CN109369485A - 一种雨生红球藻破壁提取虾青素酯的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及生物技术和天然资源利用技术领域，具体涉及雨生红球藻破壁提取虾青素酯的方法：将雨生红球藻干粉与酒精按比例为1:3～10加入搅拌釜中，再加入二甲基亚砜，雨生红球藻干粉与二甲基亚砜质量比例是1：0.03～0.5，控制温度在10～85℃搅拌，继续搅拌1～5小时，后用珠磨机在1000～3000r/min磨15～120分钟，控制粒径范围是10～30μm，离心、浓缩、洗涤后，得到虾青素酯。本发明采用二甲基亚砜、酒精溶液搅拌雨生红球藻，使二甲基亚砜渗透到细胞壁，珠磨后控制雨生红球藻粒径达到D90＝12～16μm，破壁率为99％；雨生红球藻粒径D90﹥12μm，低速离心机易固液分离，工业化简单。
Description
技术领域
本发明涉及生物技术和天然资源利用技术领域，具体涉及雨生红球藻破壁提取虾青素酯的方法。
背景技术
虾青素目前己被广泛开发应用于食品、医药、化妆品及饮料中。虾青素虽是一种类胡萝卜素，但某些生物作用远比其它类胡萝卜素强。虾青素是一种非维生素A原的类胡萝卜素，在动物体内不能转为维生素A，但它有极强的抗氧化性能。能清除体内自由基，调节降低这些由光化学引致的伤害，对紫外线引致的皮肤癌有很好的治疗效果。虾青素还能显著地促进淋巴结抗体的产生，特别是与体内的T细胞相关抗原的抗体产生。在食品上，不仅可以着色，还可有效地起到保鲜、防止变色、变味、变质的作用。虾青素的抗光敏作用较β-胡萝卜素更强，国外有含虾青素的化妆品专利。医药及食品工业利用虾青素的抗氧化作用、抗炎症作用及免疫促进作用作为药物预防氧化性组织损伤和配制保健食品。同时虾青素有艳丽红色，可与肌动蛋白非特异性结合，加入水产饲料中可以改善养殖鱼类的皮肤及肌肉的色泽；另外虾青素对鱼类的生长繁殖具有很重要的作用,可促进鱼卵受精,减少胚胎发育的死亡率,促进个体生长,增加成熟速度和生殖力,增加鱼类的抗病能力。虾青素具有最强的生物学活性，是用于人类抗氧化保健食品的优质原料，还可作为营养物质促进家禽的生长和提高产蛋率。
研究发现很多种类的藻类都含有虾青素，其中雨生红球藻中虾青素的含量可达细胞干重的1.5％，是自然界中已知的虾青素含量最高的生物；雨生红球藻的厚壁孢子细胞、细胞壁很难破碎，阻碍了提取溶剂向细胞内渗透，也影响虾青素酯向外扩散，因此在提取前必须先进行破壁处理，以破坏雨生红球藻的细胞结构，从而提高虾青素酯的提取率。
目前雨生红球藻常规破壁方法有研磨法、高压均质法、酶解法、酸法、超临界CO2高压法等，CN104961668A高压均质法破壁，乙醇萃取，均质过程中产生瞬间高温使虾青素酯产生异构体，均质后颗粒较小(7μm)，高速离心很难分离干净，工业化困难，且高压均质机长期均质固体物料，对均质机伤害较大，维护修理成本高；CN104529851A酶解法破壁雨生红球藻，酶解后分离产生较多废水，且破壁提取率50％；CN105859601A用盐酸破壁雨生红球藻，产生大量工业酸性废水，且强酸会影响虾青素酯的品质；CN105503684A超临界CO2高压法破壁、萃取雨生红球藻为一个环保的方法，但物料需要细胞破壁机破壁，后干燥、造粒等过程，干燥、造粒等过程会存在高温，工艺比较复杂，工业化难度较大；随着科技的进步，研磨法提取虾青素酯的技术受到人们的青睐，CN104946533A中提到胶体磨研磨提取虾青素酯，但该法会产生较高温度，会产生虾青素酯的异构体，影响使用效价。
综上，有必要提供一种改进的提取工艺，克服现有技术存在的缺陷。
发明内容
有鉴于此，有必要针对上述的问题，提供一种雨生红球藻破壁提取虾青素酯的方法。
为实现上述目的，本发明采取以下的技术方案：
本发明的雨生红球藻破壁提取虾青素酯的方法：将雨生红球藻干粉与酒精按比例为1:3～10加入搅拌釜中，再加入二甲基亚砜，雨生红球藻干粉与二甲基亚砜质量比例是1：0.03～0.5，控制温度在10～85℃搅拌，继续搅拌1～5小时，后用珠磨机在1000～3000r/min磨15～120分钟，控制粒径范围是10～30μm，离心、浓缩、洗涤后，得到虾青素酯。
胶体磨的研磨温升难以控制，液氮冷冻研磨能耗巨大，本发明采用珠磨机研磨易控温10～85℃，易利用转速和研磨时间控制粒径范围。
本发明所述的雨生红球藻干粉与酒精质量比例优选1：4～5。
本发明所述的雨生红球藻干粉与二甲基亚砜质量比例优选1:0.05～0.1。
本发明所述控制温度范围优选10～15℃。
本发明所述粒径范围优选12～16μm。
本发明所述珠磨机转速优选1800～2000r/min。
本发明所述粒径控制采用激光粒度仪检测粒径。
本发明还包括将离心浓缩过程得到的酒精、二甲基亚砜进行回收利用。
本发明的有益效果为：
1、本发明采用二甲基亚砜、酒精溶液搅拌雨生红球藻，使二甲基亚砜渗透到细胞壁，珠磨后控制雨生红球藻粒径达到D90＝12～16μm，破壁率为99％；雨生红球藻粒径D90﹥12μm，低速离心机易固液分离，工业化简单。
2、萃取、离心、浓缩后，虾青素酯收率达到94％～97％，且整个过程均控制在较低温度，保证虾青素酯的品质。
3、破壁提取工艺过程中溶剂回收利用，只有洗涤过程产生少量废水，总体对环境友好。
附图说明
图1为虾青素酯得率趋势图；
图2为虾青素酯有效峰含量趋势图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案作进一步清楚、完整地描述。需要说明的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明中的计算方式：收率＝[(产出虾青素酯油重量×分光含量)/(球藻粉重量×分光含量)]×100％；虾青素酯有效峰为面积归一法高效液相色谱检测的虾青素酯各有效峰的面积和。
实施例1
称500克雨生红球藻干粉和1500克酒精于10±1℃搅拌，加入25克二甲基亚砜，继续搅拌2小时后，珠磨机2000r/min磨15分钟，激光粒度仪检测D90＝15.95μm，离心、转蒸发仪浓缩后，加50克水搅拌洗涤30分钟分水，得到126.8克虾青素酯，分光含量为12.2％，虾青素酯收率为95.20％，液相有效峰为85.3％。
实施例2
称800克雨生红球藻干粉和3200克酒精于15℃±1搅拌，加入64克二甲基亚砜，继续搅拌2小时后，珠磨机2000r/min磨25分钟，激光粒度仪检测D90＝14.25μm，离心、旋转蒸发仪浓缩后，加128克水搅拌洗涤30分钟分水，得到186.07克虾青素酯，分光含量为13.4％，虾青素酯收率为95.90％，液相有效峰为85.1％。
实施例3
称1000克雨生红球藻干粉和10000克酒精于85±1℃搅拌，加入500克二甲基亚砜，继续搅拌2小时；后珠磨机2000r/min磨30分钟，激光粒度仪检测D90＝12.89μm，离心、旋转蒸发仪浓缩后，加1000克水搅拌洗涤30分钟分水，得到266.06克虾青素酯，分光含量为11.79％，虾青素酯收率为96.52％，液相有效峰为64.9％。
试验数据及分析：
以实施例1数据为参照，考察珠磨机不同转速单因素对雨生红球藻破壁达到15μm左右需要的时间以及虾青素酯收率、有效峰含量的影响。
表1珠磨机转速单因素实验表
从表1中数据分析：要达到雨生红球藻破壁粒径为15um左右，珠磨机1000r/min，需要360min，效率较低；珠磨机3000r/min，需要10min，但温度为40℃左右，虾青素酯液相有效峰低；珠磨机2000r/min时，珠磨时间、收率、有效峰均较好。
表2雨生红球藻干粉破壁、提取正交设计因素水平表
(注：其中乙醇与二甲基亚砜的量为相对于雨生红球藻干粉的质量比)
表3雨生红球藻干粉破壁、提取正交设计直观分析表
表3中的原料添加量与表1相对应，如表2试验号1中乙醇量为“1”，对应表1中的水平“1”的用量，即雨生红球藻干粉与酒精按比例为1:3。
以上正交实验设计中，除表格中的工艺参数进行相应调整，其余工艺过程依据实施例1进行操作。
通过表3的极差分析得到，因素主次为D、A、C、B，优方案为D1、A4、C2、B4；从图1看出，影响虾青素酯得率最主要因素为D，D1，D2虾青素酯得率接近，但D1工业上较难分离；A2、A3、A4水平虾青素酯得率相当，从工业角度节约溶剂的角度选择A2；C2相比较其它水平虾青素酯得率高；B1、B2、B3、B4水平虾青素酯得率接近，从二甲级亚砜残留少的角度应该选择B1。
表4雨生红球藻干粉破壁、提取正交设计直观分析表
表4中的原料添加量与表1相对应，如表3试验号1中乙醇量为“1”，对应表1中的水平“1”的用量，即雨生红球藻干粉与酒精按比例为1:3。
通过表4的极差分析得到，因素主次为C、B、A、D，优方案为C1、B2、A4、D1；从图2看出，影响虾青素酯有效峰含量最主要因素为C，C1、C2虾青素酯得率接近，工业能耗角度选择C2；B2水平虾青素酯有效峰含量最高；A和D各水平对虾青素酯有效峰含量影响较小，从节能环保角度选择A1、D2。
综合考虑雨生红球藻干粉的破壁提取工艺得到高收率、高有效含量虾青素酯且工业化简单、并对环境友好，选择最优条件为D2、C2、A2、B2，即为雨生红球藻干粉的破壁粒径为15μm、珠磨温度为15℃、5倍量酒精、5％的二甲基亚砜量。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种雨生红球藻破壁提取虾青素酯的方法，其特征在于，将雨生红球藻干粉与酒精按比例为1:3～10加入搅拌釜中，再加入二甲基亚砜，雨生红球藻干粉与二甲基亚砜质量比例是1：0.03～0.5，控制温度在10～85℃搅拌，继续搅拌1～5小时，后用珠磨机在1000～3000r/min磨15～120分钟，控制粒径范围是10～30μm，离心、浓缩、洗涤后，得到虾青素酯。
2.根据权利要求1所述的雨生红球藻破壁提取虾青素酯的方法，其特征在于，所述的雨生红球藻干粉与酒精质量比例1：4～5。
3.根据权利要求1所述的雨生红球藻破壁提取虾青素酯的方法，其特征在于，所述的雨生红球藻干粉与二甲基亚砜质量比例1:0.05～0.1。
4.根据权利要求1所述的雨生红球藻破壁提取虾青素酯的方法，其特征在于，所述控制温度范围10～15℃。
5.根据权利要求1所述的雨生红球藻破壁提取虾青素酯的方法，其特征在于，所述粒径范围12～16μm。
6.根据权利要求1所述的雨生红球藻破壁提取虾青素酯的方法，其特征在于，所述粒径控制采用激光粒度仪检测粒径。
7.根据权利要求1所述的雨生红球藻破壁提取虾青素酯的方法，其特征在于，还包括将离心浓缩过程得到的酒精、二甲基亚砜进行回收利用。
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