RU2799540C1 - Способ получения продукта с с-фикоцианином из биомассы спирулины - Google Patents
Способ получения продукта с с-фикоцианином из биомассы спирулины Download PDFInfo
- Publication number
- RU2799540C1 RU2799540C1 RU2022112113A RU2022112113A RU2799540C1 RU 2799540 C1 RU2799540 C1 RU 2799540C1 RU 2022112113 A RU2022112113 A RU 2022112113A RU 2022112113 A RU2022112113 A RU 2022112113A RU 2799540 C1 RU2799540 C1 RU 2799540C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phycocyanin
- biomass
- product
- extraction
- minutes
- Prior art date
Links
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 title claims abstract description 32
- 240000002900 Arthrospira platensis Species 0.000 title claims abstract description 9
- 235000016425 Arthrospira platensis Nutrition 0.000 title claims abstract description 9
- 229940082787 spirulina Drugs 0.000 title claims abstract description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 21
- 108010053210 Phycocyanin Proteins 0.000 claims abstract description 41
- 239000000284 extract Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims abstract description 15
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000003809 water extraction Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 2
- 235000013305 food Nutrition 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 16
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 7
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 7
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 6
- 241000192700 Cyanobacteria Species 0.000 description 4
- 102220547770 Inducible T-cell costimulator_A23L_mutation Human genes 0.000 description 3
- 239000002537 cosmetic Substances 0.000 description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 3
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 3
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- MZVQCMJNVPIDEA-UHFFFAOYSA-N [CH2]CN(CC)CC Chemical group [CH2]CN(CC)CC MZVQCMJNVPIDEA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BFNBIHQBYMNNAN-UHFFFAOYSA-N ammonium sulfate Chemical compound N.N.OS(O)(=O)=O BFNBIHQBYMNNAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052921 ammonium sulfate Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000011130 ammonium sulphate Nutrition 0.000 description 2
- 229940011019 arthrospira platensis Drugs 0.000 description 2
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 2
- 238000004255 ion exchange chromatography Methods 0.000 description 2
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 2
- 239000008363 phosphate buffer Substances 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 108010004729 Phycoerythrin Proteins 0.000 description 1
- 239000012506 Sephacryl® Substances 0.000 description 1
- 108010004469 allophycocyanin Proteins 0.000 description 1
- 239000001166 ammonium sulphate Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000000840 anti-viral effect Effects 0.000 description 1
- 239000003963 antioxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000003078 antioxidant effect Effects 0.000 description 1
- 239000006286 aqueous extract Substances 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 235000013361 beverage Nutrition 0.000 description 1
- 229940088623 biologically active substance Drugs 0.000 description 1
- 235000010410 calcium alginate Nutrition 0.000 description 1
- 229960002681 calcium alginate Drugs 0.000 description 1
- 239000000648 calcium alginate Substances 0.000 description 1
- OKHHGHGGPDJQHR-YMOPUZKJSA-L calcium;(2s,3s,4s,5s,6r)-6-[(2r,3s,4r,5s,6r)-2-carboxy-6-[(2r,3s,4r,5s,6r)-2-carboxylato-4,5,6-trihydroxyoxan-3-yl]oxy-4,5-dihydroxyoxan-3-yl]oxy-3,4,5-trihydroxyoxane-2-carboxylate Chemical compound [Ca+2].O[C@@H]1[C@H](O)[C@H](O)O[C@@H](C([O-])=O)[C@H]1O[C@H]1[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O[C@H]2[C@H]([C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O2)C([O-])=O)O)[C@H](C(O)=O)O1 OKHHGHGGPDJQHR-YMOPUZKJSA-L 0.000 description 1
- 238000004587 chromatography analysis Methods 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 235000013373 food additive Nutrition 0.000 description 1
- 239000002778 food additive Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 229910052588 hydroxylapatite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 230000002757 inflammatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 1
- 235000016709 nutrition Nutrition 0.000 description 1
- 235000019629 palatability Nutrition 0.000 description 1
- XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D pentacalcium;hydroxide;triphosphate Chemical compound [OH-].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D 0.000 description 1
- 230000000243 photosynthetic effect Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000028016 temperature homeostasis Effects 0.000 description 1
- 210000004881 tumor cell Anatomy 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к области биотехнологии и пищевой промышленности. Способ получения продукта с С-фикоцианином из биомассы спирулины А. (S.) platensis, используемой в качестве сырья, включающий водную экстракцию из сухой биомассы и сушку полученного продукта, отличающийся тем, что экстракцию проводят дистиллированной водой 3-4 раза в соотношении 1:6 сухая биомасса : вода при температуре 39±1°С в течение 40 минут, затем полученные экстракты объединяют и осаждают центрифугированием при 8000 об/мин в течение 15 минут частицы разрушенной биомассы, и высушивают посредством лиофильной сушки для получения продукта с высоким содержанием С-фикоцианина. Изобретение позволяет упростить способ получения продукта, а также получить продукт с длительным сроком хранения. 2 пр.
Description
Изобретение относится к области биотехнологии и пищевой промышленности, а именно к способам получения порошкообразного продукта, который в дальнейшем может использоваться в качестве биологически активных добавок к пище, в медицине, косметике и т.д.
Известно, что биомасса A.(S.) platensis характеризуется высокой концентрацией легкоусвояемого белка, в том числе биологически активного С-фикоцианина, концентрация которого может достигать 15% от сухой массы (Han et al., 2021). По своей природе С-фикоцианин - специфический фотосинтетический пигмент, белковой природы, входящий в состав синезеленых микроводорослей (цианобактерий) вместе с фикоэритрином и аллофикоцианином (Garcia et al., 2021; Ghosh, Mishra, 2020). В настоящее время на практике С-фикоцианин широко используется в фармацевтике, в пищевой промышленности, а также в косметике как краситель (Sonani et al., 2016), поскольку С-фикоцианин - биологически активное вещество, обладает антиоксидантной и антивирусной активностью (Han et al., 2021). С-фикоцианин способен подавлять развитие опухолевых клеток, снижать содержание медиаторов воспаления и т.д. (Jiang et al., 2017).
В настоящее время известны способы получения белковых препаратов, в том числе способы выделения С-фикоцианина из биомассы микроводорослей, но разработка новых эффективных способов не теряет актуальности.
Известен способ, включающий выделение С-фикоцианина из сине-зеленой водоросли при помощи многостадийной хроматографии на гидроксиапатите и сефакриле HR-200. (Li et al., 2005). Недостатки способа заключаются в его трудоемкости, длительности и многостадийности процесса, поэтому данный способ трудно использовать для получения фикоцианина в промышленных масштабах.
Известен Способ получения продукта с содержанием С-фикоцианина из спирулины (3. №2021120794, RU, МПК A23L 1/337, A23L 1/10, C12N 1/12, 13.07.2021), в виде порошка с содержанием С-фикоцианина, который получают из сырой биомассы спирулины путем экстракции через альгинат кальция. Недостатком способа является получение экстракта с низкой концентрацией С-фикоцианина. Кроме того, одна процедура экстракции С-фикоцианина дистиллированной водой из сырой биомассы в форме гранул не позволяет добиться полного извлечения пигментов из биомассы, а многократная экстракция в значительной мере увеличивает суммарный объем экстрактов.
Известен Метод экстракции водорастворимых соединений из микроводорослей и/или цианобактерий (3. 20210146275, US, МПК A23L 33/10, 2021). Биомассу (Arthrospira platensis) смешивают с водным раствором экстракции (фосфатный буфер рН 7) в соотношении 1/20; то есть 1 г биомассы на 20 г водного раствора. На смесь воздействуют ультразвуком малой мощности (30 Вт) в течение 10 минут с терморегуляцией при 20°С. Никакого давления на систему не оказывается. Затем экстракты центрифугируют в течение 10 минут при 8000 об/мин, затем фильтруют тупиковой фильтрацией на Бюхнере (пористость 8 мкм) для удаления возможных взвешенных частиц. Полученный экстракт имеет голубой цвет из-за присутствия фикоцианина (8,34 г/100 г сухого вещества (МС) и содержит 33,36 г/100 г МС белков. Недостатком является использование фосфатного буфера, ухудшающего пищевые и вкусовые качества продукта. Кроме того, при соотношении 1:20 получают экстракт с низкой концентрацией С-фикоцианина, что увеличивает расходы на сушку, а избранная температура экстракции не является оптимальной.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному способу получения продукта с содержанием С-фикоцианина из биомассы Spirulina platensis является Способ получения белкового препарата из цианобактерий (Пат.2320195, РФ, A23J 3/20, A23J 3/32, С09В 61/00, C12N 1/12, 2008), включающий водную экстракцию, фракционную преципитацию сернокислым аммонием концентрацией от 20 до 70% от насыщения, по завершению каждой стадии проводят центрифугирование с отделением белкового осадка, обработку которого далее осуществляют на диэтиламиноэтиловом активированном носителе методом ионообменной хроматографии, с последующей обработкой на мембранной установке до содержания солей не более 5% и сушкой готового продукта до влажности не более 3%. По завершении всех стадий получается белковый препарат, который содержит достаточное количество такого компонента, как фикоцианин. Недостатком способа является использование дорогостоящего оборудования, трудоемкость и высокая себестоимость продукта.
Задачей заявленного изобретения является упрощение способа получения продукта с содержанием С-фикоцианина.
Техническим результатом заявляемого изобретения является получение продукта с высоким содержанием С-фикоцианина из биомассы A.(S.) platensis, чистота которого достаточна для использования в пище, косметике и пр., а также с длительным сроком хранения продукта. Кроме того, себестоимость конечного продукта значительно ниже, чем в известном продукте благодаря упрощению способа и отказу от дорогостоящего оборудования.
Указанный технический результат достигается экстракцией С-фикоцианина дистиллированной водой из сухой измельченной биомассы A. (S.) platensis с высокой долей С-фикоцианина (15-16%) с последующей лиофильной сушкой экстракта. Экстракцию проводят 3-4 раза дистиллированной водой при температуре 38-40°С в течение 40 минут до полного разрушения целостности клеток A.(S.) platensis. При этом соотношение сухая биомасса и дистиллированная вода составляет 1:6. Полученные экстракты центрифугируют при 8000 об/мин для удаления остатков разрушенной биомассы A.(S.) platensis. Полученный водный экстракт С-фикоцианина подвергают лиофильной сушке, в результате которой получают порошкообразный продукт с высоким содержанием С-фикоцианина.
Общими с прототипом являются экстракция С-фикоцианина водой, а также лиофильная сушка экстракта.
Отличительные признаки заявляемого способа от прототипа, экспериментально подобранные авторами в оптимальных границах достижения технического результата, заключаются в следующем:
- проведение экстракции дистиллированной водой 3-4 раза при температуре 39±1°С в течение 40 минут до полного разрушения целостности клеток A.(S.) platensis при соотношении сухая биомасса: дистиллированная вода, составляющем 1:6, обеспечивают выход С-фикоцианина из биомассы A.(S.) platensis 90-95%.
- полученный объединенный экстракт центрифугируют при 8000 об/мин в течение 15 мин для удаления остатков разрушенной биомассы A.(S.) platensis. и подвергают лиофильной сушке, в результате которой получают порошкообразный продукт с высоким содержанием С-фикоцианина (300 мг/г сухого порошка). Продукт характеризуется высокой стабильностью С- фикоцианина. При хранении продукта в темном месте в закупоренной склянке при температуре 5-7°С скорость разрушения С-фикоцианина не превышает 0,5 мг/г сухого вещества в месяц.
Упрощение способа заключается в том, что не проводят фракционную преципитацию сернокислым аммонием с последующим центрифугированием и обработкой на диэтиламиноэтиловом активированном носителе методом ионообменной хроматографии.
Проведенный патентный поиск по теме изобретения, а также анализ доступной научно-технической литературы не выявили идентичных разработок. Эти позволяет сделать вывод о наличии новизны в предлагаемом техническом решении. Представленные отличительные признаки обеспечивают достижение технического результата в решении поставленной задачи и свидетельствуют об изобретательском уровне. Способ может быть воспроизведен неоднократно и не требует использования исключительных средств для осуществления, что свидетельствует о промышленной применимости.
Изобретение поясняется описанием, примерами выполнения.
Примеры реализации способа
Пример 1
Культуру A. (S.) platensis выращивали в лабораторных условиях в режиме хемостата в плоскопараллельных культиваторах объемом 3 л на стандартной питательной среде Заррук при круглосуточном освещении (20 клк) и температуре 33-35°С в квазинепрерывном режиме с удельной скоростью протока 0,1 сут-1. В таких условиях получали биомассу с высокой концентрацией С-фикоцианнина (16% от сухой массы). Навеску 100 г биомассы высушивали в течение 24 ч в токе теплого воздуха при 38-40°С до остаточной влажности 7%. Затем биомассу измельчали в ступке до мелкодисперсного порошка, количественно переносили в стакан, добавляли дистиллированную воду в соотношении сухая биомасса и дистиллированная вода 1:6 и проводили 4-х кратную экстракцию в термостате при 38-40°С в течение 40 минут до полного извлечения пигментов. Полученные экстракты С-фикоцианина объединяли и центрифугировали (8000 об/мин) в течение 15 минут для осаждения частиц разрушенной биомассы. Осадок удаляли, а экстракт С-фикоцианина высушивали посредством лиофильной сушки. В результате получали порошкообразный продукт с высоким содержанием С-фикоцианина (300 мг/г сухого порошка). Доля С-фикоцианина составляла 30%.
Пример 2
50 г биомассы спирулины с массовой долей С-фикоцианина 12%, приобретенной у ООО Агро-Виктория (г. Сочи), измельчали в ступке до мелкодисперсного порошка, количественно переносили в стакан, добавляли дистиллированную воду в соотношении сухая биомасса и дистиллированная вода 1:6 и проводили трижды экстракцию в термостате при 38-40°С в течение 40 минут. Полученный экстракт С-фикоцианина центрифугировали (8000 об/мин) в течение 15 минут для осаждения частиц разрушенной биомассы. Осадок удаляли, а экстракт С-фикоцианина высушивали посредством лиофильной сушки. В результате получали порошкообразный продукт с высоким содержанием С-фикоцианина (200 мг/г сухого порошка).
Источники литературы:
1. Garcia А.В., Longo E., Bermejo R. The application of a phycocyanin extract obtained from Arthrospira platensis as a blue natural colorant in beverages // Journal of Applied Phycology. - 2021. - Vol.33. - P. 3059-3070. doi: 10.1007/s 10811-021 -02522-z.
2. Ghosh T., Mishra S. Studies on Extraction and Stability of C-Phycoerythrin From a Marine Cyanobacterium // Frontiers in Sustainable Food Systems. - 2020.-Vol.4, iss. 102. -P. 1-12. doi: 10.3389/fsufs.2020.00102.
3. Han P., Li J., Zhong H., Xie J., Zhang P., Lu Q., Li J., Xu P., Chen P., Leng L.,
Zhou W. Anti-oxidation properties and therapeutic potentials of spirulina // Algal Research. - 2021. - Vol.55. - P. 1-12. doi:
10.1016/j.algal.2021.102240.
4. Jiang L., Wang Y., Yin Q., Liu G., Liu H., Fluang Y., Li B. Phycocyanin: A Potential Drug for Cancer Treatment // Journal of Cancer. - 2017. - Vol.8, iss. 17. -P. 3416-3429. doi: 10.7150/jca.21058.
5. Li B., Zhang X., Gao M., Chu X. Effects of CD59 on antitumoral activities of phycocyanin from Spirulina platensis // Biomed Pharmacother. - 2005. - V.59, N 10.-Р.551-560.
6. Sonani R.R., Rastogi R.P., Patel R., Madamwar D. Recent advances in production, purifcation and applications of phycobiliproteins // World Journal of Biological Chemistry. - 2016. - Vol.7, iss. 1. - P. 100-109. doi: 10.4331/wjbc.v7.i1.100.
Claims (1)
- Способ получения продукта с С-фикоцианином из биомассы спирулины А. (S.) platensis, используемой в качестве сырья, включающий водную экстракцию из сухой биомассы и сушку полученного продукта, отличающийся тем, что экстракцию проводят дистиллированной водой 3-4 раза в соотношении 1:6 сухая биомасса : вода при температуре 39±1°С в течение 40 минут, затем полученные экстракты объединяют и осаждают центрифугированием при 8000 об/мин в течение 15 минут частицы разрушенной биомассы, и высушивают посредством лиофильной сушки для получения продукта с высоким содержанием С-фикоцианина.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2799540C1 true RU2799540C1 (ru) | 2023-07-05 |
Family
ID=
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1117973A (zh) * | 1994-08-31 | 1996-03-06 | 张媛贞 | 钝顶节旋藻藻蓝蛋白及其应用 |
| RU2320195C1 (ru) * | 2006-05-31 | 2008-03-27 | Владимир Кимович Мазо | Способ получения белкового препарата из цианобактерий |
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1117973A (zh) * | 1994-08-31 | 1996-03-06 | 张媛贞 | 钝顶节旋藻藻蓝蛋白及其应用 |
| RU2320195C1 (ru) * | 2006-05-31 | 2008-03-27 | Владимир Кимович Мазо | Способ получения белкового препарата из цианобактерий |
Non-Patent Citations (1)
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Pan-utai et al. | Extraction of C-phycocyanin from Arthrospira (Spirulina) and its thermal stability with citric acid | |
| Mobin et al. | Some promising microalgal species for commercial applications: a review | |
| Pan-utai et al. | Physical extraction and extrusion entrapment of C-phycocyanin from Arthrospira platensis | |
| Morist et al. | Recovery and treatment of Spirulina platensis cells cultured in a continuous photobioreactor to be used as food | |
| Gorgich et al. | Enhancing extraction and purification of phycocyanin from Arthrospira sp. with lower energy consumption | |
| Pooja | Algae used as medicine and food-a short review | |
| CN102433015B (zh) | 蓝藻色素的制备方法 | |
| CN108610274B (zh) | 一组环γ-聚谷氨酸系列分子及其制备方法和应用 | |
| CN103361393A (zh) | 一种大鲵低聚肽的制备方法 | |
| Joshi et al. | To evaluate lab scale cultivation of Spirulina by using different substrates and to evaluate its chlorophyll and protein content | |
| US20210300975A1 (en) | Process for the separation and purification of phycobiliproteins | |
| CN101743019A (zh) | 用于消化道或泌尿道病症的细菌提取物及其制备方法 | |
| RU2799540C1 (ru) | Способ получения продукта с с-фикоцианином из биомассы спирулины | |
| US10745351B2 (en) | Method of producing phycocyanin powder | |
| RU2171066C1 (ru) | Продукт, обогащенный свободными аминокислотами, и способ его получения | |
| WO2018033814A1 (en) | A process for the extraction of phycocyanin | |
| WO2023015792A1 (zh) | 一种藻蓝蛋白快速提取方法 | |
| FR2789399A1 (fr) | Procede de fabrication d'extraits de micro-organismes photosynthetiques tels que notamment de spiruline | |
| RU2320195C1 (ru) | Способ получения белкового препарата из цианобактерий | |
| KR102762662B1 (ko) | 광조건에 따른 피코시아닌의 제조방법 | |
| CN103920161A (zh) | 一种在细胞膜微囊中高效装载药物的方法 | |
| Beattie et al. | Extraction of phycocyanin and phycoerythrin pigments | |
| CN102696942A (zh) | 一种含海洋生物多糖营养胶囊的制备方法 | |
| CN106221887A (zh) | 一种高效提取海洋球石藻细胞总脂的方法 | |
| CN109369781A (zh) | 一种麒麟菜抗氧化四肽及其应用 |