TWI630241B - Modulation method of phycocyanin - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種藻青素之調製方法，其特徵在於：在含有藻青素之藍藻類的懸浮液中加入幾丁聚醣，再加以過濾。

Description

藻青素之調製方法 發明領域
本發明關於藻青素之調製方法。
發明背景
螺旋藻等藍藻類中含有藻青素，因此而利用在健康食品等為機能性素材及食用色素。
在藍藻類之藻青素的調製方法方面，已知有專利文獻1至2之方法。
在專利文獻1、2中，揭示使用磷酸鈣為凝集劑之方法，但以該方法過濾速度極慢，且純度亦不足。因此曾考慮以離心分離去除不純物，但該情形時並無法完全去除不純物。由於分離後會提高含藻青素溶液中不純物之比例而引起阻塞，使過濾的固液分離步驟產生困難，因此無法再加入濾膜之除菌操作步驟。
由於藻青素對熱不安定因此在步驟中亦無法以加熱殺菌，亦不可能以濾膜除菌，因此非盡快將製品乾燥再於乾燥後將製品殺菌不可。
先前技術文獻 專利文獻
【專利文獻1]日本專利第4677250號
【專利文獻1]日本專利第4048420號
發明概要
因此本發明，目的在提供藍藻類中所含之藻青素的高效率且高純度之調製技術。
本發明，係提供以下，藻青素之調製方法。
第1項 一種藻青素之調製方法，其特徵在於：在含有藻青素之藍藻類的懸浮液中加入幾丁聚醣，再加以過濾。
第2項 如第1項記載之藻青素之調製方法，其供予過濾之懸浮液中之幾丁聚醣濃度為0.01至1重量%。
第3項 如第1或2項記載之藻青素之調製方法，其供予過濾之懸浮液含有緩衝液。
第4項 如第3項記載之藻青素之調製方法，其中前述緩衝液為磷酸緩衝液或乙酸緩衝液。
第5項 如第1至4項中任一項記載之藻青素之調製方法，其係在包含藻青素之藍藻類的懸浮液中加入幾丁聚醣及活性碳，再加以過濾。
第6項 如第5項中記載之藻青素之調製方法，其供予過濾之懸浮液中之幾丁聚醣濃度為0.01至1重量%，且活性碳之濃度為0.1至10重量%。
第7項 如第1至6項中任一項記載之藻青素之調製方 法，其係在幾丁聚醣與活性碳同時加入後再加以過濾。
在製造成藻青素之乾燥品或液狀品時，可以其製造不純物少而高品質之藻青素色素。同時亦可提高色素成分之回收率。又，在製造為液狀品時，可不經過在乾燥後進行殺菌後再溶解之不必要的步驟製造成除菌之液狀品。
在製造步驟之凝集步驟上使用之凝集劑可使用幾丁聚醣，在使其調配量最適化時，可保持以良好之過濾速度過濾而實行藻青素與藍藻濾渣之分離。
將凝集步驟改良亦可使引起膜阻塞的不純物(核酸成分等)藉由凝集步驟去除，因此可在其後之步驟中加入除菌操作步驟將含藻青素之溶液除菌。在製造步驟之較早階段除菌時，亦可防止在製造步驟中雜菌之污染而使品質降低。同時，製品亦無須乾燥，因此可減去不必要之步驟而使液狀品(占目前流通品之大部分)之製造容易。並且，在製造液狀品時，目前為止，在將乾燥之製品再度溶解在水中時，為防止激烈起泡之目的又有添加消泡劑(主成分為脂酸酯等)的必要，但以本發明，亦可不添加消泡劑而製造為液狀品。
再者，在幾丁聚醣之凝集步驟中，在併用活性碳促進不純物去除效果以顯著改良過濾性之同時，亦可能減輕主製造時所使用之濾布及精密濾膜的洗淨負擔。
用以實施發明之形態
本發明中，藍藻類之例，可舉如：螺旋藻(Spirulina)屬、節旋藻(Arthrospira)屬、依沙束絲藻(Aphanizomenon)屬、側生藻(Fischerella)屬、鱼腥藻(Anabaena)属、念珠藻(Nostoc)屬、集胞藻(Synechocystis)屬、原核綠球藻(Synechococcus)屬、單歧藻(Tolypothrix)屬、隱杆藻(Aphanothece)屬、鞭枝藻(Mastigoclaus)属、寬球藻(Pleurocapsa)屬等，其較佳例為可以工業規模生產，且安全性已確定而屬螺旋藻屬及節旋藻屬者。
調製藻青素之原料可使用生藍藻類，但亦可使用經過乾燥處理之藍藻類。藍藻類之乾燥品，可使用以生藍藻類依照常法之乾燥品，亦可使用商品化之乾燥品。
本發明之方法係調製成藍藻類之懸浮液。如在使用藍藻類之乾燥品時，可使用藍藻類之固形物份(乾燥品)為0.1至20重量%之乾燥品的懸浮液。而在使用生藍藻類時，可以依照此程度之固形物份調製懸浮液。
藍藻類的懸浮液，係以水懸浮藍藻類。懸浮液可由水及藍藻類構成，但為調整pH亦可將藍藻類懸浮在緩衝液中。該緩衝液方面，以使用磷酸緩衝液及乙酸緩衝液為佳，但並不限定於此類緩衝液。懸浮液之pH，以4至8程度為佳，5至7程度更佳。固定pH所用之鹽，可直接以固體添加，但亦可以水溶液之狀態添加在藍藻類或其懸浮液中。緩衝液之鹽(緩衝劑)的種類並無特別之限定，但以磷酸鹽、 乙酸鹽、檸檬酸鹽為佳，磷酸鹽、乙酸鹽更佳。在鹽之種類為磷酸鹽時，可以溶液添加在懸浮液中，但亦可以固體添加磷酸鹽。
磷酸鹽之例，可舉如：磷酸鈉、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉等之磷酸鈉；磷酸鉀、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀等之磷酸鉀；磷酸二氫銨等之水溶性磷酸鹽。磷酸緩衝液，以磷酸與鹼金屬(鈉、鉀、鋰等)之緩衝液為佳，如：磷酸二氫鈉與磷酸氫二鈉之緩衝液、磷酸二氫鉀與磷酸氫二鉀之緩衝液等。磷酸緩衝液，亦可使用磷酸三鈉及磷酸等其他之材料。磷酸緩衝液，以含磷酸二氫鈉與磷酸氫二鈉之緩衝液較佳。
乙酸鹽之例，可舉如：乙酸鈉、乙酸鉀、乙酸鋰、乙酸銨等之水溶性乙酸鹽。乙酸緩衝液，以乙酸與鹼金屬(鈉、鉀、鋰等)之緩衝液為佳，如：乙酸與乙酸鈉之緩衝液、乙酸與乙酸鉀之緩衝液等。乙酸緩衝液，亦可使用乙酸鈣或乙酸鎂及乙酸等其他之材料。
檸檬酸鹽之例，可舉如：檸檬酸鈉、檸檬酸二氫鈉、檸檬酸氫二鈉、檸檬酸三鈉等之檸檬酸鈉；檸檬酸鉀、檸檬酸二氫鉀、檸檬酸氫二鉀、檸檬酸三鉀等之檸檬酸鉀；檸檬酸二氫銨等之水溶性檸檬酸鹽。檸檬酸緩衝液，以檸檬酸與鹼金屬(鈉、鉀、鋰等)之緩衝液為佳，如：檸檬酸二氫鈉與檸檬酸氫二鈉之緩衝液、檸檬酸二氫鉀與檸檬酸氫二鉀之緩衝液、檸檬酸與檸檬酸三鈉之緩衝液等。檸檬酸緩衝液，亦可使用檸檬酸鈣及檸檬酸等其他之材料。
緩衝液，以使緩衝劑之濃度在懸浮液中為0.1至10重量%之濃度添加為佳，0.3至3重量%之濃度更佳。
例如，磷酸緩衝液，可以磷酸+磷酸鹽之濃度在懸浮液中為0.1至10重量%之濃度添加，0.3至3重量%之濃度更佳。
乙酸緩衝液，可以乙酸+乙酸鹽之濃度在懸浮液中為0.1至10重量%之濃度添加，0.3至3重量%之濃度更佳。
檸檬酸緩衝液，可以檸檬酸+檸檬酸鹽之濃度在懸浮液中為0.1至10重量%之濃度添加，0.1至1重量%之濃度更佳。
藍藻類的懸浮液中，係再加入幾丁聚醣。該幾丁聚醣，可有效地吸著藍藻類由來之不純物，因此可以過濾容易地去除不純物。添加幾丁聚醣，可使過濾速度更為提高。幾丁聚醣之配合量，相對於懸浮液以0.01至1重量%程度為佳，0.03至0.8重量%程度更佳，0.05至0.5重量%程度又更佳。在幾丁聚醣之配合量過少時，會阻塞而使過濾速度降低，在幾丁聚醣之配合量過多時亦會降低過濾速度。亦即，幾丁聚醣方面存在最適之配合量。
最適之幾丁聚醣濃度，在磷酸緩衝液與乙酸緩衝液中並不同。在使用乙酸緩衝液時幾丁聚醣較佳之配合量，為0.05至0.3重量%程度；在使用檸檬酸緩衝液時幾丁聚醣較佳之配合量，為0.1至0.6重量%程度。
再者，最適之幾丁聚醣濃度，係在於緩衝液之濃度。亦即，在緩衝液之濃度濃時幾丁聚醣之配合量以多為 佳，在緩衝液之濃度稀時幾丁聚醣之配合量以少為佳。
較佳之實施形態，係將幾丁聚醣及活性碳加在藍藻類之懸浮液中，再將其過濾。當中幾丁聚醣與活性碳之添加順序不拘，可在幾丁聚醣添加後再添加活性碳，亦可在活性碳添加後再添加幾丁聚醣，或幾丁聚醣與活性碳同時添加亦可。而以在幾丁聚醣及活性碳存在下進行過濾較佳。活性碳之配合量並無特別之限定，較佳之配合量，為0.05至5重量%程度，更好是配合量，為0.1至2重量%程度。
較佳實施形態之一，係在幾丁聚醣及活性碳同時添加之後加以過濾。當中，所謂「同時」，為在同一溶液中共同存在之意，但添加之順序及時間並無限制。
在進行懸浮液之調製及過濾時水懸浮液之溫度以5至50℃程度為佳，10至35℃程度更佳。
在得到藻青素色素之調製液時亦可對水懸浮液進行超音波處理及攪拌處理。攪拌可以極慢，亦可以使懸浮液不致相當激烈地劇烈起泡之程度提高攪拌速度操作。同時，攪拌亦可間歇地進行。在將幾丁聚醣、視必要添加活性碳並經過一定時間攪拌後，即可加以過濾。攪拌等之時間，以如1分鐘至24小時為佳，15分鐘至5小時程度更佳。之後在幾丁聚醣、活性碳在懸浮液中已均一地混合後，再進行過濾。該懸浮液可至過濾完了為止進行攪拌，亦可予以靜置。至過濾完了的時間，以如1分鐘至64小時為佳，3分鐘至24小時程度更佳。
如此操作得到之藻青素，可以溶液狀態(濾液)供 給使用，亦可再加以濃縮。濃縮之方法，可使溶液中夾雜之低分子性色素、有機不純物、及無機離子之含量減少，如此可提高精製度，而以超過濾濃縮為佳。該超過濾中所使用之超過濾膜，以分畫之分子量為1,000至30,000為佳，5,000至20,000更佳。
除菌操作，在以溶液狀態加熱時會使色素分解，因此以過濾膜(MF膜)進行為佳。藉使用幾丁聚醣及活性碳，可將發生阻塞之成分去除，而可使過濾膜之過濾無問題。以本發明之調製方法得到之藻青素，可以加入醣類(海藻醣、甘油醇等)、鹽類(如檸檬酸鹽)等而安定化為水溶液，或經過乾燥步驟，以乾燥粉末提供。乾燥方法，只要為不使藻青素變性老化之條件均可，而以噴霧乾燥、減壓乾燥、冷凍乾燥較佳。
本說明書中之用語「幾丁聚醣」，係指由蟹、蝦等甲殼類之外骨格與無機物(鈣化合物)共同形成之成分之幾丁質經過脫乙醯化，而可溶於酸性水溶液者。幾丁聚醣之化學構造，特徵為該幾丁質經過脫乙醯化之幾丁聚醣在分子內含有多數之胺基構造。
本發明中所使用之「活性碳」，並無特別之限定，可廣泛使用市場流通的全種類之活性碳。該活性碳可為粉末狀亦可為顆粒狀。活性碳之原料，可舉如：椰子殼、棕櫚椰子、果實種子、木屑、桉、松等植物系、煤炭系、石油系之焦炭及以其為原料之瀝青的碳化物、聚酚樹脂、聚氯乙烯樹脂、聚二氯乙烯樹脂等，而以使用椰子殼、棕櫚 椰子、果實種子、木屑、桉、松等植物系由來之材料者較佳。活性碳之比表面積以500至3000m2/g程度為佳，800至2500m2/g程度更佳。
本發明中所使用之幾丁聚醣，以盡可能不含不純物為佳。不純物含量，以約10重量%以下為佳，約5重量%以下更佳，約1重量%以下又更佳。
本發明中所使用之幾丁聚醣，可以水溶液使用，亦可以水以外之溶劑溶解後使用。同時幾丁聚醣亦可不溶解在水及溶劑中而以粉體或固體原態直接添加在藻類之懸浮液中。
實施例
以下，再以實施例詳細說明本發明。
(使用之凝集劑)
．聚氯化鋁(PAC：陽離子系高分子凝集劑)
製品名Taipac(大明化學工業公司製造)
．甲基丙烯酸二甲基胺基乙酯氯化甲烷鹽同質聚合物(陽離子系高分子凝集劑)
製品名Taipolymer TC-580(大明化學工業公司製造)
．甲基丙烯醯胺-丙烯酸鈉共聚物(陰離子系高分子凝集劑)
製品名Taipolymer TA945(大明化學工業公司製造)
．幾丁質幾丁聚醣(陽離子系高分子凝集劑)
．活性碳
製品名 富士活性炭 花F1-W50(SeraChem公司製造)
實施例1
(方法)
將螺旋藻乾燥藻體懸浮於磷酸鈉溶液(0.82%磷酸二氫鈉+0.84%磷酸氫二鈉)中，並於20℃下緩緩攪拌16小時抽出藻青素成分。之後於本抽出液中，添加各種凝集劑，並以濾紙進行過濾(100ml級)，在最初1分鐘再進行濾液量之測定及濾液之分析。藻青素之吸收波為A618nm，不純物之指標，係計算相對於A618值之A260nm(核酸之最大吸收帶)值。色值殘餘率(過濾步驟之回收率)，係表示相對於未處理(未進行凝集劑處理之濾液)之A618值之相對值。
(結果)
如表1、表2所示，以幾丁聚醣處理之過濾速度最快，且濾液中不純物之比例亦最低。色值殘餘率，亦以幾丁聚醣處理為最高。同時，除菌操作用濾膜之濾液通過量亦以幾丁聚醣處理為最高。
得到之藻青素溶液，260nm附近之核酸等不純物之極大吸收與未凝集劑處理及以磷酸鈣處理之先前方法比較大為降低，因此可知本發明之色素液幾乎不含螺旋藻由來之不純物。
實施例2
(方法)
將螺旋藻乾燥藻體懸浮於磷酸鈉溶液(磷酸二氫鈉及磷酸氫二鈉之重量比不變，而濃度改變之各種溶液)或乙酸 鈉與乙酸之混合液中，並於20℃下緩緩攪拌16小時抽出藻青素成分。之後於本抽出液中，添加幾丁聚醣(Flonac C)，並以濾紙進行過濾(100ml級)，在最初1分鐘再進行濾液量之測定及濾液之分析。藻青素之吸收波為A618nm，不純物之指標，係計算相對於A618值之A260nm(核酸之最大吸收帶)值。色值殘餘率(過濾步驟之回收率)，係表示相對於未處理(未進行凝集劑處理之溶液)之A618值之相對值。
(結果)
如表3所示，在所有於鹽濃度0%(自來水)、或者各種濃度之磷酸緩衝液、或乙酸緩衝液中懸浮螺旋藻乾燥藻體之情形中，幾丁聚醣處理可以良好之過濾速度進行過濾，濾液中之不純物的比例亦低。同時除菌操作用濾膜亦可完全保持濾液之通過量。
實施例3及比較例1
依照以下之程序，以離心分離(比較例1)或過濾(實施例3)進行藻青素之調製。
(i)抽出：在磷酸Buffer(0.86%磷酸二氫鈉+0.88%磷酸氫二鈉)中分散螺旋藻粉末3%，並攪拌15小時抽出。
(ii)凝集：在抽出液中添加0.3%之水溶性幾丁聚醣，使其凝集。
(iii)固液分離：以濾紙過濾，並回收濾液。
離心係以440至10,000×g之條件進行離心分離10分鐘，並回收上清液。
(iv)分析：係測定在0.45μm濾膜下各回收液的通液量。
濾紙：使用ADVANTEC No.2定性濾紙
離心機：使用日立SCR20B，斜角轉陀(50F-6A)
其結果如以下表4所示。
以過濾得到之藻青素調製液，較諸以離心分離得到之藻青素調製液，其0.45μm濾膜的通液量較多。由此結 果可知，過濾之一方所產生的阻塞之不純物較少。
由此結果，可知以本發明，可減低在主製造中在過濾後精密過濾步驟中對膜之負擔，因此可能減低因阻塞的膜之再生步驟。
由以上之結果，在使用幾丁聚醣之藻青素之調製中較諸離心分離亦以過濾者較佳。
實施例4
係依照以下之程序，將藻青素之調製以「以幾丁聚醣及活性碳同時處理」或「以幾丁聚醣及活性碳分別處理」進行。
分別處理步驟：「抽出」→「凝集(幾丁聚醣)處理」→「過濾」→「活性碳處理」→「過濾」
同時處理步驟：「抽出」→「幾丁聚醣+活性碳處理」→「過濾」
(i)抽出：在磷酸Buffer(0.86%磷酸二氫鈉+0.88%磷酸氫二鈉)中分散螺旋藻粉末3%，並攪拌15小時抽出。
(ii)幾丁聚醣處理：在抽出液中添加水溶性幾丁聚醣0.4%，使其凝集。
(iii)活性碳處理：在抽出液中添加活性碳0.5%，並攪拌1小時。
(iv)過濾：使用濾紙，並回收濾液。
(v)分析：係測定在0.45μm濾膜下各回收液的通液量。
其結果如以下表5所示。
結果可知同時處理步驟較諸分別處理步驟其0.45μm濾膜的通液量較多。同時可知同時處理步驟引起阻塞之不純物亦較少。
因此以幾丁聚醣及活性碳進行同時處理，可減低在主製造中在過濾後之精密過濾步驟中對膜之負擔，因此可減低因阻塞的膜之再生步驟。
由以上之結果，在使用幾丁聚醣及活性碳之藻青素之調製中較諸分別處理步驟亦以同時處理步驟較佳。
實施例5及比較例2
係依照以下之程序，將以幾丁聚醣及活性碳同時處理之藻青素之調製以離心分離(比較例2)或過濾(實施例5)進行：
(i)抽出：在磷酸Buffer(0.86%磷酸二氫鈉+0.88%磷酸氫二鈉)中分散螺旋藻粉末3%，並攪拌15小時抽出。
(ii)凝集：在抽出液中添加0.3%之水溶性幾丁聚醣，使其凝集。
活性碳處理：在抽出液中添加0.3%之活性碳，並緩緩攪拌1小時。
(iii)固液分離：以濾紙過濾，並回收濾液。
離心係以10,000×g之條件進行離心分離10分鐘，並回收上清液。
(iv)分析：係測定在0.45μm濾膜各回收液的通液量。
濾紙：使用ADVANTEC No.2定性濾紙
離心機：使用日立SCR20B，斜角轉鉈(50F-6A)
其結果如以下表6所示。
在同時處理條件中，過濾及離心分離下0.45μm濾膜的通液量係以過濾處理明顯可得較佳的結果。
由表6之結果，在藻青素之調製中，在以幾丁聚醣及活性碳同時處理，並且，不以離心分離而以過濾法時，可去除阻塞0.45μm濾膜的不純物。
產業上之可利用性
本發明中之藻青素之調製方法，可由藍藻類之懸浮液以高純度且快速地調製藻青素，而可以極有效率地去除藍藻類濾渣、不要之蛋白質、核酸等。而且本發明，對先前使用磷酸鈣反應而以凝集過濾或離心分離之藻青素的調製方法之問題點，可使精密過濾非透過性不純物，在精密過濾步驟前去除，因此結果，可製造藻青素之液狀品。 同時，以凝集時併用活性碳亦可期待減輕主製造時以下步驟之作業。
<過濾步驟>
．由於濾渣之壓榨可以完全，因此可提高濾液之回收量。
．由於過濾加壓機等之濾布不易阻塞，因此可處理之液量亦可大量增加。
．使用後濾布之洗淨亦容易。
．由濾布取下濾渣容易。因此可能以全自動加壓過濾機由控制而自動運轉。
<精密過濾步驟>
．由於精密膜透過速度增加，因此處理之液量亦可大量增加。
．由於膜之阻塞顯著減少，洗淨(再生)更為簡便。

Claims (9)

  1. 一種藻青素之調製方法，其特徵在於：在含有藻青素之藍藻類的懸浮液中加入幾丁聚醣，再加以過濾，且前述供予過濾之懸浮液中之幾丁聚醣濃度為0.05至1重量%。
  2. 如申請專利範圍第1項之藻青素之調製方法，其中幾丁聚醣之濃度為0.05至0.8重量%。
  3. 如申請專利範圍第1項之藻青素之調製方法，其中幾丁聚醣之濃度為0.05至0.5重量%。
  4. 如申請專利範圍第1項之藻青素之調製方法，其供予過濾之懸浮液含有緩衝液。
  5. 如申請專利範圍第4項之藻青素之調製方法，其中前述緩衝液為磷酸緩衝液或乙酸緩衝液。
  6. 如申請專利範圍第1項之藻青素之調製方法，其係在含有藻青素之藍藻類懸浮液中加入幾丁聚醣及活性碳，再加以過濾。
  7. 如申請專利範圍第4項之藻青素之調製方法，其供予過濾之懸浮液中之幾丁聚醣濃度為0.05至1重量%，且活性碳之濃度為0.1至10重量%。
  8. 如申請專利範圍第6項之藻青素之調製方法，其係在幾丁聚醣與活性碳同時加入後再加以過濾。
  9. 如申請專利範圍第7項之藻青素之調製方法，其係在幾丁聚醣與活性碳同時加入後再加以過濾。
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