CN116042402A - 一种微生物细胞质大分子提取物的生产工艺 - Google Patents

一种微生物细胞质大分子提取物的生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公布了一种微生物细胞质大分子提取物的生产工艺，本发明以微生物为原料，采用低温破壁方法对微生物细胞壁进行破坏，通过破壁可以使微生物细胞质中的可溶物质被释放出来，然后利用分离除去破壁混合液中的固体物质得到微生物细胞质中的可溶物质，再利用微滤除去可溶物质中的包含有颜色、气味和无机盐的中、小分子物质，得到浓缩的大分子物质，通过反复加水稀释再到过滤浓缩的过程达到进一步除去中、小分子物质的目的，得到纯净的无色、无味、无盐的细胞质大分子提取物，在整个生产过程中，始终保持低温，且不添加其它化学物质和酶，保证了所得到的微生物细胞质大分子提取物保持原有的生物活性。

Description

一种微生物细胞质大分子提取物的生产工艺
技术领域
本发明属于生物技术领域，更具体涉及一种微生物细胞质大分子提取物的生产工艺。
背景技术
细胞质是细胞质膜包围的除核区外的一切半透明、胶状、颗粒状物质的总称。含水量约80%。细胞质的主要成分为核糖体、贮藏物、多种酶类和中间代谢物、各种营养物和大分子的单体等，细胞质包括基质、细胞器和包含物。
细胞质基质（cytoplasmic matrix）又称胞质溶胶，是细胞质中均质而半透明的胶体部分，充填于其它有形结构之间，细胞质基质约占细胞总体积55%，其中存在几千种酶，大多数中间代谢（包括糖酵解、糖原异生作用以及糖、脂肪酸、核苷酸和氨基酸的合成）都是在细胞质基质中进行的。细胞质基质内约20%是蛋白质，细胞质基质的化学组成可按其相对分子质量大小分为三类，即小分子、中等分子和大分子。小分子包括水、无机离子及小分子有机物单体等；中等分子的有脂类、寡糖类、寡肽、核苷酸的衍生物等；大分子则包括蛋白质、脂肪及脂蛋白、多糖和RNA等。
细胞器是分布于细胞质内、具有一定形态、在细胞生理活动中起重要作用的结构。它包括：线粒体、内质网、内网器、高尔基体、溶酶体、微丝、微管、中心粒、核糖体等，化学组分主要包括水、蛋白质和脂质，此外还含有少量的辅酶等小分子及核酸。
包含物是细胞质中本身没有代谢活性，却有特定形态的结构。有的是贮存的能源物质，如糖原颗粒、脂滴；有的是细胞产物，如分泌颗粒、黑素颗粒；残余体也可视为包含物。
从以上对微生物细胞质所含物质的介绍可以得出，细胞质中的可溶物质主要包括蛋白类、脂类、糖类、核酸类及无机物。
蛋白类包括大分子蛋白、小分子蛋白、多肽、寡肽及氨基酸。
脂类包括大分子和小分子脂肪及类脂、甘油、脂肪酸等。
糖类包括多糖、寡糖及单糖等。
从以上对细胞质内可溶物质的分析可以知道，细胞质内包括了大分子物质、中分子物质和小分子物质，它们的组成是不同的，其作用也各不相同，若使它们在应用时能充分发挥其作用，特别是应用在化妆品领域时，把它们分开，使它们能真正的发挥其应有的作用，而且细胞质中、小分子物质中包括了颜色和气味物质及无机盐，这些物质都会影响到化妆品的质量，所以在应用到化妆品领域时，必须除去。
细胞质大分子物质主要包括蛋白质、脂肪及类脂、脂蛋白、多糖和RNA等具有生物活性的可溶性大分子物质，它们不仅对人体健康有非常多的好处，对人类的皮肤的保护、修复以至于治疗都具有多种功能，细胞质大分子中的可溶物质为皮肤细胞提供了其生长所需要的具有生物活性的大分子营养物质，如大量的生长所需要的酶等，促使皮肤细胞在最佳的生长状态，保证皮肤细胞旺盛的新陈代谢，从而使皮肤保持健康状态，它们在化妆品中的主要作用是保湿、抗氧化、抑制黑色素的生成、美白、改善皮肤状态、改善皮肤粗糙度等功能，所以微生物细胞质大分子提取物在化妆品中的应用中起到重要作用。
微生物在发酵培养过程中，其微生物细胞质会存在黄色或黄棕色物质、带有特殊气味的物质及大量的无机盐，如果采用传统的破壁技术，如自溶（autolysis）和酶解(enzymes hydrolysis) 的方法，还会破坏微生物细胞质大分子物质的生物活性。
颜色会造成皮肤的色素沉着，而气味会使生产的化妆品产生令人不愉快的感觉，所以颜色和气味会严重影响所生产的化妆品质量，皮肤长期接触无机盐，对皮肤会产生刺激作用，特别是盐分浓度过高，会产生腐蚀作用，造成皮肤过敏，出现红斑、丘疹、水疱、渗流、瘙痒、和许多其它症状，而一旦在生产过程中微生物细胞质大分子物质的生物活性被破坏，这些物质就无法发挥出其应有的作用，降低其使用效果，从而影响到化妆品的质量，所以若想把细胞质大分子提取物应用到化妆品领域并发挥其最大的功效，就必须除去细胞质大分子提取物中的颜色和气味物质及无机盐并保持细胞质大分子提取物中物质的生物活性，而达到这种效果的生产工艺在现存的专利及文献中没有提到，如何解决这些问题就成为了生产出适合化妆品应用的细胞质大分子提取物的关键。
所以找到一套在保留细胞质大分子提取物的同时，能达到脱色、脱味、脱盐并保持其中物质的生物活性的微生物细胞质大分子提取物的生产工艺，对微生物细胞质大分子提取物的应用，特别是用作化妆品原料时起着至关重要的作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在保留细胞质大分子提取物的同时，能达到脱色、脱味、脱盐并保持其中物质的生物活性的微生物细胞质大分子提取物的生产工艺。
本发明目的通过如下技术方案实现：
一种微生物细胞质大分子提取物的生产工艺，具体包括以下步骤：
(1) 对所使用微生物原料加入水，混合均匀，得到微生物原料稀释液，然后利用分离机对得到的微生物原料稀释液进行分离，分离除去液体部分，得到微生物固体；
(2) 重复步骤（1），得到干净的微生物原料；
(3) 对干净的微生物原料加入水，混合均匀，得到均匀的干净的微生物混合液；
(4) 对干净的微生物混合液进行破壁，得到微生物混合液的破壁液；
(5) 利用分离机对微生物混合液的破壁液进行分离，分离除去固体部分，得到含有微生物细胞质物质的液体；
(6) 利用微滤膜对得到的含有微生物细胞质物质的液体进行微滤，除去其中的中、小分子物质得到浓缩的微生物细胞质大分子物质；
(7) 加水进入浓缩的微生物细胞质大分子物质得到微生物细胞质大分子物质稀释液；
(8) 利用微滤膜对微生物细胞质大分子物质稀释液再次分离浓缩，得到初次清净的微生物细胞质大分子物质浓缩液；
(9) 重复步骤（7）和（8），除去浓缩的微生物细胞质大分子物质中的中、小分子物质，得到纯净的微生物细胞质大分子物质浓缩液；
(10) 利用分离机对得到的纯净的微生物细胞质大分子物质浓缩液进行分离，除去其中的固体物质，最终得到微生物细胞质大分子提取物。
在步骤（1）中所述的微生物包括了单细胞真核微生物和/或单细胞原核微生物。
在步骤（1）中所述的加入水，水与微生物的比例为不少于2倍（w/w）。
在步骤（1）中所述的微生物固体中干物质含量不低于30%（w/w），根据微生物固体中所含干物质的重量百分比计算。
在步骤（1）、（5）和（10）中所述的分离机可以使所分离的液体中的固液两相得到分离，所述的分离机包括卧螺离心机、碟式分离机、板框压滤机等。
在步骤（2）中所述的重复步骤（1），重复次数不少于2次。
在步骤（3）中所述的对干净的微生物原料加入水，加水量为微生物原料的0.5-2倍（w/w）。
在步骤（4）中所述的破壁工艺是一种在低温下进行的工艺，如利用均质机破壁等。
在步骤（6）中所述的中、小分子物质中包含了所有颜色和气味物质及无机盐。
在步骤（7）中所述的加水进入浓缩的微生物细胞质大分子物质，加水量与浓缩的微生物细胞质大分子物质比例不少于2倍。
在步骤（1）-步骤（10）中，整体工艺不加入破坏微生物细胞质大分子提取物中物质的生物活性的酶、化学物质等，且在整体工艺中保持温度不超过55℃。
在步骤（6）中所述的微滤膜孔径为0.05-1μm。
在步骤（9）中所述重复步骤（7）和（8），重复的次数不少于2次。
在步骤（10）中所述的微生物细胞质大分子提取物可以是以浓缩液的形式作为最终产品，也可以经过冷冻干燥，以冻干粉的形式作为最终产品。
本发明具有的优点及有益效果在于：
1. 本发明所生产的产品（微生物细胞质大分子提取物）是一种全新产品，现存的专利和文献都没有与本发明所生产的产品相同的产品的介绍。
2. 在微生物细胞质大分子提取物中包括蛋白质、脂肪及脂蛋白、多糖和RNA等具有生物活性的可溶性大分子物质，它们不仅对人体健康有非常多的好处，对人类的皮肤的保护、修复以至于治疗都具有多种功能，细胞质大分子中的可溶物质为皮肤细胞提供了其生长所需要的具有生物活性的大分子营养物质，如大量的生长所需要的酶等，促使皮肤细胞在最佳的生长状态，保证皮肤细胞旺盛的新陈代谢，从而使皮肤保持健康状态，它们在化妆品中的主要作用是保湿、抗氧化、抑制黑色素的生成、美白、改善皮肤状态、改善皮肤粗糙度等功能，所以微生物细胞质大分子提取物在化妆品中的应用中起到重要作用。
3. 本发明采用步骤（2）和（3），通过对微生物原料的多次稀释分离的方法，达到了对微生物原料中所带有的杂质的彻底清除，得到了清净的微生物原料，为最终得到清净的微生物细胞质大分子提取物打下了良好的基础。
4. 在步骤（4）中所述的破壁工艺是一种可以在低温下进行的破壁工艺，如利用均质机破壁等，本发明所采用的低温破壁，不会对细胞质大分子提取物中物质的生物活性产生破坏，从而保证了所生产的细胞质大分子提取物中物质的生物活性，如酶的活性，只有保证了它们的活性，才能充分发挥其功能。
5. 在整体工艺中不加入破坏微生物细胞质大分子提取物中物质的生物活性的酶，在微生物细胞质大分子提取物中含有大量的具有生物活性的物质，如酶等，只有保持住它们的生物活性，才能保证它们在使用时能发挥出其应有的功能，高温和加入分解酶和一些化学物质，如强酸、强碱等，都会对微生物细胞质大分子提取物中物质的生物活性产生破坏，从本发明工艺可以看出，在整个工艺过程中，没有加入任何对微生物细胞质大分子提取物中物质的生物活性产生破坏的物质，而且在整个工艺过程中保持全程低温，从而保证了微生物细胞质大分子提取物中物质的生物活性。
6. 在步骤（6）中所述的微滤膜孔径为0.05-1μm，从而保证了所生产的微生物细胞质大分子提取物产品的灵活性，微滤膜孔径的大小，决定了所截留的微生物细胞质大分子提取物的分子量的大小，孔径越小，所生产出的微生物细胞质大分子提取物的分子量越小，根据需要，通过调整微滤膜孔径大小，来生产分子量不同的微生物细胞质大分子提取物。
7. 本发明通过步骤（6）、（7）、（8）和（9）的多次浓缩、稀释再浓缩的方法，彻底除去了细胞质中的中、小分子物质，而细胞质中的中、小分子物质包括了所有的颜色物质、气味物质和无机盐，本发明通过彻底除去细胞质中的中、小分子物质的方法，也就达到了彻底除去颜色物质、气味物质和无机盐，从而得到纯净的、无色、无味、无盐的、保持原有生物活性的微生物细胞质大分子提取物。
8. 本发明通过最终的高分离因数分离来除去所生产的微生物细胞质大分子提取物中在生产过程中所产生的固体物质，保证所生产的微生物细胞质大分子提取物完全溶于水。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚理解，下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，其中图1为本发明所述的工艺流程图。
具体实施方式
下面将通过具体实施例对本发明做进一步的描述。
实施例1
(1) 取啤酒发酵副产品废酵母200g（干物质含量为33%），加水600g，把分离机设定到4500转/分钟，这时的分离因数为3622，分离10分钟，把上清液除去，得到底部的酵母固体；
(2) 加水600g进入酵母固体，搅拌均匀，把分离机设定到4500转/分钟，这时的分离因数为3622，分离10分钟，把上清液除去，得到底部的酵母固体；
(3) 重复步骤（2）4次，得到干净的酵母原料195g（干物质含量为32%）；
(4) 在干净的酵母原料中加入200g水，搅拌均匀，然后用均质机对干净的酵母原料进行破壁，均质机压力设定为135MPa，流量设定为48ml/min，循环次数为5次，得到酵母破壁液；
(5) 对酵母破壁液进行分离，分离机转速设定在5000转/分钟，这时的分离因数为4472，分离10分钟，除去固体部分，得到含有酵母细胞质物质的液体；
(6) 利用微滤膜对得到的含有酵母细胞质物质的液体进行微滤，微滤膜孔径为0.2μm，通过微滤除去其中的中、小分子物质，得到浓缩的酵母细胞质大分子物质75g（干物质含量为20%）；
(7) 加纯净水225g进入浓缩的酵母细胞质大分子物质得到酵母细胞质大分子物质稀释液；
(8) 利用微滤膜对酵母细胞质大分子物质稀释液再次分离浓缩，得到初次清净的酵母细胞质大分子物质浓缩液72g（干物质含量为20%）；
(9) 重复步骤（7）和（8）4次，除去酵母细胞质大分子物质浓缩液中的中、小分子物质，得到纯净的酵母细胞质大分子物质浓缩液68g（干物质含量为20%）；
(10) 对得到的纯净的酵母细胞质大分子物质浓缩液进行分离，分离机转速设定在6000转/分钟，这时的分离因数为6439，除去其中的固体物质，最终得到纯净的、无色无味的、保持原有生物活性的酵母细胞质大分子提取物66g（干物质含量为19.5%）。
酵母细胞质大分子提取物检测：
色度的测定：采用中华人民共和国轻工行业标准 QB/T 2789-2006《化妆品通用试验方法色泽三刺激值和色差△E*的测定》，测定结果：两次制样测量的平均值读数△E*为5.2，几乎为纯白色。
气味的测定：采用感官测定，检测结果为几乎没有酵母在发酵培养过程中所产生的特殊气味。
无机盐的测定：采用电导率仪（雷磁台式电导率仪DDS-307A），检测结果为0.02S/m，酵母细胞质大分子提取物中的盐含量小于100ppm。
实施例2
(1) 取刚刚培养出的湿酵母200g（干物质含量为33%），加水600g，把分离机设定到4500转/分钟，这时的分离因数为3622，分离10分钟，把上清液除去，得到底部的酵母固体；
(2) 加水600g进入酵母固体，搅拌均匀，把分离机设定到4500转/分钟，这时的分离因数为3622，分离10分钟，把上清液除去，得到底部的酵母固体；
(3) 重复步骤（2）4次，得到干净的酵母原料196g（干物质含量为32%）；
(4) 在干净的酵母原料中加入200g水，搅拌均匀，然后用均质机对干净的酵母原料进行破壁，均质机压力设定为135MPa，流量设定为48ml/min，循环次数为5次，得到酵母破壁液；
(5) 对酵母破壁液进行分离，分离机转速设定在5000转/分钟，这时的分离因数为4472，分离10分钟，除去固体部分，得到含有酵母细胞质物质的液体；
(6) 利用微滤膜对得到的含有酵母细胞质物质的液体进行微滤，微滤膜孔径为0.2μm，通过微滤除去其中的中、小分子物质，得到浓缩的酵母细胞质大分子物质79g（干物质含量为20%）；
(7) 加纯净水237g进入浓缩的酵母细胞质大分子物质得到酵母细胞质大分子物质稀释液；
(8) 利用微滤膜对酵母细胞质大分子物质稀释液再次分离浓缩，得到初次清净的酵母细胞质大分子物质浓缩液75g（干物质含量为20%）；
(9) 重复步骤（7）和（8）4次，彻底除去酵母细胞质大分子物质浓缩液中的中、小分子物质，得到纯净的酵母细胞质大分子物质浓缩液71g（干物质含量为20%）；
(10) 对得到的纯净的酵母细胞质大分子物质浓缩液进行分离，分离机转速设定在6000转/分钟，这时的分离因数为6439，除去其中的固体物质，最终得到纯净的、无色无味的、保持原有生物活性的酵母细胞质大分子提取物69g（干物质含量为19.5%）。
酵母细胞质大分子提取物检测：
色度的测定：采用中华人民共和国轻工行业标准 QB/T 2789-2006《化妆品通用试验方法色泽三刺激值和色差△E*的测定》，测定结果：两次制样测量的平均值读数△E*为3.2，为纯白色。
气味的测定：采用感官测定，检测结果为没有酵母在发酵培养过程中所产生的特殊气味。
无机盐的测定：采用电导率仪（雷磁台式电导率仪DDS-307A），检测结果为0.016S/m，酵母细胞质大分子提取物中的盐含量小于80ppm。
实施例3
(1) 取啤酒发酵副产品废酵母200g（干物质含量为33%），加水800g，把分离机设定到5000转/分钟，这时的分离因数为4472，分离10分钟，把上清液除去，得到底部的酵母固体；
(2) 加水800g进入酵母固体，搅拌均匀，把分离机设定到5000转/分钟，这时的分离因数为4472，分离10分钟，把上清液除去，得到底部的酵母固体；
(3) 重复步骤（2）4次，得到干净的酵母原料194g（干物质含量为20%）；
(4) 在干净的酵母原料中加入180g水，搅拌均匀，然后用均质机对干净的酵母原料进行破壁，均质机压力设定为145MPa，流量设定为48ml/min，循环次数为5次，得到酵母破壁液；
(5) 对酵母破壁液进行分离，分离机转速设定在5500转/分钟，这时的分离因数为5411，分离10分钟，除去固体部分，得到含有酵母细胞质物质的液体；
(6) 利用微滤膜对得到的含有酵母细胞质物质的液体进行微滤，微滤膜孔径为0.3μm，通过微滤除去其中的中、小分子物质，得到浓缩的酵母细胞质大分子物质71g（干物质含量为20%）；
(7) 加纯净水365g进入浓缩的酵母细胞质大分子物质得到酵母细胞质大分子物质稀释液；
(8) 利用微滤膜对酵母细胞质大分子物质稀释液再次分离浓缩，得到初次清净的酵母细胞质大分子物质浓缩液69g（干物质含量为20%）；
(9) 重复步骤（7）和（8）4次，彻底除去酵母细胞质大分子物质浓缩液中的中、小分子物质，得到纯净的酵母细胞质大分子物质浓缩液64g（干物质含量为20%）；
(10) 对得到的纯净的酵母细胞质大分子物质浓缩液进行分离，分离机转速设定在6000转/分钟，这时的分离因数为6439，除去其中的固体物质，最终得到纯净的、无色无味的、保持原有生物活性的酵母细胞质大分子提取物62g（干物质含量为19.5%）。
酵母细胞质大分子提取物检测：
色度的测定：采用中华人民共和国轻工行业标准 QB/T 2789-2006《化妆品通用试验方法色泽三刺激值和色差△E*的测定》，测定结果：两次制样测量的平均值读数△E*为3.9，几乎为纯白色。
气味的测定：采用感官测定，检测结果为几乎没有酵母在发酵培养过程中所产生的特殊气味。
无机盐的测定：采用电导率仪（雷磁台式电导率仪DDS-307A），检测结果为0.0185S/m，酵母细胞质大分子提取物中的盐含量小于90ppm。

Claims (10)

1.一种微生物细胞质大分子提取物的生产工艺，其特征在于，其包括以下步骤：
(1) 对所使用微生物原料加入水，混合均匀，得到微生物原料稀释液，然后利用分离机对得到的微生物原料稀释液进行分离，分离除去液体部分，得到微生物固体；
(2) 重复步骤（1），得到干净的微生物原料；
(3) 对干净的微生物原料加入水，混合均匀，得到均匀的干净的微生物混合液；
(4) 对干净的微生物混合液进行破壁，得到微生物混合液的破壁液；
(5) 利用分离机对微生物混合液的破壁液进行分离，分离除去固体部分，得到含有微生物细胞质物质的液体；
(6) 利用微滤膜对得到的含有微生物细胞质物质的液体进行微滤，除去其中的中、小分子物质得到浓缩的微生物细胞质大分子物质；
(7) 加水进入浓缩的微生物细胞质大分子物质得到微生物细胞质大分子物质稀释液；
(8) 利用微滤膜对微生物细胞质大分子物质稀释液再次分离浓缩，得到初次清净的微生物细胞质大分子物质浓缩液；
(9) 重复步骤（7）和（8），除去浓缩的微生物细胞质大分子物质中的中、小分子物质，得到纯净的微生物细胞质大分子物质浓缩液；
(10) 利用分离机对得到的纯净的微生物细胞质大分子物质浓缩液进行分离，除去其中的固体物质，最终得到微生物细胞质大分子提取物。
2.根据权利要求1的步骤（1）中所述的微生物，其特征在于，所述的微生物原料包括了单细胞真核微生物和/或单细胞原核微生物。
3.根据权利要求1的步骤（1）中所述的微生物固体，其特征在于，所述的微生物固体中干物质含量不低于30%（w/w），根据微生物固体中所含干物质的重量百分比计算。
4.根据权利要求1的步骤（1）、（5）和（10）中所述的分离机，其特征在于，所述的分离机可以使所分离的液体中的固液两相得到分离，所述的分离机包括卧螺离心机、碟式分离机、板框压滤机等。
5.根据权利要求1的步骤（3）中所述的对干净的微生物原料加入水，其特征在于，所述的加水量为微生物原料的0.5-2倍（w/w）。
6.根据权利要求1的步骤（4）中所述的破壁，其特征在于，所述的破壁工艺是一种在低温下进行的工艺，如利用均质机破壁等。
7.根据权利要求1的步骤（6）中所述的中、小分子物质，其特征在于，所述的中、小分子物质中包含了所有颜色和气味物质及无机盐。
8.根据权利要求1的步骤（1）-步骤（10）中所述的工艺内容，其特征在于，整体工艺不加入破坏微生物细胞质大分子提取物中物质的生物活性的酶、化学物质等，且在整体工艺中保持温度不超过55℃。
9.根据权利要求1的步骤（6）中所述的微滤，其特征在于，所述的微滤膜孔径为0.05-1μm。
10.根据权利要求1的步骤（10）中所述的微生物细胞质大分子提取物，其特征在于，所述的微生物细胞质大分子提取物可以是以浓缩液的形式作为最终产品，也可以经过冷冻干燥，以冻干粉的形式作为最终产品。
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