CN111875528B - 雨生红球藻制取虾青素油的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种雨生红球藻制取虾青素油的方法，特别是以雨生红球藻为原料采用酒精浸提并纯化制取虾青素油的方法，包含如下步骤：A)取雨生红球藻，投入稀酸溶液中，搅拌破壁，加碳酸钙中和，压滤得破壁雨生红球藻饼；B)取破壁雨生红球藻饼，投入酒精中，搅拌浸提，离心分离得浸提液；C)取浸提液，减压蒸馏，得虾青素油原油；D)取虾青素油原油，投入酒精中，搅拌分散，沉降分离得下层虾青素油，减压脱溶得虾青素油成品。本发明不仅破壁率高、虾青素回收率高，有效地脱除了虾青素中叶绿素及其他β‑类胡萝卜素的干扰，有效降低虾青素油的酸价及石油醚不溶物、重金属砷的含量，且大幅提高虾青素油中虾青素的含量。

Description

雨生红球藻制取虾青素油的方法

技术领域

本发明涉及制取虾青素的方法，特别是以雨生红球藻为原料采用酒精浸提并纯化制取虾青素油的方法，属于β-类胡萝卜素技术领域。

背景技术

虾青素是一种脂溶性β-类胡萝卜素，具有极强的清除自由基和猝灭活性氧的活性，以及良好的着色性能，在食品、水产养殖、医药和化妆品等行业具有广阔的应用。

雨生红球藻是目前最重要的天然虾青素来源，其厚壁孢子中虾青素含量最高达到细胞干重的7％，因此利用雨生红球藻生产虾青素具有巨大的效益。

雨生红球藻中虾青素以酯化状态存在，与雨生红球藻藻油共存，通常雨生红球藻脂溶性提取物为虾青素酯与藻油的混合物，因富含虾青素而称为虾青素油。

从雨生红球藻中提取虾青素油，一般分为三个步骤：破壁、提取和纯化。

雨生红球藻常见的破壁方法有单纯的物理、化学、生物的方法或者它们结合的方法。

常见的物理方法如低温研磨、高压匀浆、冻融、超声、微波等，常见的化学方法如酸解、碱解等，常见的生物方法如酶解等，它们间结合的方法如酶解——研磨、酶解——高压匀浆、酸解——高压匀浆等。其中热酸破壁法因简单高效、操作方便、能耗低、质量可控，雨生红球藻的破壁率可达95％以上，而备受业界的关注。如中国专利CN 103232375 B公开了一种雨生红球藻中虾青素的提取方法，将干燥雨生红球藻与含酸酸性水溶液混合，在60～80℃搅拌破壁20～50min，调pH至中性，过滤去掉滤液，得含水破壁雨生红球藻。所述“调PH至中性”为“缓慢滴加10％NaOH水溶液并不断搅拌，调pH值至中性”。中国专利申请CN108863882 A公开了一种采用雨生红球藻提取虾青素的方法，取雨生红球藻粉，加入磺酸，然后一起送入高压反应釜中，在40-50Mpa、6-10℃下处理20-30min，出料，获得混合物A；将混合物A投入至研磨机中，研磨处理50-60min，出料，获得混合物B；向将混合物B中加入碱液，调节pH为7.0-7.5，然后送入超声波处理器中，超声处理40-45min，滤过，取滤饼，将滤饼水洗2-3次，获得混合物C。所述碱液为浓度20％的氢氧化钠溶液。破壁后雨生红球藻浆为乳状液，用“NaOH水溶液”中和后，极难过滤。中国专利申请CN 103880725 A公开了一种从雨生红球藻中萃取虾青素的方法，取新鲜湿藻泥，加2倍质量比3mol/L的HCl，搅拌均匀，50℃，搅拌3min，搅拌速度每分钟180次，再迅速冷却，离心洗涤后取藻体。该方法雨生红球藻酸热破壁后未中和，而采取“迅速冷却，离心洗涤后取藻体”。显然，破壁后雨生红球藻浆为乳状液，不中和，也是极难过滤的，且虾青素在酸性溶液不稳定，降解较大。中国专利CN 105254550B公开了一种从雨生红球藻中提取分离虾青素的方法，同样采用盐酸破壁，也未中和。中国专利CN 107011225 B雨生红球藻破壁及虾青素提取方法，将雨生红球藻粉与浓硫酸-醇体系混合均匀，在30～70℃条件下搅拌，破壁达到一预定时长，得到含破壁雨生红球藻的醇溶液；其中，所述的浓硫酸-醇体系中，浓硫酸的含量为1-10％体积分数；雨生红球藻粉与浓硫酸-醇体系的料液比为1:5～10(g/mL)。该方法破壁后雨生红球藻浆也不中和，而是加入萃取溶剂，在30～70℃条件搅拌提取。该方法引入双有机溶剂体系，溶剂回收——分离——利用工艺将变得更为复杂。

虾青素油常见的提取方法有溶剂萃取、亚临界提取、超临界提取、双水相提取等。

溶剂萃取尤其是乙醇萃取应用更为广泛。如中国专利申请CN 103880725 A公开了一种从雨生红球藻中萃取虾青素的方法，破碎的孢子体中加2倍乙醇，低温10℃，震荡5min，离心，回收乙醇，反复2次，二次的乙醇合并，低温真空浓缩，乙醇挥发回收，留下的物质即为虾青素。中国专利CN103232375B公开了一种雨生红球藻中虾青素的提取方法，将含水破壁雨生红球藻与乙醇溶液混合，在10～30℃搅拌脱水30min，过滤去掉滤液，得破壁雨生红球藻；破壁雨生红球藻用有机溶剂搅拌提取，过滤，滤液浓缩，回收溶剂，得虾青素提取物。然而，破壁雨生红球藻饼用乙醇脱水，低浓度乙醇脱水效果不佳，高浓度乙醇脱水，易浸出虾青素酯，降低雨生红球藻虾青素的回收率。

虾青素油常见的纯化方法有高效液相色谱法、高速逆流色谱法、大孔吸附树脂法、层析色谱柱法、CO2超临界萃取法、溶剂冬化结晶法等。

中国专利CN 105418472 B公开了一种利用溶剂分级冷却结晶制备虾青素单酯和虾青素双酯的方法，将虾青素酯粗提物加入到无水乙醇中，在50～70℃条件下搅拌，至充分溶解，然后将上述溶液体系置于35～38℃条件下静止放置1～6h，然后经离心或过滤，收集清液；将收集得到的清液或滤液置于18～28℃条件下静止放置1～6h，然后经离心或过滤，收集析出物；将得到的析出物用乙醇溶液洗涤，然后对析出物进行干燥，得到虾青素双酯；将上述步骤得到的离心清液或滤液置于4～15℃条件下，静止后进行离心或过滤，收集析出物和滤液；再将收集得到的析出物用乙醇溶液进行洗涤，然后经干燥得到虾青素单酯。

中国专利申请CN 108516947 A公开了一种精制天然虾青素(油)的方法，取天然虾青素(油)粗提物，加入有机溶剂，在惰性气体保护下加热使天然虾青素(油)粗提物溶解于有机溶剂中；将含天然虾青素(油)粗提物的溶液，放置于一定温度环境中沉降一定时间；采用离心或过滤，将沉淀和上清液进行固液分离；用有机溶剂洗出沉淀，减压浓缩，得到虾青素(油)，即为精制的高含量虾青素(油)，为暗红色粘稠油状物质。

上述虾青素油粗提物溶剂冬化结晶法纯化方案需要制冷，过程冷热交替，能耗较大，且虾青素回收率偏低。

中国专利申请CN 110483358 A公开了一种雨生红球藻破壁-提取-纯化的系统方法，将干燥雨生红球藻放入行星式球磨机中，加入助磨剂β-环糊精以及研磨球，球磨成粉末，加入提取溶剂超声辅助提取，所得提取液通过浓缩除去溶剂，得到虾青素粗品，粗品经柱色谱分离纯化得到虾青素；其中，所述的提取溶剂为水，或水与乙醇的混合溶剂。粗品经柱色谱分离纯化得到虾青素，柱层析填料为二氧化硅，ODS，大孔树脂或Sephadex凝胶；优选为二氧化硅或ODS。柱层析系统吸附、洗脱、再生所需有机溶剂较多，工艺复杂。且生产效率低下。

发明内容

针对现有技术的不足或缺陷，本发明要解决的技术问题是：提供以雨生红球藻为原料采用酒精浸提并纯化制取虾青素油的系统方法

针对本发明要解决的技术问题，本发明提供的技术方案为：

雨生红球藻制取虾青素油的方法，包含如下步骤：A)取雨生红球藻，投入稀酸溶液中，搅拌破壁，加碳酸钙中和，压滤得破壁雨生红球藻饼；B)取破壁雨生红球藻饼，投入酒精中，搅拌浸提，离心分离得浸提液；C)取浸提液，减压蒸馏，得虾青素油原油；D)取虾青素油原油，投入酒精中，搅拌分散，沉降分离得下层虾青素油，减压脱溶得虾青素油成品。

步骤D中酒精乙醇质量百分数优选为50％～85％。

步骤D中虾青素原油与酒精的质量比进一步优选为1:3～10。

步骤D中虾青素原油投入酒精中，搅拌分散及沉降过程维持分散液温度进一步优选为50℃～65℃。

步骤D中虾青素原油投入酒精中，进一步优选，搅拌分散时间为40min～60min，沉降时间为2.0h～4.0h。

进一步优选，步骤D中虾青素原油投入酒精中，搅拌分散，沉降分离，用下层虾青素油代替虾青素原油，重复1～2次。

步骤A中所述稀酸溶液优选为硫酸稀溶液、磷酸稀溶液中的一种或二者的混合液。

进一步优选，步骤A中稀酸溶液物质的量浓度为1.5mol/L～2.5mol/L，藻浆中雨生红球藻以干基计质量百分数为18％～22％，破壁温度为65℃～75℃，破壁时间为25min～60min，中和终点为PH6.0～6.5。

优选地，步骤B中所述浸提由三段组成，一段为常温浸提，其余两段为加热浸提，常温浸提离心分离得常温浸提液，加热浸提离心分离得热提浸提液。

进一步优选，步骤B中常温浸提用酒精乙醇质量百分数为80％～90％，温度为25℃～35℃，时间为15min～30min，加热浸提用上段浸提工序滤饼代替破壁雨生红球藻饼，所用酒精乙醇质量百分数为95％～98％，温度为55℃～65℃，时间为45min～60min，常温浸提与加热浸提料液质量百分均为15:1。

与现有技术相比，本发明雨生红球藻不仅破壁率高、虾青素回收率高，且取得显著的有益效果：

1)采用碳酸钙中和雨生红球藻鲜藻热酸破壁藻浆，与硫酸或/和磷酸反应产生的不溶性钙盐或过量的碳酸钙，可作为助滤剂，提高了雨生红球藻破壁藻浆的过滤速率，产生的雨生红球藻藻浆滤饼含水率低，可有效地脱除了虾青素中叶绿素及其他β-类胡萝卜素的干扰。

2)提取的虾青素原油，投入酒精中搅拌分散——沉降分离——减压脱水得虾青素油，该处理过程不仅可有效降低虾青素油的酸价及石油醚不溶物、重金属砷的含量，且可提高虾青素油中虾青素的含量。

3)破壁雨生红球藻饼浸提由三段组成，一段为常温浸提，其余两段为加热浸提，常温浸提离心分离得常温浸提液，加热浸提离心分离得热提浸提液，浸提液均经减压蒸馏得虾青素油原油，大幅提高虾青素回收率。

附图说明

图1雨生红球藻制取虾青素油方法工艺流程图

具体实施方式

下面结合优选方案的实施例对本发明的作进一步的详细说明，以使本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

下述实施例中，如无特殊说明，所使用的实验方法均为常规方法，所用材料、试剂、食品助剂等均可从市场上购买。

本发明所用雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)，购自云南爱尔发生物技术股份有限公司。

例1

取雨生红球藻鲜藻180kg，含水质量百分数55％，折合雨生红球藻干基81.0kg，虾青素质量百分数4.54％，投入270kg 1.5mol/L的稀硫酸溶液中，藻浆中雨生红球藻以干基计质量百分数为18.0％，搅拌浆化，加热升温至65℃并维持该温度，继续搅拌破壁，破壁25min，加22.0kg碳酸钙中和，中和终点为PH6.0，转入板框压滤机压滤得201.6kg破壁雨生红球藻饼，过滤速率0.15m3/(m2 h)，取样检测，雨生红球藻破壁饼含水质量百分数37.5％，破壁率99.2％，虾青素质量百分数2.70％，虾青素回收率92.5％。

取200kg破壁雨生红球藻饼，投入3000kg酒精中，藻浆中乙醇质量百分数80％，搅拌浆化，浸提，温度25℃，30min后离心分离，得常温浸提液。滤饼投入3000L酒精中，藻浆中乙醇质量百分数95％，搅拌浆化，浸提，温度55℃，60min后离心分离，得热提浸提液，重复一次，合并热提浸提液。

常温浸提液减压蒸馏，得8.0kg常温虾青素油原油；热提浸提液减压蒸馏，得21.0kg热提虾青素油原油。虾青素原油薄层层析，未见叶绿素及其他β-类胡萝卜素色带，仅存游离虾青素、虾青素单酯、虾青素双酯色带。

取8.0kg常温虾青素油原油，投入80k乙醇质量分数50％的酒精中，虾青素原油与酒精的质量比为1:10，搅拌分散，加热至50℃，维持40min，停止搅拌，自然沉降2.0h，分离得下层虾青素油。用下层虾青素油代替虾青素原油，重复操作2次，减压脱溶得4.0kg虾青素油成品。

取21.0kg热提虾青素油原油，投入63k乙醇质量分数85％的酒精中，虾青素原油与酒精的质量比为1:3，搅拌分散，加热至65℃，维持60min，停止搅拌，自然沉降4.0h，分离得下层虾青素油。用下层虾青素油代替虾青素原油，重复操作1次，减压脱溶得20.5kg虾青素油成品。

合并常温虾青素原油及热提虾青素原油，得24.5kg虾青素成品油，虾青素百分数13.43％，酸价2.1mg/g，石油醚不溶物质量百分数0.3％，重金属砷0.3mg/kg，虾青素97.49％，累计回收率90.18％。

例2

取雨生红球藻鲜藻170kg，含水质量百分数53％，折合雨生红球藻干基79.9kg，虾青素质量百分数4.14％，投入193kg 2.5mol/L的稀磷酸溶液中，藻浆中雨生红球藻以干基计质量百分数为22.0％，搅拌浆化，加热升温至75℃并维持该温度，继续搅拌破壁，破壁60min，加23.0kg碳酸钙中和，中和终点为PH6.5，转入板框压滤机压滤得203.3kg破壁雨生红球藻饼，过滤速率0.17m3/(m2 h)，取样检测，雨生红球藻破壁饼含水质量百分数38.5％，破壁率99.5％，虾青素质量百分数2.45％，虾青素回收率92.5％。

取200kg破壁雨生红球藻饼，投入3000kg酒精中，藻浆中乙醇质量百分数90％，搅拌浆化，浸提，温度35℃，15min后离心分离，得常温浸提液。滤饼投入3000L酒精中，藻浆中乙醇质量百分数98％，搅拌浆化，浸提，温度65℃，45min后离心分离，得热提浸提液，重复一次，合并热提浸提液。

常温浸提液减压蒸馏，得8.0kg常温虾青素油原油；热提浸提液减压蒸馏，得21.0kg热提虾青素油原油。虾青素原油薄层层析，未见叶绿素及其他β-类胡萝卜素色带，仅存游离虾青素、虾青素单酯、虾青素双酯色带。

取8.0kg常温虾青素油原油，投入80k乙醇质量分数50％的酒精中，虾青素原油与酒精的质量比为1:10，搅拌分散，加热至50℃，维持40min，停止搅拌，自然沉降2.0h，分离得下层虾青素油。用下层虾青素油代替虾青素原油，重复操作2次，减压脱溶得3.95kg虾青素油成品。

取21.0kg热提虾青素油原油，投入63k乙醇质量分数85％的酒精中，虾青素原油与酒精的质量比为1:3，搅拌分散，加热至65℃，维持60min，停止搅拌，自然沉降4.0h，分离得下层虾青素油。用下层虾青素油代替虾青素原油，重复操作1次，减压脱溶得20.0kg虾青素油成品。

合并常温虾青素原油及热提虾青素原油，得23.95kg虾青素成品油，虾青素百分数12.14％，酸价2.0mg/g，石油醚不溶物质量百分数0.2％，重金属砷0.2mg/kg，虾青素96.48％，累计回收率89.24％。

例3

取雨生红球藻鲜藻188kg，含水质量百分数56％，折合雨生红球藻干基80.84kg，虾青素质量百分数4.36％，投入216kg 2.0mol/L的稀硫-磷混酸(硫酸与磷酸质量比为1:1)溶液中，藻浆中雨生红球藻以干基计质量百分数为20.0％，搅拌浆化，加热升温至70℃并维持该温度，继续搅拌破壁，破壁40min，加22.0kg碳酸钙中和，中和终点为PH6.2，转入板框压滤机压滤得203.5kg破壁雨生红球藻饼，过滤速率0.18m3/(m2 h)，取样检测，雨生红球藻破壁饼含水质量百分数36.5％，破壁率99.5％，虾青素质量百分数2.55％，虾青素回收率93.5％。

取200kg破壁雨生红球藻饼，投入3000kg酒精中，藻浆中乙醇质量百分数75％，搅拌浆化，浸提，温度30℃，20min后离心分离，得常温浸提液。滤饼投入3000L酒精中，藻浆中乙醇质量百分数96.5％，搅拌浆化，浸提，温度60℃，50min后离心分离，得热提浸提液，重复一次，合并热提浸提液。

常温浸提液减压蒸馏，得8.0kg常温虾青素油原油；热提浸提液减压蒸馏，得21.0kg热提虾青素油原油。虾青素原油薄层层析，未见叶绿素及其他β-类胡萝卜素色带，仅存游离虾青素、虾青素单酯、虾青素双酯色带。

取8.0kg常温虾青素油原油，投入80k乙醇质量分数50％的酒精中，虾青素原油与酒精的质量比为1:10，搅拌分散，加热至50℃，维持40min，停止搅拌，自然沉降2.0h，分离得下层虾青素油。用下层虾青素油代替虾青素原油，重复操作2次，减压脱溶得4.2kg虾青素油成品。

取21.0kg热提虾青素油原油，投入63k乙醇质量分数85％的酒精中，虾青素原油与酒精的质量比为1:3，搅拌分散，加热至65℃，维持60min，停止搅拌，自然沉降4.0h，分离得下层虾青素油。用下层虾青素油代替虾青素原油，重复操作1次，减压脱溶得20.0kg虾青素油成品。

合并常温虾青素原油及热提虾青素原油，得24.2kg虾青素成品油，虾青素百分数12.91％，酸价2.1mg/g，石油醚不溶物质量百分数0.2％，重金属砷0.2mg/kg，虾青素96.5％，累计回收率89.24％。

对比试验

取雨生红球藻鲜藻170kg，含水质量百分数53.5％，折合雨生红球藻干基80.75kg，虾青素质量百分数4.40％，投入233.8kg 2.0mol/L的稀硫酸混酸溶液中，藻浆中雨生红球藻以干基计质量百分数为20.0％，搅拌浆化，加热升温至70℃并维持该温度，继续搅拌破壁，破壁40min，加230kg10％氢氧化钠溶液中和，中和终点为PH7.2，过滤，无法过滤，加56kg珍珠岩，转入板框压滤机压滤得410kg破壁雨生红球藻饼，过滤速率0.07m3/(m2 h)，取样检测，雨生红球藻破壁饼含水质量百分数65.5％，破壁率92.5％，虾青素质量百分数2.05％，虾青素回收率83.98％。

取410kg破壁雨生红球藻饼，投入4100kg酒精中，藻浆中乙醇质量百分数75％，搅拌浆化，温度30℃，15min后离心分离，滤液回收酒精，滤饼投入4100L酒精中，藻浆中乙醇质量百分数96.5％，搅拌浆化，浸提，温度60℃，60min后离心分离，得浸提液，重复一次，合并浸提液，减压蒸馏，得虾青素油32.3kg，虾青素百分数7.90％，酸价5.6mg/g，石油醚不溶物质量百分数5.0％，重金属砷0.8mg/kg，虾青素85.6％，累计回收率71.90％。

Claims (8)

1.雨生红球藻制取虾青素油的方法，其特征在于所述方法包含如下步骤：A)取雨生红球藻，投入稀酸溶液中，搅拌破壁，加碳酸钙中和，压滤得破壁雨生红球藻饼；B)取破壁雨生红球藻饼，投入酒精中，搅拌浸提，离心分离得浸提液；C)取浸提液，减压蒸馏，得虾青素油原油；D)取虾青素油原油，投入酒精中，搅拌分散，沉降分离得下层虾青素油，减压脱溶得虾青素油成品；

其中，步骤B中所述浸提由三段组成，一段为常温浸提，其余两段为加热浸提，常温浸提离心分离得常温浸提液，加热浸提离心分离得热提浸提液；

常温浸提用酒精乙醇质量百分数为80％～90％，温度为25℃～35℃，时间为15min～30min，加热浸提用上段浸提工序滤饼代替破壁雨生红球藻饼，所用酒精乙醇质量百分数为95％～98％，温度为55℃～65℃，时间为45min～60min，常温浸提与加热浸提料液质量百分均为15:1。

2.根据权利要求1所述雨生红球藻制取虾青素油的方法，其特征在于步骤D中酒精乙醇质量百分数为50％～85％。

3.根据权利要求1所述雨生红球藻制取虾青素油的方法，其特征在于步骤D中虾青素原油与酒精的质量比为1:3～10。

4.根据权利要求1所述雨生红球藻制取虾青素油的方法，其特征在于步骤D中虾青素原油投入酒精中，搅拌分散及沉降过程维持分散液温度为50℃～65℃。

5.根据权利要求1所述雨生红球藻制取虾青素油的方法，其特征在于步骤D中虾青素原油投入酒精中，搅拌分散时间为40min～60min，沉降时间为2.0h～4.0h。

6.根据权利要求1所述雨生红球藻制取虾青素油的方法，其特征在于步骤D中虾青素原油投入酒精中，搅拌分散，沉降分离，用下层虾青素油代替虾青素原油，重复1～2次。

7.根据权利要求1至6所述任一雨生红球藻制取虾青素油的方法，其特征在于步骤A中所述稀酸溶液为硫酸稀溶液、磷酸稀溶液中的一种或二者的混合液。

8.根据权利要求7所述雨生红球藻制取虾青素油的方法，其特征在于步骤A中稀酸溶液物质的量浓度为1.5mol/L～2.5mol/L，藻浆中雨生红球藻以干基计质量百分数为18％～22％，破壁温度为65℃～75℃，破壁时间为25min～60min，中和终点为PH6.0～6.5。

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