CN110156655A - 超声辅助亲水疏水双相系统制备微藻β-胡萝卜素的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种超声辅助亲水疏水双相系统制备微藻β‑胡萝卜素的方法，该方法包括将具有一定含水率的微藻藻泥加入由亲水低共熔溶剂和疏水低共熔溶剂组成的亲水/疏水双相系统中，超声提取，静置分相，收集含微藻β‑胡萝卜素的疏水低共熔溶剂相；将疏水低共熔溶剂相与有机溶剂混合，充分混匀后，静置分相，收集含有微藻β‑胡萝卜素的有机溶剂相，减压浓缩，获得β‑胡萝卜素；该方法具有成本低、分离和纯化同时进行、效率高、疏水低共熔溶剂可循环使用等优点，可有效用于微藻β‑胡萝卜素的大规模生产。
Description
技术领域
本发明属于微藻β-胡萝卜素提取技术领域，特别涉及一种超声辅助亲水疏水双相系统制备微藻β-胡萝卜素的方法。
背景技术
微藻是一组具有微观结构多样的单细胞物种；在淡水和海洋环境中有30000多种已知的微藻，包括螺旋藻、盐藻和小球藻等。微藻在不同生态系统中的分布差异导致其具有不同的化学成分，微藻兼有微生物和高等植物的某些特性。与其他微生物相似，微藻表现出快速生长速率同时合成次级代谢物的特点。此外，微藻生长具有简单的营养需求，与高等植物类似均可进行有效的光合作用。这些属性使得微藻常常成为制备β-胡萝卜素等高价值化合物的选材之一，有文献报道杜氏盐藻中β-胡萝卜素的含量高达14％左右，螺旋藻中β-胡萝卜素的含量大约为2.2mg/g干重，而小球藻中β-胡萝卜素的含量大约为7.5mg/g干重。β-胡萝卜素由于其抗氧化，抗肿瘤和抗炎特性而在药物、食品和化妆品工业中具有广泛的应用。然而，微藻从培养、收获、提取制备为β-胡萝卜素是一个过程繁琐、高成本的投入过程，已成为微藻研究开发的重要阻碍。目前，从微藻中制备β-胡萝卜素的方法包括有机溶剂提取法、超临界二氧化碳萃取法等，现有技术公开的方法过程繁琐、制备的β-胡萝卜素产率低，成本高。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种超声辅助亲水疏水双相系统制备微藻β-胡萝卜素的方法。
本发明具体技术方案如下：
本发明提供了一种超声辅助亲水疏水双相系统制备微藻β-胡萝卜素的方法，该方法包括如下步骤：
1)将具有一定含水率的微藻藻泥加入由亲水低共熔溶剂和疏水低共熔溶剂组成的亲水/疏水双相系统中，超声提取，静置分相，收集含有β-胡萝卜素的疏水低共熔溶剂相；
2)将步骤1)得到的疏水低共熔溶剂相与有机溶剂混合，充分混匀后，静置分相，收集含有β-胡萝卜素的有机溶剂相；
3)将步骤2)中含有β-胡萝卜素的有机溶剂相减压浓缩，获得β-胡萝卜素。
进一步的改进，所述微藻选自螺旋藻、盐藻或小球藻。
进一步的改进，微藻藻泥与亲水/疏水双相系统固液比为1g:15-25mL，优选为1g:20mL。
进一步的改进，所述微藻藻泥的含水率为5-10％。
进一步的改进，超声提取的工艺如下：超声功率为100-600W；提取时间为1-10min。
进一步的改进，亲水低共熔溶剂与疏水低共熔溶剂的体积比为0.3-1：1；优选地，静置分相的时间为1-1.5h。
进一步的改进，所述亲水低共熔溶剂是摩尔比为1:1:1的脯氨酸、苹果酸和柠檬酸的混合物，摩尔比为1:1:2的脯氨酸、苹果酸和葡萄糖的混合物，摩尔比为1:1的柠檬酸和果糖的混合物，摩尔比为1:1的柠檬酸和葡萄糖的混合物或摩尔比为1:1:1的氯化胆碱、脯氨酸和苹果酸的混合物。
进一步的改进，所述疏水低共熔溶剂是摩尔比为1:1:1的DL-薄荷醇、丙酮酸和乙酰丙酸的混合物或摩尔比为1:2:1的DL-薄荷醇、丙酮酸和乳酸的混合物。
进一步的改进，所述有机溶剂是体积比为3-5：1的甲醇与丙酮的混合液；优选地，疏水低共熔溶剂与有机溶剂的体积比为1:2-6。
本发明的有益效果如下：本发明提供的一种超声辅助亲水疏水双相系统制备微藻β-胡萝卜素的方法，采用超声辅助提取具有快速破碎微藻细胞的特点，加入亲水/疏水双相系统，加速不同有效成分传质过程，兼有分离和纯化同步完成的效果；且该方法具有提取时间短、效率高等优点；将疏水低共熔溶剂与有机溶剂混合可实现β-胡萝卜素有效萃取回收，达到获得β-胡萝卜素和实现低共熔溶剂循环利用的目的。
具体实施方式
实施例1
一种超声辅助亲水疏水双相系统制备微藻β-胡萝卜素的方法，该包括如下步骤：
1)取生长对数期的杜氏盐藻，经过滤后得到具有一定含水率的盐藻藻泥，盐藻藻泥的含水率为5％，按照固液比为1g:30mL的量加入由亲水低共熔溶剂和疏水低共熔溶剂组成的亲水/疏水双相系统中，亲水低共熔溶剂和疏水低共熔溶剂的体积比为0.5：1，其中，亲水低共熔溶剂是摩尔比为1:1:2脯氨酸、苹果酸和葡萄糖的混合物，疏水低共熔溶剂是摩尔比为1:2:1的DL-薄荷醇、丙酮酸和乳酸的混合物；在100W超声功率下提取5min，静置分相，收集含有β-胡萝卜素的疏水低共熔溶剂相；
2)将步骤1)得到的疏水低共熔溶剂相与有机溶剂按照体积比为1：2混合，其中，有机溶剂是体积比为3：1的甲醇和丙酮的混合液，充分混匀后，静置分相1.5h，收集含有β-胡萝卜素的有机溶剂相；
3)将步骤2)中含有β-胡萝卜素的有机溶剂相减压浓缩，得到β-胡萝卜素，β-胡萝卜素提取得率为117.04mg/g杜氏盐藻藻泥(干重)。
实施例2
一种超声辅助亲水疏水双相系统制备微藻β-胡萝卜素的方法，该方法包括如下步骤：
1)取生长对数期的螺旋藻，经过滤后得到具有一定含水率的螺旋藻藻泥，螺旋藻藻泥的含水量为6％，按照固液比为1g:50mL的量加入由亲水低共熔溶剂和疏水低共熔溶剂组成的亲水/疏水双相系统中，亲水低共熔溶剂和疏水低共熔溶剂的体积比为1：1，其中，亲水低共熔溶剂是摩尔比为1:1的柠檬酸和果糖的混合物，疏水低共熔溶剂是摩尔比为1:1:1的DL-薄荷醇、丙酮酸和乙酰丙酸的混合物；在300W超声功率下提取8min，静置分相，收集含有β-胡萝卜素的疏水低共熔溶剂相；
2)将步骤1)得到的疏水低共熔溶剂相与有机溶剂按照体积比为1：5混合，其中，有机溶剂是体积比为5：1的甲醇和丙酮的混合液，充分混匀后，静置分相1h，收集含有β-胡萝卜素的有机溶剂相；
3)将步骤2)中含有β-胡萝卜素的有机溶剂相减压浓缩，得到β-胡萝卜素，β-胡萝卜素提取得率为2.113mg/g螺旋藻藻泥(干重)。
实施例3
一种超声辅助亲水疏水双相系统制备微藻β-胡萝卜素的方法，该方法包括如下步骤：
1)取生长对数期的小球藻，经过滤后得到具有一定含水率的小球藻藻泥，小球藻藻泥的含水量为10％，按照固液比为1g:35mL的量加入由亲水低共熔溶剂和疏水低共熔溶剂组成的亲水/疏水双相系统中，亲水低共熔溶剂和疏水低共熔溶剂的体积比为0.7：1，其中，亲水低共熔溶剂是摩尔比为1:1:1的氯化胆碱、脯氨酸和苹果酸的混合物，疏水低共熔溶剂是摩尔比为1:1:1的DL-薄荷醇、丙酮酸和乙酰丙酸的混合物；在450W超声功率下提取10min，静置分相，收集含有β-胡萝卜素的疏水低共熔溶剂相；
2)将步骤1)得到的疏水低共熔溶剂相与有机溶剂按照体积比为1：2.5混合，其中，有机溶剂是体积比为3.5：1的甲醇和丙酮的混合液，充分混匀后，静置分相1h，收集含有β-胡萝卜素的有机溶剂相；
3)将步骤2)中含有β-胡萝卜素的有机溶剂相减压浓缩，得到β-胡萝卜素，β-胡萝卜素提取得率为7.04mg/g小球藻藻泥(干重)。
实施例4
一种超声辅助亲水疏水双相系统制备微藻β-胡萝卜素的方法，该方法包括如下步骤：
1)取生长对数期的杜氏盐藻，经过滤后得到具有一定含水率的盐藻藻泥，盐藻藻泥的含水率为7％，按照固液比为1g:20mL的量加入由亲水低共熔溶剂和疏水低共熔溶剂组成的亲水/疏水双相系统中，亲水低共熔溶剂和疏水低共熔溶剂的体积比为0.3：1，其中，亲水低共熔溶剂是摩尔比为1:1:1的脯氨酸、苹果酸和柠檬酸的混合物，疏水低共熔溶剂是摩尔比为1:2:1的DL-薄荷醇、丙酮酸和乳酸的混合物；在600W超声功率下提取3min，静置分相，收集含有β-胡萝卜素的疏水低共熔溶剂相；
2)将步骤1)得到的疏水低共熔溶剂相与有机溶剂按照体积比为1：3混合，其中，有机溶剂是体积比为4：1的甲醇和丙酮的混合液，充分混匀后，静置分相1.5h，收集含有β-胡萝卜素的有机溶剂相；
3)将步骤2)中含有β-胡萝卜素的有机溶剂相减压浓缩，得到β-胡萝卜素，β-胡萝卜素提取得率为118.21mg/g杜氏盐藻藻泥(干重)。
实施例5
一种超声辅助亲水疏水双相系统制备微藻β-胡萝卜素的方法，该包括如下步骤：
1)取生长对数期的螺旋藻，经过滤后得到具有一定含水率的螺旋藻藻泥，螺旋藻藻泥的含水量为5％，按照固液比为1g:40mL的量加入由亲水低共熔溶剂和疏水低共熔溶剂组成的亲水/疏水双相系统中，亲水低共熔溶剂和疏水低共熔溶剂的体积比为0.6：1，其中，亲水低共熔溶剂是摩尔比为1:1的柠檬酸和葡萄糖的混合物，疏水低共熔溶剂是摩尔比为1:1:1的DL-薄荷醇、丙酮酸和乙酰丙酸的混合物；在200W超声功率下提取6min，静置分相，收集含有β-胡萝卜素的疏水低共熔溶剂相；
2)将步骤1)得到的疏水低共熔溶剂相与有机溶剂按照体积比为1：4混合，其中，有机溶剂是体积比为4.5：1的甲醇和丙酮的混合液，充分混匀后，静置分相1.2h，收集含有β-胡萝卜素的有机溶剂相；
3)将步骤2)中含有β-胡萝卜素的有机溶剂相减压浓缩，得到β-胡萝卜素，β-胡萝卜素提取得率为2.09mg/g螺旋藻藻泥(干重)。
实施例6
一种超声辅助亲水疏水双相系统制备微藻β-胡萝卜素的方法，该包括如下步骤：
1)取生长对数期的小球藻，经过滤后得到具有一定含水率的小球藻藻泥，小球藻藻泥的含水量为9％，按照固液比为1g:40mL的量加入由亲水低共熔溶剂和疏水低共熔溶剂组成的亲水/疏水双相系统中，亲水低共熔溶剂和疏水低共熔溶剂的体积比为0.7：1，其中，亲水低共熔溶剂是摩尔比为1:1:1的氯化胆碱、脯氨酸和苹果酸的混合物，疏水低共熔溶剂是摩尔比为1:2:1的DL-薄荷醇、丙酮酸和乳酸的混合物；在300W超声功率下提取7min，静置分相，收集含有β-胡萝卜素的疏水低共熔溶剂相；
2)将步骤1)得到的疏水低共熔溶剂相与有机溶剂按照体积比为1：3混合，其中，有机溶剂是体积比为3.5：1的甲醇和丙酮的混合液，充分混匀后，静置分相1.5h，收集含有β-胡萝卜素的有机溶剂相；
3)将步骤2)中含有β-胡萝卜素的有机溶剂相减压浓缩，得到β-胡萝卜素，β-胡萝卜素提取得率为6.92mg/g小球藻藻泥(干重)。
实施例7
一种超声辅助亲水疏水双相系统制备微藻β-胡萝卜素的方法，该包括如下步骤：
1)取生长对数期的杜氏盐藻，经过滤后得到具有一定含水率的盐藻藻泥，盐藻藻泥的含水率为5％，按照固液比为1g:35mL的量加入由亲水低共熔溶剂和疏水低共熔溶剂组成的亲水/疏水双相系统中，亲水低共熔溶剂和疏水低共熔溶剂的体积比为1.2：1，其中，亲水低共熔溶剂是摩尔比为1:2:1的氯化胆碱、甘油和草酸的混合物，疏水低共熔溶剂是摩尔比为1:1的DL-薄荷醇和丙酮酸的混合物；在450W超声功率下提取10min，静置分相，收集含有β-胡萝卜素的疏水低共熔溶剂相；
2)将步骤1)得到的疏水低共熔溶剂相与有机溶剂按照体积比为1：1混合，其中，有机溶剂是体积比为3.5：1的甲醇和丙酮的混合液，充分混匀后，静置分相1h，收集含有β-胡萝卜素的有机溶剂相；
3)将步骤2)中含有β-胡萝卜素的有机溶剂相减压浓缩，得到β-胡萝卜素，β-胡萝卜素提取得率为82.64mg/g杜氏盐藻藻泥(干重)。
实施例8
一种超声辅助亲水疏水双相系统制备微藻β-胡萝卜素的方法，该包括如下步骤：
1)取生长对数期的螺旋藻，经过滤后得到具有一定含水率的螺旋藻藻泥，螺旋藻藻泥的含水量为6％，按照固液比为1g:35mL的量加入由亲水低共熔溶剂和疏水低共熔溶剂组成的亲水/疏水双相系统中，亲水低共熔溶剂和疏水低共熔溶剂的体积比为0.2：1，其中，亲水低共熔溶剂是摩尔比为1:1的柠檬酸和山梨糖的混合物，疏水低共熔溶剂是摩尔比为1:1:1的DL-薄荷醇、乳酸和乙酰丙酸的混合物；在450W超声功率下提取10min，静置分相，收集含有β-胡萝卜素的疏水低共熔溶剂相；
2)将步骤1)得到的疏水低共熔溶剂相与有机溶剂按照体积比为1：2.5混合，其中，有机溶剂是体积比为3.5：1的甲醇和乙醇的混合液，充分混匀后，静置分相1h，收集含有β-胡萝卜素的有机溶剂相；
3)将步骤2)中含有β-胡萝卜素的有机溶剂相减压浓缩，得到β-胡萝卜素，β-胡萝卜素提取得率为1.266mg/g螺旋藻藻泥(干重)。
实施例9
一种超声辅助亲水疏水双相系统制备微藻β-胡萝卜素的方法，该包括如下步骤：
1)取生长对数期的小球藻，经过滤后得到具有一定含水率的小球藻藻泥，小球藻藻泥的含水量为10％，按照固液比为1g:35mL的量加入由亲水低共熔溶剂和疏水低共熔溶剂组成的亲水/疏水双相系统中，亲水低共熔溶剂和疏水低共熔溶剂的体积比为0.7：1，其中，亲水低共熔溶剂是摩尔比为1:2:1的氯化胆碱、脯氨酸和苹果酸的混合物，疏水低共熔溶剂是摩尔比为1:2的DL-薄荷醇和乳酸的混合物；在450W超声功率下提取10min，静置分相，收集含有β-胡萝卜素的疏水低共熔溶剂相；
2)将步骤1)得到的疏水低共熔溶剂相与有机溶剂按照体积比为1：7混合，其中，有机溶剂是甲醇，充分混匀后，静置分相1h，收集含有β-胡萝卜素的有机溶剂相；
3)将步骤2)中含有β-胡萝卜素的有机溶剂相减压浓缩，得到β-胡萝卜素，β-胡萝卜素提取得率为4.11mg/g小球藻藻泥(干重)。
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 (9)
1.一种超声辅助亲水疏水双相系统制备微藻β-胡萝卜素的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
1)将具有一定含水率的微藻藻泥加入由亲水低共熔溶剂和疏水低共熔溶剂组成的亲水/疏水双相系统中，超声提取，静置分相，收集含有β-胡萝卜素的疏水低共熔溶剂相；
2)将步骤1)得到的疏水低共熔溶剂相与有机溶剂混合，充分混匀后，静置分相，收集含有β-胡萝卜素的有机溶剂相；
3)将步骤2)中含有β-胡萝卜素的有机溶剂相减压浓缩，得到β-胡萝卜素。
2.如权利要求1所述的超声辅助亲水疏水双相系统制备微藻β-胡萝卜素的方法，其特征在于，所述微藻选自螺旋藻、盐藻或小球藻。
3.如权利要求1所述的超声辅助亲水疏水双相系统制备微藻β-胡萝卜素的方法，其特征在于，微藻藻泥与亲水/疏水双相系统固液比为1g:20-50mL，优选为1g:35mL。
4.如权利要求3所述的超声辅助亲水疏水双相系统制备微藻β-胡萝卜素的方法，其特征在于，所述微藻藻泥的含水率为5-10％。
5.如权利要求1所述的超声辅助亲水疏水双相系统制备微藻β-胡萝卜素的方法，其特征在于，所述超声提取的工艺如下：超声功率为100-600W；提取时间为1-10min。
6.如权利要求1所述的超声辅助亲水疏水双相系统制备微藻β-胡萝卜素的方法，其特征在于，亲水低共熔溶剂与疏水低共熔溶剂的体积比为0.3-1：1；优选地，静置分相的时间为1-1.5h。
7.如权利要求6所述的超声辅助亲水疏水双相系统制备微藻β-胡萝卜素的方法，其特征在于，所述亲水低共熔溶剂是摩尔比为1:1:1的脯氨酸、苹果酸和柠檬酸的混合物，摩尔比为1:1:2的脯氨酸、苹果酸和葡萄糖的混合物，摩尔比为1:1的柠檬酸和果糖的混合物，摩尔比为1:1的柠檬酸和葡萄糖的混合物或摩尔比为1:1:1的氯化胆碱、脯氨酸和苹果酸的混合物。
8.如权利要求6所述的超声辅助亲水疏水双相系统制备微藻β-胡萝卜素的方法，其特征在于，所述疏水低共熔溶剂是摩尔比为1:1:1的DL-薄荷醇、丙酮酸和乙酰丙酸的混合物或摩尔比为1:2:1的DL-薄荷醇、丙酮酸和乳酸的混合物。
9.如权利要求1所述的超声辅助亲水疏水双相系统制备微藻β-胡萝卜素的方法，其特征在于，所述有机溶剂是体积比为3-5：1的甲醇与丙酮的混合液；优选地，疏水低共熔溶剂与有机溶剂的体积比为1:2-6。
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