RU2460771C1 - Method of extracting biologically active substances from biomass of unicellular algae of chlorella species - Google Patents
Method of extracting biologically active substances from biomass of unicellular algae of chlorella species Download PDFInfo
- Publication number
- RU2460771C1 RU2460771C1 RU2011128468/10A RU2011128468A RU2460771C1 RU 2460771 C1 RU2460771 C1 RU 2460771C1 RU 2011128468/10 A RU2011128468/10 A RU 2011128468/10A RU 2011128468 A RU2011128468 A RU 2011128468A RU 2460771 C1 RU2460771 C1 RU 2460771C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- biomass
- extract
- insoluble
- soluble
- dried
- Prior art date
Links
Landscapes
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к микробиологической промышленности и позволяет извлекать биологически активные вещества из биомассы одноклеточной водоросли рода Chlorella. Извлекаемые биологически активные вещества могут применяться в качестве кормовых добавок в сельском хозяйстве, а также в изготовлении косметических средств.The invention relates to the microbiological industry and allows the extraction of biologically active substances from the biomass of unicellular algae of the genus Chlorella. Recoverable biologically active substances can be used as feed additives in agriculture, as well as in the manufacture of cosmetics.
Клеточная стенка водоросли рода Chlorella состоит из целлюлозоподобных углеводов, белков и незначительного количества пигментов-каротиноидов. Устойчивая к химическим воздействиям клеточная стенка является основным препятствием для извлечения из клетки биологически активных веществ.The cell wall of the alga of the genus Chlorella consists of cellulose-like carbohydrates, proteins and a small amount of carotenoid pigments. Resistant to chemical influences the cell wall is the main obstacle to the extraction of biologically active substances from the cell.
Обычно для переработки водоросли рода Chlorella используют комплексные методы, включающие кипячение или замораживание биомассы с целью разрушения клеток и ферментативный гидролиз компонентов биомассы, позволяющий перевести биологически активные вещества в водорастворимое состояние.Typically, for processing algae of the genus Chlorella, complex methods are used, including boiling or freezing biomass to destroy cells and enzymatic hydrolysis of biomass components, which makes it possible to transfer biologically active substances to a water-soluble state.
Известен способ получения комплекса биологически активных веществ из биомассы Chlorella vulgaris (Патент РФ №2256700 С1, опубл. 20.07.2006) [1]. Способ предусматривает культивирование биомассы водоросли, разрушение клеток биомассы и экстракцию биологически активных веществ. Для разрушения клеточных стенок авторы используют двукратное замораживание биомассы при температуре от -4°С до -15°С в течение 6 часов. В качестве экстрагента используют католит, полученный в диафрагменном электролизере. Данное техническое решение имеет ряд недостатков, главный из которых - неэффективность разрушения клеток биомассы методом замораживания. Кроме этого использование дорогого в получении католита отрицательно сказывается на суммарной экономической эффективности процесса получения биологически активных веществ.A known method of producing a complex of biologically active substances from the biomass of Chlorella vulgaris (RF Patent No. 2256700 C1, publ. 07.20.2006) [1]. The method involves the cultivation of algae biomass, the destruction of biomass cells and the extraction of biologically active substances. To destroy cell walls, the authors use twofold freezing of biomass at temperatures from -4 ° C to -15 ° C for 6 hours. The extractant used is catholyte obtained in a diaphragm electrolyzer. This technical solution has several disadvantages, the main of which is the ineffectiveness of the destruction of biomass cells by freezing. In addition, the use of expensive in obtaining catholyte negatively affects the total economic efficiency of the process of obtaining biologically active substances.
Известен также способ извлечения липидов из биомассы (РФ №2388812 С1, опубл. 10.05.2010) [2] для получения альтернативного биодизельного топлива на основе липидов, экстрагированных из биомассы микроводоросли Chlorella. На первой стадии суспензия биомассы Chlorella подвергается обработке в аппарате, создающем вихревое электромагнитное поле с хаотически движущимися ферромагнитными частицами. В результате данной обработки клетки биомассы разрушаются, что облегчает последующую экстракцию липидов при помощи органических растворителей и обработки в импульсно-кавитационном аппарате. В описанном техническом решении можно отметить следующие недостатки. Разрушение клеток путем взаимодействия с хаотически движущимися ферромагнитными частицами неэффективно благодаря большим затратам электроэнергии на создание вихревого электромагнитного поля. Кроме того, клеточные стенки разрушенных клеток сохраняют свою исходную морфологию, что недостаточно способствует последующему процессу экстракции. Также подобные клеточные стенки малоактивны при химическом взаимодействии с ферментами или другими гидролизующими реагентами. Использование таких дорогих, токсичных и горючих органических растворителей, как хлороформ и четыреххлористый углерод, делает предложенный авторами способ неэкологичным и чрезвычайно опасным для здоровья обслуживающего персонала.There is also a method of extracting lipids from biomass (RF No. 2388812 C1, publ. 05/10/2010) [2] to obtain an alternative biodiesel fuel based on lipids extracted from the biomass of the microalgae Chlorella. At the first stage, the Chlorella biomass suspension is processed in an apparatus that creates a vortex electromagnetic field with randomly moving ferromagnetic particles. As a result of this treatment, biomass cells are destroyed, which facilitates the subsequent extraction of lipids using organic solvents and processing in a pulse-cavitation apparatus. In the described technical solution, the following disadvantages can be noted. The destruction of cells by interacting with randomly moving ferromagnetic particles is inefficient due to the large cost of electricity to create a vortex electromagnetic field. In addition, the cell walls of the destroyed cells retain their original morphology, which does not sufficiently contribute to the subsequent extraction process. Also, such cell walls are inactive during chemical interaction with enzymes or other hydrolyzing reagents. The use of such expensive, toxic and combustible organic solvents as chloroform and carbon tetrachloride makes the method proposed by the authors non-ecological and extremely dangerous for the health of staff.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ извлечения биологически активных веществ из биомассы микроводоросли рода Chlorella (Патент РФ №2044770 С1, опубл. 27.09.1995) [3]. Способ заключается в многостадийной обработке биомассы Chlorella органическими растворителями и ферментами, проявляющими целлюлазную и протеазную активность.The closest technical solution, selected as a prototype, is a method of extracting biologically active substances from the biomass of microalgae of the genus Chlorella (RF Patent No. 2044770 C1, publ. 09/27/1995) [3]. The method consists in multistage treatment of Chlorella biomass with organic solvents and enzymes exhibiting cellulase and protease activity.
На первой стадии для экстракции липидно-пигментного комплекса к биомассе микроводоросли Chlorella добавляют органические растворители (этанол или бензин) в соотношении 10 л растворителя на каждый килограмм сухой биомассы. Спустя 9 часов суспензию фильтруют, из растворимой части выпариванием растворителей получают липидно-пигментный комплекс, а нерастворимую часть подвергают дальнейшей обработке. Недостатком данной стадии является длительность проведения экстракции, а также чрезмерно большие объемы используемых растворителей. Данный недостаток обусловлен тем, что клеточные стенки не разрушаются, их структура остается неразупорядоченной и слабопроницаемой для органических растворителей.At the first stage, for the extraction of the lipid-pigment complex, organic solvents (ethanol or gasoline) are added to the biomass of the Chlorella microalgae in the ratio of 10 l of solvent for each kilogram of dry biomass. After 9 hours, the suspension is filtered, a lipid-pigment complex is obtained from the soluble part by evaporation of the solvents, and the insoluble part is subjected to further processing. The disadvantage of this stage is the duration of the extraction, as well as excessively large volumes of solvents used. This disadvantage is due to the fact that cell walls do not collapse, their structure remains disordered and poorly permeable to organic solvents.
На второй стадии нерастворимую в органических растворителях часть суспендируют в 10-кратном количестве воды и разваривают в течение 5-10 минут при температуре 100°С. При этом увеличивается проницаемость и реакционная способность клеточных стенок, что способствует протеканию дальнейшего ферментативного гидролиза. Недостатком данной стадии является использование высокой температуры для увеличения реакционной способности клеточных стенок. Это приводит к удорожанию конечного продукта, а также к термической денатурации большей части биологически активных веществ белковой природы. Кроме того, разваривание увеличивает проницаемость клеточных стенок без разрушения клеток.In the second stage, the part insoluble in organic solvents is suspended in a 10-fold amount of water and boiled for 5-10 minutes at a temperature of 100 ° C. This increases the permeability and reactivity of the cell walls, which contributes to the course of further enzymatic hydrolysis. The disadvantage of this stage is the use of high temperature to increase the reactivity of cell walls. This leads to an increase in the cost of the final product, as well as to thermal denaturation of most of the biologically active substances of protein nature. In addition, digestion increases the permeability of cell walls without destroying the cells.
На третьей стадии суспензию разваренной биомассы Chlorella подвергают ферментативному гидролизу. Для этого в суспензию вносят ферменты с целлюлазной или протеазной активностью и проводят гидролиз в течение 9-18 часов при температуре 45-50°С. После этого ферменты инактивируют нагреванием до 100-105°С. Центрифугированием при 6000 об/мин отделяют водорастворимую часть от нерастворимой. Водорастворимая фракция содержит углеводы, аминокислоты и нуклеотиды. Нерастворимая фракция содержит белок, низкомолекулярные пептиды и углеводные соединения типа крахмала. Недостатком данной стадии является чрезмерная длительность ферментативного гидролиза, обусловленная недостаточным активирующим действием термического разваривания на клеточные стенки.In a third step, a suspension of boiled Chlorella biomass is subjected to enzymatic hydrolysis. For this, enzymes with cellulase or protease activity are added to the suspension and hydrolysis is carried out for 9-18 hours at a temperature of 45-50 ° C. After this, the enzymes are inactivated by heating to 100-105 ° C. By centrifugation at 6000 rpm, the water-soluble part is separated from the insoluble part. The water soluble fraction contains carbohydrates, amino acids and nucleotides. The insoluble fraction contains protein, low molecular weight peptides and carbohydrate compounds such as starch. The disadvantage of this stage is the excessive duration of enzymatic hydrolysis, due to the insufficient activating effect of thermal digestion on the cell walls.
Задача, решаемая заявляемым техническим решением, заключается в создании экологически чистого, простого способа извлечения биологически активных веществ из биомассы одноклеточной водоросли рода Chlorella.The problem solved by the claimed technical solution is to create an environmentally friendly, simple way to extract biologically active substances from the biomass of unicellular algae of the genus Chlorella.
Поставленная задача решается благодаря заявляемому способу извлечения биологически активных веществ из биомассы одноклеточной водоросли рода Chlorella, включающему экстракцию липидно-пигментного комплекса органическим растворителем, фильтрование экстракта с последующим выпариванием растворителей из растворимой части и получением сухого липидно-пигментного комплекса, смешивание нерастворимой части экстракта с ферментными препаратами с целлюлазной или протеазной активностью, последующий ферментативный гидролиз, центрифугирование гидролизата и сушку растворимой и нерастворимой частей с получением сухих продуктов, отличающемуся тем, что биомассу одноклеточной водоросли рода Chlorella предварительно обрабатывают в мехактиваторах планетарного, вибрационного или виброцентробежного типа, обеспечивающих ускорение мелющих тел 60-400 м/с2 и время пребывания в зоне обработке 0,5-10 мин, экстракцию проводят при комнатной температуре в течение 3-5 часов с применением бензина или этилового спирта, а ферментативный гидролиз проводят с использованием ферментных препаратов «Целлолюкс-А» и «Протосубтилин г3х» или их смесей в течение 4-8 часов, при рН 4-6, при температуре 50-65°С, при этом ферментные препараты добавляют к нерастворимой части экстракта в количестве 0,5-10 мас.%.The problem is solved thanks to the claimed method of extracting biologically active substances from the biomass of unicellular algae of the genus Chlorella, including extraction of the lipid-pigment complex with an organic solvent, filtering the extract, followed by evaporation of the solvents from the soluble part and obtaining a dry lipid-pigment complex, mixing the insoluble part of the extract with the enzyme with cellulase or protease activity, subsequent enzymatic hydrolysis, centrifugation g idrolizate and drying of soluble and insoluble parts to obtain dry products, characterized in that the biomass of unicellular algae of the genus Chlorella is pre-treated in mechanical activators of planetary, vibrational or vibrocentrifugal type, providing acceleration of grinding media 60-400 m / s 2 and residence time in the treatment zone 0 , 5-10 min, the extraction is carried out at room temperature for 3-5 hours with the use of gasoline or ethyl alcohol, and enzymatic hydrolysis is carried out using the enzyme preparations Cellolux -A "and" Protosubtilin g3x "or their mixtures for 4-8 hours, at pH 4-6, at a temperature of 50-65 ° C, while enzyme preparations are added to the insoluble part of the extract in an amount of 0.5-10 wt. %
Предпочтительно при экстракции липидно-пигментного комплекса 1 кг сухой биомассы обрабатывают 5-7 литрами бензина или этилового спирта.Preferably, during the extraction of the lipid-pigment complex, 1 kg of dry biomass is treated with 5-7 liters of gasoline or ethyl alcohol.
Предпочтительно ферментативный гидролиз проводят при концентрации твердой фазы в растворе 10-20 мас.%.Preferably, enzymatic hydrolysis is carried out at a concentration of a solid phase in a solution of 10-20 wt.%.
При механической активации биомассы водоросли в указанных условиях происходит механическое разрушение клеток, разупорядочение надмолекулярной структуры клеточных стенок, повышение их проницаемости по отношению к ферментам и повышение их реакционной способности при последующем ферментативном гидролизе.During mechanical activation of algal biomass under the indicated conditions, mechanical destruction of the cells occurs, disordering of the supramolecular structure of the cell walls, an increase in their permeability with respect to enzymes, and an increase in their reactivity during subsequent enzymatic hydrolysis.
Механический способ получения активированных клеточных стенок более эффективен, чем разваривание в жидкой фазе при высокой температуре, так как не требует больших количеств воды и поддержания повышенной температуры. Биомасса, активированная механически, представляет собой разрушенные клетки и обладает большей реакционной способностью, чем разваренная при нагревании без разрушения клеток, о чем свидетельствуют меньшие времена, необходимые для осуществления экстракции органическими растворителями липидно-пигментного комплекса и ферментативного гидролиза. Разрушенные клеточные стенки, получаемые после механической активации, представляют собой воздушно сухой порошок от светло- до темно-зеленого цвета, который может непосредственно использоваться для дальнейшей экстракции липидно-пигментного комплекса и проведения ферментативного гидролиза.The mechanical method of producing activated cell walls is more effective than digestion in the liquid phase at high temperature, since it does not require large quantities of water and maintaining an elevated temperature. Mechanically activated biomass is destroyed cells and has a greater reactivity than boiled during heating without destroying cells, as evidenced by the shorter times required for the extraction of organic lipid-pigment complex and enzymatic hydrolysis. The destroyed cell walls obtained after mechanical activation are an air-dry powder from light to dark green in color, which can be directly used for further extraction of the lipid-pigment complex and enzymatic hydrolysis.
После механической активации полупродукт суспендируют в органических растворителях и проводят экстракцию липидно-пигментного комплекса. Экстракт фильтрацией разделяют на растворимую часть, содержащую липидно-пигментный комплекс, и нерастворимую часть, сушат при помощи вакуумного испарителя или распылительной сушки. Выход сухого порошкообразного липидно-пигментного комплекса составляет 12-13 мас.% от исходной биомассы водоросли Chlorella. Нерастворимая часть экстракта используется для проведения дальнейшего ферментативного гидролиза.After mechanical activation, the intermediate is suspended in organic solvents and the lipid-pigment complex is extracted. The extract is filtered by filtration into a soluble part containing a lipid-pigment complex, and an insoluble part, dried using a vacuum evaporator or spray drying. The yield of dry powdery lipid-pigment complex is 12-13 wt.% Of the initial biomass of the alga Chlorella. The insoluble portion of the extract is used for further enzymatic hydrolysis.
Нерастворимую часть, полученную после экстракции органическими растворителями, суспендируют в воде и смешивают с ферментатативным комплексом, проявляющим целлюлазную или протеазную активность, и проводят ферментативный гидролиз. Полупродукт, полученный в результате ферментативного гидролиза, центрифугированием разделяют на растворимую (содержащую растворимые углеводы, аминокислоты, олигопептиды и нуклеотиды), нерастворимую (содержащую белки и углеводные полимеры) части и сушат при помощи вакуумного испарителя или распылительной сушки. Выход гидролизата, полученного сушкой растворимой части, составляет 59-66 мас.%. Выход высушенной нерастворимой части составляет 21-29 мас.%.The insoluble portion obtained after extraction with organic solvents is suspended in water and mixed with an enzymatic complex exhibiting cellulase or protease activity, and enzymatic hydrolysis is carried out. The intermediate product obtained by enzymatic hydrolysis is separated by centrifugation into soluble (containing soluble carbohydrates, amino acids, oligopeptides and nucleotides), insoluble (containing proteins and carbohydrate polymers) parts and dried using a vacuum evaporator or spray drying. The yield of hydrolyzate obtained by drying the soluble part is 59-66 wt.%. The yield of dried insoluble parts is 21-29 wt.%.
Ферментативный гидролиз нерастворимой части, полученной после экстракции органическими растворителями, проводят с применением ферментных препаратов «Целлолюкс-А» и «Протосубтилин г3х» или их смесей, проявляющих целлюлазную и протеазную активность в диапазоне рН 4-6, контролируемом стандартным буферным раствором, состоящим из 3,0-3,2 г уксусной кислоты и 6,7-7,2 г трехводного ацетата натрия на 1,0 литр воды. Ферментные препараты добавляют к биомассе водоросли в количестве 0,5-10 мас.%. Концентрация твердой фазы при ферментативном гидролизе составляет 10-20 мас.%. Температура 50-65°С, продолжительность гидролиза 4-8 часов.Enzymatic hydrolysis of the insoluble portion obtained after extraction with organic solvents is carried out using the enzyme preparations Cellolux-A and Protosubtilin g3x or mixtures thereof exhibiting cellulase and protease activity in the pH range of 4-6, controlled by a standard buffer solution consisting of 3 , 0-3.2 g of acetic acid and 6.7-7.2 g of trihydrous sodium acetate per 1.0 liter of water. Enzyme preparations are added to the algae biomass in an amount of 0.5-10 wt.%. The concentration of the solid phase during enzymatic hydrolysis is 10-20 wt.%. The temperature is 50-65 ° C, the duration of hydrolysis is 4-8 hours.
Проведенный патентный поиск не выявил аналогичных способов извлечения биологически активных веществ из биомассы одноклеточной водоросли рода Chlorella, поэтому сделан вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «новизна». Совокупность существенных признаков заявляемого способа также не выявлена, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого препарата и способа его получения критерию «изобретательский уровень».The patent search did not reveal similar methods for extracting biologically active substances from the biomass of unicellular algae of the genus Chlorella, therefore, it was concluded that the claimed technical solution meets the criterion of "novelty." The set of essential features of the proposed method is also not identified, which allows us to conclude that the claimed drug and its production method meet the criterion of "inventive step".
Изобретение поясняется следующими примерами.The invention is illustrated by the following examples.
Пример 1.Example 1
Высушенную до влажности 10 мас.% биомассу одноклеточной водоросли Chlorella механически активируют в проточном активаторе типа ЦЭМ или ВЦМ, обеспечивающем ускорение мелющих тел 60 м/с2 и время пребывания в зоне обработки 0,5 минут.Dried to a moisture content of 10 wt.%, The biomass of unicellular algae Chlorella is mechanically activated in a flow activator of the CEM or VCM type, providing acceleration of grinding media 60 m / s 2 and a residence time of 0.5 minutes in the treatment zone.
Полученный полупродукт суспендируют в 5 литрах бензина и проводят экстракцию в течение 5 часов при комнатной температуре. После этого экстракт фильтрованием разделяют на растворимую и нерастворимую части и сушат при помощи вакуумного испарителя или распылительной сушки. Растворимая часть экстракта содержит липидно-пигментный комплекс. После высушивания выход липидно-пигментного комплекса составляет 12 мас.% от взятой сухой биомассы.The resulting intermediate is suspended in 5 liters of gasoline and extraction is carried out for 5 hours at room temperature. After this, the extract is filtered by filtration into soluble and insoluble parts and dried using a vacuum evaporator or spray drying. The soluble portion of the extract contains a lipid-pigment complex. After drying, the yield of the lipid-pigment complex is 12 wt.% Of the taken dry biomass.
Высушенную нерастворимую часть, полученную после экстракции бензином, смешивают с ферментативным комплексом «Целлолюкс-А» (производство ПО «СИББИОФАРМ» г.Бердск), обладающим целлюлазной активностью, равной 2000 ед./г, в количестве 0,5 мас.%. К смеси добавляют буферный раствор (3,0-3,2 г уксусной кислоты и 6,7-7,2 г трехводного ацетата натрия на 1,0 литр воды) с рН 4-6 до концентрации твердой фазы 10 мас.% и проводят ферментативный гидролиз в течение 4 часов при температуре 50°С. После проведения ферментативного гидролиза суспензию разделяют на растворимую и нерастворимую части центрифугированием при 6000 об/мин и сушат при помощи вакуумного испарителя или распылительной сушки. Растворимая часть содержит растворимые углеводы, аминокислоты, олигопептиды, нуклеотиды, и ее выход после сушки составляет 59 мас.% от исходной сухой биомассы. Нерастворимая часть содержит белки, углеводные полимеры, и ее выход после сушки составляет 29 мас.% от исходной сухой биомассы.The dried insoluble portion obtained after extraction with gasoline is mixed with the Cellulux-A enzyme complex (manufactured by SIBBIOFARM Berdsk), which has a cellulase activity of 2000 units / g in an amount of 0.5 wt%. A buffer solution (3.0-3.2 g of acetic acid and 6.7-7.2 g of trihydrous sodium acetate per 1.0 liter of water) with a pH of 4-6 is added to the mixture to a solids concentration of 10 wt.% And is carried out enzymatic hydrolysis for 4 hours at a temperature of 50 ° C. After enzymatic hydrolysis, the suspension is separated into soluble and insoluble parts by centrifugation at 6000 rpm and dried using a vacuum evaporator or spray drying. The soluble part contains soluble carbohydrates, amino acids, oligopeptides, nucleotides, and its output after drying is 59 wt.% Of the initial dry biomass. The insoluble part contains proteins, carbohydrate polymers, and its yield after drying is 29 wt.% Of the initial dry biomass.
При ускорении мелющих тел менее 60 м/с2 не обеспечивается достаточная разупорядоченность супрамолекулярной структуры клеточных стенок биомассы водоросли, что снижает эффективность последующего ферментативного гидролиза. Применение обработки менее 0,5 минут не обеспечивает необходимой степени разрушения клеток водоросли и накопления механической энергии. Понижение температуры ферментативного гидролиза ниже 50°С отрицательно сказывается на скорости протекания гидролиза, а проведение прогрева менее чем за 4 часа не обеспечивает оптимальной степени превращения. Понижение концентрации твердой фазы менее 10 мас.% нецелесообразно из экономических соображений, так как связано с дальнейшей необходимостью удаления лишнего объема воды.When accelerating grinding media less than 60 m / s 2 , a sufficient disorder in the supramolecular structure of algal biomass cell walls is not ensured, which reduces the efficiency of subsequent enzymatic hydrolysis. The use of treatment less than 0.5 minutes does not provide the necessary degree of destruction of algae cells and the accumulation of mechanical energy. Lowering the temperature of enzymatic hydrolysis below 50 ° C negatively affects the rate of hydrolysis, and the heating in less than 4 hours does not provide the optimal degree of conversion. Lowering the concentration of the solid phase of less than 10 wt.% Is impractical for economic reasons, as it is associated with the further need to remove excess water.
Пример 2.Example 2
Высушенную до влажности 10 мас.% биомассу одноклеточной водоросли Chlorella механически активируют в проточном активаторе типа ЦЭМ или ВЦМ, обеспечивающем ускорение мелющих тел 400 м/с2 и время пребывания в зоне обработки 10 минут.Dried to a moisture content of 10 wt.%, The biomass of unicellular algae Chlorella is mechanically activated in a flow activator of the CEM or VCM type, providing acceleration of grinding media 400 m / s 2 and a residence time of 10 minutes in the treatment zone.
Полученный полупродукт суспендируют в 7 литрах этилового спирта и проводят экстракцию в течение 3 часов при комнатной температуре. После этого экстракт фильтрованием разделяют на растворимую и нерастворимую части и сушат при помощи вакуумного испарителя или распылительной сушки. Растворимая часть экстракта содержит липидно-пигментный комплекс. После высушивания выход липидно-пигментного комплекса составляет 13 мас.% от взятой сухой биомассы.The resulting intermediate was suspended in 7 liters of ethyl alcohol and extraction was carried out for 3 hours at room temperature. After this, the extract is filtered by filtration into soluble and insoluble parts and dried using a vacuum evaporator or spray drying. The soluble portion of the extract contains a lipid-pigment complex. After drying, the yield of the lipid-pigment complex is 13 wt.% Of the taken dry biomass.
Высушенную нерастворимую часть, полученную после экстракции этиловым спиртом, смешивают с ферментативным комплексом «Целлолюкс-А» (производство ПО «СИББИОФАРМ» г.Бердск), обладающим целлюлазной активностью, равной 2000 ед./г, в количестве 10 мас.%. К смеси добавляют буферный раствор с рН 4-6 (3,0-3,2 г уксусной кислоты и 6,7-7,2 г трехводного ацетата натрия на 1,0 литр воды) до концентрации твердой фазы 20 мас.% и проводят ферментативный гидролиз в течение 8 часов при температуре 65°С.The dried insoluble part obtained after extraction with ethyl alcohol is mixed with the enzyme complex “Cellolux-A” (manufactured by SIBBIOFARM Berdsk), which has a cellulase activity of 2000 units / g in an amount of 10 wt.%. A buffer solution with a pH of 4-6 (3.0-3.2 g of acetic acid and 6.7-7.2 g of three-sodium acetate per 1.0 liter of water) is added to the mixture to a solid phase concentration of 20 wt.% And is carried out enzymatic hydrolysis for 8 hours at a temperature of 65 ° C.
После проведения ферментативного гидролиза суспензию разделяют на растворимую и нерастворимую части центрифугированием при 6000 об/мин и сушат при помощи вакуумного испарителя или распылительной сушки. Растворимая часть содержит растворимые углеводы, аминокислоты, олигопептиды, нуклеотиды, и ее выход после сушки составляет 63 мас.% от исходной сухой биомассы. Нерастворимая часть содержит белки, углеводные полимеры, и ее выход после сушки составляет 24 мас.% от исходной сухой биомассы.After enzymatic hydrolysis, the suspension is separated into soluble and insoluble parts by centrifugation at 6000 rpm and dried using a vacuum evaporator or spray drying. The soluble part contains soluble carbohydrates, amino acids, oligopeptides, nucleotides, and its output after drying is 63 wt.% Of the initial dry biomass. The insoluble part contains proteins, carbohydrate polymers, and its yield after drying is 24 wt.% Of the initial dry biomass.
Повышение интенсивности механической активации позволяет использовать для экстракции этиловый спирт вместо бензина, снизить продолжительность экстракции и повысить выход липидно-пигментного комплекса.Increasing the intensity of mechanical activation allows the use of ethanol instead of gasoline for extraction, to reduce the duration of extraction and increase the yield of the lipid-pigment complex.
При ускорении более 400 м/с2 происходит разогрев обрабатываемой биомассы, что может привести к разрушению биологически активных веществ белковой природы. Применение обработки свыше 10 минут также может приводить к механической деструкции целевых компонентов. Повышение температуры ферментативного гидролиза выше 65°С приводит к денатурации ферментативного комплекса. Увеличение времени прогрева свыше 8 часов несущественно сказывается на степень превращения ввиду постепенного уменьшения скорости реакции от времени. Повышение концентрации твердой фазы более 20 мас.% нецелесообразно ввиду высокой вязкости реакционной смеси.When accelerating more than 400 m / s 2 , the processed biomass is heated, which can lead to the destruction of biologically active substances of a protein nature. The use of processing over 10 minutes can also lead to mechanical destruction of the target components. An increase in the temperature of enzymatic hydrolysis above 65 ° C leads to denaturation of the enzymatic complex. An increase in the warm-up time over 8 hours does not significantly affect the degree of conversion due to a gradual decrease in the reaction rate over time. An increase in the concentration of the solid phase of more than 20 wt.% Is impractical due to the high viscosity of the reaction mixture.
Пример 3.Example 3
Осуществляется в условиях примера 2. В качестве ферментативного комплекса используется равновесомая смесь ферментативного комплекса «Целлолюкс-А», обладающего целлюлазной активностью, равной 2000 ед./г, и ферментативного комплекса «Протосубтилин г3х» (производство ПО «СИББИОФАРМ» г.Бердск), обладающего протеазной активностью по отношению к белкам клеточной стенки, равной 11070 ед./г. Оптимальная температура проведения ферментативного гидролиза для данного ферментативного комплекса 60°С. Продолжительность реакции 6 часов.It is carried out under the conditions of example 2. As the enzyme complex, an equilibrium mixture of the enzyme complex “Cellolux-A” with a cellulase activity of 2000 units / g and the enzyme complex “Protosubtilin g3x” (production of SIBBIOFARM, Berdsk) is used, having protease activity with respect to the proteins of the cell wall, equal to 11070 units / g The optimum temperature for enzymatic hydrolysis for this enzymatic complex is 60 ° C. The reaction time is 6 hours.
Составленная таким образом смесь ферментных комплексов имеет 1000 ед./г целлюлазной активности и 5535 ед./г протеазной активности.The thus prepared mixture of enzyme complexes has 1000 units / g of cellulase activity and 5535 units / g of protease activity.
После проведения ферментативного гидролиза суспензию разделяют на растворимую и нерастворимую части центрифугированием при 6000 об/мин и сушат при помощи вакуумного испарителя или распылительной сушки. Растворимая часть содержит растворимые углеводы, аминокислоты, олигопептиды, нуклеотиды, и ее выход после сушки составляет 66 мас.% от исходной сухой биомассы. Нерастворимая часть содержит белки, углеводные полимеры, и ее выход после сушки составляет 21 мас.% от исходной сухой биомассы.After enzymatic hydrolysis, the suspension is separated into soluble and insoluble parts by centrifugation at 6000 rpm and dried using a vacuum evaporator or spray drying. The soluble part contains soluble carbohydrates, amino acids, oligopeptides, nucleotides, and its output after drying is 66 wt.% Of the initial dry biomass. The insoluble part contains proteins, carbohydrate polymers, and its yield after drying is 21 wt.% Of the initial dry biomass.
Использование смеси ферментативных комплексов, обладающих целлюлазной и протеазной активностью, позволяет увеличить выход водорастворимой части гидролизата, а также увеличить скорость ферментативной реакции гидролиза клеточной стенки за счет комплексного воздействия на ее структурные компоненты.The use of a mixture of enzymatic complexes with cellulase and protease activity can increase the yield of the water-soluble part of the hydrolyzate, as well as increase the rate of the enzymatic reaction of cell wall hydrolysis due to the complex effect on its structural components.
Пример 4.Example 4
Осуществляется в условиях примера 3. В качестве механического активатора используют планетарную мельницу АГО-2, позволяющую получать в лабораторных условиях небольшие партии продукта для научных исследований и отработки технологических стадий.It is carried out in the conditions of example 3. As a mechanical activator use the planetary mill AGO-2, which allows to obtain in the laboratory small batches of product for scientific research and development of technological stages.
По сравнению с прототипом заявляемое техническое решение позволяет проще и с большими выходами извлекать биологически активные вещества из биомассы одноклеточной водоросли рода Chlorella. Применение в заявленном способе дополнительной механической обработки биомассы Chlorella в мехактиваторах планетарного, вибрационного или виброцентробежного типа позволяет разрушить клетки водоросли, а также разупорядочить структуру клеточных стенок. Это приводит к увеличению проницаемости клеточных стенок для органических растворителей и ферментов, возрастанию их реакционной способности, позволяет сократить продолжительность операций экстракции и ферментативного гидролиза, затраты органических растворителей. Одновременно с этим увеличивается выход биологически активных веществ. Перечисленные выше достоинства заявленного способа делают его более экологически чистым, простым в исполнении и экономически эффективным, чем способ по прототипу.Compared with the prototype, the claimed technical solution makes it easier and with greater yields to extract biologically active substances from the biomass of unicellular alga of the genus Chlorella. The use in the claimed method of additional mechanical processing of Chlorella biomass in mechanical activators of a planetary, vibrational or vibrocentrifugal type allows to destroy algae cells, as well as to disorder the structure of cell walls. This leads to an increase in the permeability of cell walls for organic solvents and enzymes, an increase in their reactivity, and allows a reduction in the duration of extraction and enzymatic hydrolysis operations and the cost of organic solvents. At the same time, the yield of biologically active substances increases. The above advantages of the claimed method make it more environmentally friendly, simple to implement and cost effective than the prototype method.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011128468/10A RU2460771C1 (en) | 2011-07-08 | 2011-07-08 | Method of extracting biologically active substances from biomass of unicellular algae of chlorella species |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011128468/10A RU2460771C1 (en) | 2011-07-08 | 2011-07-08 | Method of extracting biologically active substances from biomass of unicellular algae of chlorella species |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2460771C1 true RU2460771C1 (en) | 2012-09-10 |
Family
ID=46938922
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011128468/10A RU2460771C1 (en) | 2011-07-08 | 2011-07-08 | Method of extracting biologically active substances from biomass of unicellular algae of chlorella species |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2460771C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2559007C1 (en) * | 2014-02-12 | 2015-08-10 | Автономная некоммерческая организация высшего профессионального образования "Белгородский университет кооперации, экономики и права" | Method for complex processing and efficient usage of fruit raw materials |
| RU2625741C1 (en) * | 2016-07-19 | 2017-07-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный аграрный университет" | Method for colibacteriosis treatment and prevention in broilers chicken |
| RU2695879C1 (en) * | 2018-12-01 | 2019-07-29 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") | Method of producing a pigment complex from the biomass of unicellular algae of chlorella genus |
| RU2700079C1 (en) * | 2018-11-08 | 2019-09-12 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение Биосинтез" | Method for producing fermentolysates of methylococcus capsulatus bacteria |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU207309A1 (en) * | А. Г. Нещадим, Г. А. Овчинникова , В. П. Ржехин Всесоюзный научно исследовательский институт жиров | FAT EXTRACTION METHOD | ||
| SU557785A1 (en) * | 1975-04-09 | 1977-05-15 | Ордена Ленина Институт Элементоорганических Соединений Ан Ссср | A method of processing microbial biomass |
| RU2005485C1 (en) * | 1991-04-12 | 1994-01-15 | Станислав Григорьевич Батраков | Method for production of medicine against animal skin diseases |
| RU2044770C1 (en) * | 1992-12-29 | 1995-09-27 | Мещерякова Аделия Леонидовна | Process for preparing biologically active substances from biomass or chlorella microalga |
| RU2148637C1 (en) * | 1997-08-04 | 2000-05-10 | Данилина Лидия Львовна | Method of biologically active substance preparing |
| RU2166868C1 (en) * | 2000-07-11 | 2001-05-20 | Институт микробиологии РАН | Method for obtaining biologically active product |
| RU2256700C1 (en) * | 2004-02-11 | 2005-07-20 | Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт орошаемого земледелия | Method for production of bioactive substance complex |
| RU2388812C1 (en) * | 2008-09-22 | 2010-05-10 | Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский и проектно-технологический институт по использованию техники и нефтепродуктов в сельском хозяйстве (ГНУ ВИИТиН) | Method for extraction of lipids from biomass |
| RU2430114C2 (en) * | 2008-12-22 | 2011-09-27 | Закрытое Акционерное Общество Научно-Исследовательский Институт "Росбио" | Method of producing carbohydrates via hydrolysis of polysaccharide complexes of algae (versions) |
-
2011
- 2011-07-08 RU RU2011128468/10A patent/RU2460771C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU207309A1 (en) * | А. Г. Нещадим, Г. А. Овчинникова , В. П. Ржехин Всесоюзный научно исследовательский институт жиров | FAT EXTRACTION METHOD | ||
| SU557785A1 (en) * | 1975-04-09 | 1977-05-15 | Ордена Ленина Институт Элементоорганических Соединений Ан Ссср | A method of processing microbial biomass |
| RU2005485C1 (en) * | 1991-04-12 | 1994-01-15 | Станислав Григорьевич Батраков | Method for production of medicine against animal skin diseases |
| RU2044770C1 (en) * | 1992-12-29 | 1995-09-27 | Мещерякова Аделия Леонидовна | Process for preparing biologically active substances from biomass or chlorella microalga |
| RU2148637C1 (en) * | 1997-08-04 | 2000-05-10 | Данилина Лидия Львовна | Method of biologically active substance preparing |
| RU2166868C1 (en) * | 2000-07-11 | 2001-05-20 | Институт микробиологии РАН | Method for obtaining biologically active product |
| RU2256700C1 (en) * | 2004-02-11 | 2005-07-20 | Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт орошаемого земледелия | Method for production of bioactive substance complex |
| RU2388812C1 (en) * | 2008-09-22 | 2010-05-10 | Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский и проектно-технологический институт по использованию техники и нефтепродуктов в сельском хозяйстве (ГНУ ВИИТиН) | Method for extraction of lipids from biomass |
| RU2430114C2 (en) * | 2008-12-22 | 2011-09-27 | Закрытое Акционерное Общество Научно-Исследовательский Институт "Росбио" | Method of producing carbohydrates via hydrolysis of polysaccharide complexes of algae (versions) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2559007C1 (en) * | 2014-02-12 | 2015-08-10 | Автономная некоммерческая организация высшего профессионального образования "Белгородский университет кооперации, экономики и права" | Method for complex processing and efficient usage of fruit raw materials |
| RU2625741C1 (en) * | 2016-07-19 | 2017-07-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный аграрный университет" | Method for colibacteriosis treatment and prevention in broilers chicken |
| RU2700079C1 (en) * | 2018-11-08 | 2019-09-12 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение Биосинтез" | Method for producing fermentolysates of methylococcus capsulatus bacteria |
| RU2695879C1 (en) * | 2018-12-01 | 2019-07-29 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") | Method of producing a pigment complex from the biomass of unicellular algae of chlorella genus |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Muhammad et al. | Modern developmental aspects in the field of economical harvesting and biodiesel production from microalgae biomass | |
| RU2460771C1 (en) | Method of extracting biologically active substances from biomass of unicellular algae of chlorella species | |
| TWI558722B (en) | Use of extraction residue of yeast extract | |
| KR20170023065A (en) | Method for extracting soluble proteins from microalgal biomass | |
| CN101381337A (en) | Astaxanthin extraction method | |
| CN103173273A (en) | Microalgae grease extraction method | |
| Vendruscolo et al. | Apple pomace as a substrate for fungal chitosan production in an airlift bioreactor | |
| Pocha et al. | Current advances in recovery and biorefinery of fucoxanthin from Phaeodactylum tricornutum | |
| CN1928098A (en) | Method for purifying lycopene | |
| CN103493969A (en) | Method for producing giant salamander polypeptide powder | |
| KR20170028353A (en) | Method for extracting soluble proteins from microalgal biomass | |
| Yaghmaei et al. | Production of chitosan by submerged fermentation from Aspergillus niger | |
| CN104031109A (en) | Method for purifying tea saponin by microbial fermentation | |
| Li et al. | Unit operations applied to cell disruption of microalgae | |
| MAGHSOUDI et al. | Comparison of solid substrate and submerged fermentation for chitosan production by Aspergillus niger | |
| Wu et al. | Extraction, functionality, and applications of Chlorella pyrenoidosa protein/peptide | |
| CN107208124A (en) | For the method for the component for being classified the biomass rich in protein microalgae | |
| Maghsoudi et al. | Influence of different nitrogen sources on amount of chitosan production by Aspergillus niger in solid state fermentation | |
| Thuy et al. | Deproteinization in purification of exopolysaccharide from Ophiocordyceps sinensis olive oil-stimulated culture. | |
| RU2695879C1 (en) | Method of producing a pigment complex from the biomass of unicellular algae of chlorella genus | |
| CA2874597C (en) | Method for chitosan production | |
| KR101646148B1 (en) | An energy efficient extraction method and device of wet microalgae with synergy effect of shear stress and functional polymer | |
| RU2680691C1 (en) | Method of obtaining chitin from hermetia illucens black soldier fly lavrae | |
| Dos Santos et al. | Downstream recovery of microalgal bioproducts with highlights on biorefineries | |
| CN1970783A (en) | Process for bio-catalytic preparation of zein peptide in organic medium |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130709 |