没有虾青素油渗出为止；降压解析：萃取釜溶剂压入解析罐抽真空压力降低至-0.1Mpa，温度20℃，得虾青素油；亚临界流体气化，再经压缩机加压冷凝后循环使用。
对比例1
将培养结束的雨生红球藻（虾青素含量2.77%）水洗、去上清后得到浓缩的藻泥，于进风温度120℃、出风温度60℃进行喷雾干燥处理，最终得干燥的雨生红球藻藻粉（含水率为3.3%）；将藻粉置于亚临界设备的萃取釜中，萃取条件同实施例1。
对比例2
将培养结束的雨生红球藻（虾青素含量2.77%）水洗、去上清后得到浓缩的藻泥，于50Mpa下均质5min，均质2次进行破壁处理；均质破壁后的藻液于进风温度120℃、出风温度60℃进行喷雾干燥处理，最终得干燥的雨生红球藻破壁藻粉（含水率为3.5%）；将破壁藻粉置于亚临界设备的萃取釜中，萃取条件同实施例1。
对比例3
将培养结束的雨生红球藻（虾青素含量2.77%）水洗、去上清后得到浓缩的藻泥，于50Mpa下均质5min，均质2次进行破壁处理；均质破壁后的藻液于进风温度120℃、出风温度60℃进行喷雾干燥处理，最终得干燥的雨生红球藻破壁藻粉（含水率为3.5%）；将干燥的破壁藻粉于湿法造粒设备中，加入5%的粘合剂进行湿法造粒，后于50℃烘箱中烘干（含水率2.1%），得破壁造粒藻体；将破壁藻体置于亚临界设备的萃取釜中，萃取条件同实施例1。
对比例4
将培养结束雨生红球藻（虾青素含量2.77%）水洗、去上清后得到浓缩的藻泥，于50Mpa下均质5min，均质2次进行破壁处理；均质破壁后的藻液于进风温度120℃、出风温度60℃进行喷雾干燥处理，最终得干燥的雨生红球藻破壁藻粉（含水率为3.5%）；将破壁藻体采用传统的有机溶剂提取，采用溶剂为乙醇（也可采用乙酸乙酯、甲醇或者这几种溶剂的混合液），料液比1:6，提取温度50℃，提取相应的时间后，于离心机中离心，收集上清液，重复上述操作以后，直至提取液无色，将上清液蒸发掉有机溶剂后，收集藻油。
将实施例1、实施例2、实施例3、对比例1、对比例2、对比例3和对比例4通过虾青素含油量、虾青素提取率、损失率以及虾青素的活性进行对比，对比结果见表1：
表1 对比结果
虾青素含量 虾青素提取率 损失率 活性
实施例1 8% 90.8% ＜0.1% 有
实施例2 8.2% 92.6% ＜0.1% 有
实施例3 8.1% 93.3% ＜0.1% 有
对比例1 7.1% 21.2% 4.2% 部分无
对比例2 7.4% 42.3% 7.6% 部分无
对比例3 7.6% 72.7% 9.3% 部分无
对比例4 5.6% 65% >10% 部分无
由表1可以看出：实施例1方法提取的虾青素油含量在8.0%，虾青素提取率90.8%，虾青素损失率低于0.1%；实施例2提取的虾青素油含量在8.2%，虾青素提取率92.6%，虾青素损失率低于0.1%；实施例3提取的虾青素油含量在8.1%，虾青素提取率93.3%，虾青素损失率低于0.1%；对比例1提取的虾青素油含量在7.1%，虾青素提取率21.2%，虾青素损失率为4.2%，对比例1采用未破壁的藻粉，提取率低，另外在喷雾干燥的操作过程中，由于高温导致部分虾青素氧化分解，造成损失；对比例2提取的虾青素油含量在7.4%，虾青素提取率42.3%，虾青素损失率为7.6%，在亚临界萃取过程中，亚临界流体难以完全渗透粉状的物料，导致虾青素提取率低，另外在均质破壁过程中温度达到80℃，喷雾干燥温度为120℃，高温导致部分虾青素氧化损失；对比例3提取的虾青素油含量在7.6%，虾青素提取率72.7%，虾青素损失率为9.3%，采用造粒提取，虾青素提取率优于未造粒的条件，但经过破壁、喷雾干燥、造粒、烘干等工艺流程，虾青素损失率较高；对比例4提取的虾青素油含量在5.6%，虾青素提取率65%，虾青素损失率大于10%，该方法的虾青素提取率较低，虾青素损失率高，且因为有一部分有机溶剂的残留，虾青素油的虾青素含量较低为5.6%。
相比于对比例，本发明实施例采用低温机械破壁后直接冷冻干燥，在低温条件下虾青素活性完全保留。通过冻干实现一步法干燥和造型，得到的疏松丝状或块状藻体，其渗透性明显强于造粒的藻体，且不需要重复加工、热干燥处理，提取率高，活性保留好、损失率低。
除说明书所述的技术特征外，其余技术特征为本领域技术人员的已知技术，为突出本发明的创新特点，其余技术特征在此不再赘述。综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，不应以此限制本发明的范围，即凡是依本发明的权利要求书及本发明说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，均应仍属本发明专利涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种低温亚临界萃取雨生红球藻中虾青素的方法，其特征在于：具体步骤为：
将培养结束的雨生红球藻水洗、去上清后得到浓缩的藻泥，对藻泥机械破壁；
机械破壁后的藻泥置于真空冷冻干燥机中，得到干燥雨生红球藻藻体；
将干燥的破壁雨生红球藻藻体置于亚临界设备的萃取釜中，萃取釜抽真空并通入亚临界流体，连续萃取直至没有虾青素油渗出为止；
将萃取釜溶剂压入解析罐，抽真空，得虾青素油；亚临界流体气化，再经压缩机加压冷凝后通入萃取罐循环使用。
2.根据权利要求1所述的一种低温亚临界萃取雨生红球藻中虾青素的方法，其特征在于：步骤（1）将藻泥置于机械粉碎设备中破壁。
3. 根据权利要求1所述的一种低温亚临界萃取雨生红球藻中虾青素的方法，其特征在于：所述破壁的工艺条件是：温度为零下10℃~20℃，时间5 min~10min。
4.根据权利要求1所述的一种低温亚临界萃取雨生红球藻中虾青素的方法，其特征在于：步骤（2）中干燥的温度为零下60℃~80℃下进行干燥。
5.根据权利要求1所述的一种低温亚临界萃取雨生红球藻中虾青素的方法，其特征在于：步骤（2）中所述藻体含水率低于5%。
6. 根据权利要求1所述的一种低温亚临界萃取雨生红球藻中虾青素的方法，其特征在于：所述的亚临界流体为：丙烷、丁烷、 高纯度异丁烷、1，1，1，2-四氟乙烷、二甲醚（DME）、液化石油气和六氟化硫等中的一种或多种混合。
7.根据权利要求1所述的一种低温亚临界萃取雨生红球藻中虾青素的方法，其特征在于：所述亚临界流体的通入量在萃取斧要高出物料6cm~10cm。
8.根据权利要求1所述的一种低温亚临界萃取雨生红球藻中虾青素的方法，其特征在于：萃取的工艺：温度为25℃~40℃，压力为0.3Mpa~0.8Mpa，时间为30min~100min。
9.根据权利要求8所述的一种低温亚临界萃取雨生红球藻中虾青素的方法，其特征在于：所述的萃取温度优选的为30℃。
10.根据权利要求1所述的一种低温亚临界萃取雨生红球藻中虾青素的方法，其特征在于：所述解析罐温度为20℃~40℃,抽真空解析罐压力降低至-0.08~-0.12Mpa。
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