酶法与研磨法协同有机溶剂萃取雨生红球藻中虾青素的方法

摘要

本发明涉及一种酶法与研磨法协同有机溶剂萃取雨生红球藻中虾青素的方法，属于藻类色素萃取技术领域。现有的酶解法提取虾青素的酶解时间通常为15小时以上，而本发明的方法，在酶解过程中进行研磨同时辅助有机溶剂萃取，整个提取过程仅需3-6小时，耗时缩短了57-78％，大大节约了时间成本。采用果胶酶进行酶解，酶解pH为4.0-6.0；先将酶解液干燥然后用乙酸乙酯萃取。总之，本发明的方法通过采用果胶酶酶解与特定的研磨条件及特定有机溶剂萃取相配合，使其提取率高达97％以上，获得的虾青素产品的纯度高达16.9％以上。即，本发明在大幅度缩短提取时间的条件下，进一步提高了虾青素的提取率和纯度。

说明书

技术领域    

本发明涉及一种酶法与研磨法协同有机溶剂萃取雨生红球藻中虾青素的方法，属于藻类色素萃取技术领域。

背景技术   

雨生红球藻(Haematoccoccus pluvialis)是一种分布广泛的单细胞绿藻，在逆境条件下能形成厚壁孢子并大量积累多种具有生理功能的类胡萝卜素：虾青素、α-胡萝卜素、β-胡萝卜素、叶黄素、隐黄素、玉米黄素、角黄素等，其中80％为虾青素及其酯类。虾青素是一种天然的类胡萝卜素，属于脂溶性，色泽为粉红色，为萜烯类含有不饱和化合物，是一种强抗氧化剂，可以淬灭超氧自由基和单态氧离子。临床和动物试验研究证明，虾青素具有增加免疫功能、抑制肿瘤发生、预防心血管疾病、维护眼睛及中枢神经系统等多种生物功能。此外，虾青素可作为色素添加剂，用于食品、药物和化妆品等。雨生红球藻是目前已知天然虾青素含量最高的生物资源，2010年10月，卫生部批准雨生红球藻为新资源食品，利用雨生红球藻生产胡萝卜素类活性成分具有广阔的前景。

虾青素在光照、高温或氧气环境下极易氧化变色，因而需要选择适宜的萃取技术。目前，利用雨生红球藻提取虾青素的方法主要有超临界CO₂ 流体萃取法、有机溶剂萃取法、碱提法较多，但雨生红球藻孢子细胞壁厚且非常坚硬，虾青素不易析出，提取率不高。采用微波辐射与超声波辅助有机溶剂萃取法，使强极性分子溶剂产生瞬间极化，有效的破坏微藻的细胞与组织，从而使色素较快的提取出来.缩短萃取时间、降低生产能源和溶剂的消耗，但是会破坏虾青素的活性。周锦珂等采用纤维素酶前处理雨生红球藻，后提取其含有的虾青素，虽然提取高达94.6%，但耗时长，成本高，生产技术难度较大，使天然虾青素的应用受到一定的制约。

超微粉碎技术是指利用机械或流体动力的方法克服固体内部凝聚力使之破碎，从而将3毫米以上的物料颗粒粉碎至10-25微米的操作技术，如摩擦力、机械剪切力和气流冲击力等作用力，高压均质、空穴等效应，在短时甚至瞬时对物料进行破碎，并可在低温、干燥、密封的环境下实现，避免了物料中活性成分的损失和结构变化。因而该技术具有快速、高效、操作简便、可连续运行等特点，在食品、医药和化工等行业中都有广泛的应用，目前已应用于工业化生产。球磨机属于超微粉碎设备的一种，可采用干法与湿法粉碎，利用筒体里面的研磨介质（陶瓷球、玛瑙球及钢球）对物料进行，挤压，研磨等磨碎工作，球磨机有一个进料器，有一个出料器，物料从进料器中进入研磨腔（磨机筒体里）接受研磨，磨过以后从出料器中排出。

发明内容   

为了解决酶解雨生红球藻提取虾青素的方法耗时长、工艺条件苛刻的问题，也为了进一步提高所获取的虾青素产品中虾青素的纯度；本发明提供了一种酶法与研磨法结合协同有机溶剂萃取雨生红球藻中虾青素的方法。本发明的方法，耗时短，所获得的虾青素产品中虾青素的纯度高。

本发明是通过以下措施实现的：

一种酶法与研磨法结合协同有机溶剂萃取雨生红球藻中虾青素的方法，包括以下步骤：

（1）将雨生红球藻粉和蒸馏水置于球磨罐中；然后，加入质量浓度为5%的柠檬酸溶液调pH至4.0-6.0；最后，加入果胶酶；

（2）调整球磨转速为150-200r/min，在45-60℃下研磨3-5小时，得酶解液；

（3）以5000-6000rmp/min的离心速度，在10℃下离心分离酶解液，收集下层液并干燥，得雨生红球藻酶解粉；

（4） 向雨生红球藻酶解粉中加入乙酸乙酯，在45-55℃下提取60-90min，得虾青素混合液；

（5）以4000-5000rmp/min的离心速度，在10℃下离心分离虾青素混合液，收集上清液，得提取液；

（6）将提取液在40℃下旋转蒸发，回收乙酸乙酯，得虾青素产品；

其中，雨生红球藻粉：蒸馏水：果胶酶：乙酸乙酯的用量比例为100g：6600-8000ml：0. 05-0. 2g：66-80ml。

本发明采用酶法与研磨结合法前处理雨生红球藻，再用有机溶剂提取虾青素，明显提高了虾青素的提取率，是雨生红球藻资源的高效开发利用的新途径。

现有的酶解法提取虾青素的酶解时间通常为15小时以上，而本发明的方法，在酶解过程中进行研磨同时辅助有机溶剂萃取，整个提取过程仅需3-6小时，耗时缩短了57-78％，大大节约了时间成本。

本发明的方法，采用果胶酶进行酶解；与采用纤维素酶、复合酶（果胶酶和纤维素酶）相比，采用果胶酶酶解与研磨法结合能获得更高的提取率和纯度。另外，本发明的酶解ph为4.0-6.0，与Ph为3.5（果胶酶的最适宜Ph）的酶解条件相比，本发明的酶解条件与其他反应条件相结合反而能获得更高的提取率和纯度。

本发明的方法先将酶解液干燥然后用乙酸乙酯萃取；与将酶解液直接用乙酸乙酯萃取相比，本发明的方法能获得更高的提取率和纯度。

总之，本发明的方法通过采用果胶酶酶解与特定的研磨条件及特定有机溶剂萃取相配合，使其提取率高达97％以上，获得的虾青素产品的纯度高达16.9％以上。即，本发明在大幅度缩短提取时间的条件下，进一步提高了虾青素的提取率和纯度。

上述方法，优选的，球磨罐为玛瑙或陶瓷材质的罐。

    上述方法，优选的，乙酸乙酯的用量与蒸馏水的用量相同。

上述方法，优选的，

步骤（1）中，pH为6.0；

步骤（2）中，温度为60℃，以200r/min球磨转速研磨5小时；

步骤（3）中，离心速度为6000rmp/min；

步骤（4）中，在55℃提取90min；

步骤（5）中，离心速度为5000rmp/min。

本发明的有益效果：

（1）球磨机起到粉碎的作用，雨生红球藻粉碎后，加速了酶的水解；而酶解破坏雨生红球藻细胞壁，同时又促进了研磨粉碎效率。所以，酶解与研磨同时进行、相结合分解破坏雨生红球藻的细胞壁结构,能加快释放细胞内有效成分虾青素, 缩短生产时间，降低虾青素氧化分解率，从而提高了虾青素的提取率；

（2）果胶酶能有效地将虾青素与果胶等成分的分离，同时配合以特定的分离条件，从而提高了本发明的虾青素产品中虾青素的纯度；

（3）采用单一有机溶剂提取虾青素，乙酸乙酯可回收利用，节约成本，避免造成环境的污染；

（4）本发明工艺简单，不需要加入大量的酸和碱，生产成本低，操作条件温和，适合工业化生产。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合具体实施例来进一步说明。下述实施例所用雨生红球藻的虾青素含量为3％。

实施例1

（1）称取15g雨生红球藻粉，置入到玛瑙材质的球磨罐中，然后加入100mL的蒸馏水；

（2）然后，向球磨罐中加入质量浓度为5%的柠檬酸溶液，调节pH至4.0；

（3）再向球磨罐中加入0.0075g果胶酶；调整球磨罐内物料的温度为45℃，以150r/min的球磨转速研磨3小时，得酶解液；

(4) 将酶解液在10℃条件下，以5000rmp/min的离心速度离心分离，然后取底层液；将底层液除去水分、干燥，得雨生红球藻酶解粉；

（5）向步骤（4）所得的雨生红球藻酶解粉中加入100mL乙酸乙酯，在温度45℃下提取60min，得混合液；

（6）将混合液在10℃条件下，以4000rmp/min的离心速度离心分离，取上清液；将残渣再用乙酸乙酯提取2次，合并上清液，得提取液；

（7）将步骤（6）中的提取液通过旋转蒸发，回收乙酸乙酯，浓缩成虾青素浸膏2.47 g；

（8）检测虾青素浸膏中虾青素纯度可达17.78%；虾青素的提取率为97.6％。

实施例2

（1）称取20g雨生红球藻粉，置入到玛瑙材质的球磨罐中，然后加入150mL的蒸馏水；

（2）然后，向球磨罐中加入质量浓度为5%的柠檬酸溶液，调节pH至5.0；

（3）再向球磨罐中加入0.02g果胶酶；调整球磨罐内物料的温度为50℃，以170r/min的球磨转速研磨4小时，得酶解液；

（4）将酶解液在10℃条件下，以4000rmp/min的离心速度离心分离，然后取底层液；将底层液除去水分、干燥，得雨生红球藻酶解粉；

（5）向步骤（4）所得的雨生红球藻酶解粉中加入150mL乙酸乙酯，在温度50℃下提取75min，得混合液；

（6）将混合液在10℃条件下，以4500rmp/min的离心速度离心分离，取上清液；将残渣再用乙酸乙酯提取2次，合并上清液，得提取液；

（7）将步骤（6）中的提取液通过旋转蒸发，回收乙酸乙酯，浓缩成虾青素浸膏3.45g；

（8）检测浓缩物中虾青素纯度可达16.94%；虾青素的提取率为97.4％。

实施例3

（1）称取25g雨生红球藻粉，置入到玛瑙材质的球磨罐中，然后加入200mL的蒸馏水；

（2）然后，向球磨罐中加入质量浓度为5%的柠檬酸溶液，调节pH至6.0；

（3）再向球磨罐中加入0.05g果胶酶；调整球磨罐内物料的温度为60℃，以200r/min的球磨转速研磨5小时，得酶解液；

(4) 将酶解液在10℃条件下，以6000rmp/min的离心速度离心分离，然后取底层液；将底层液除去水分、干燥，得雨生红球藻酶解粉；

（5）向步骤（4）所得的雨生红球藻酶解粉中加入200mL乙酸乙酯，在温度55℃下提取90min，得混合液；

（6）将混合液在10℃条件下，以5000rmp/min的离心速度离心分离，取上清液；将残渣再用乙酸乙酯提取3次，合并上清液，得提取液；

（7）将步骤（6）中的提取液通过旋转蒸发，回收乙酸乙酯，浓缩成虾青素浸膏4.08g；

（8）检测浓缩物中虾青素纯度可达17.96%；虾青素的提取率为97.7％。

实施例4

    采用实施例1的方法和原料，仅将果胶酶用同等量的复合酶代替（果胶酶和纤维素酶按照1:1的质量比组成），获得3.39g虾青素浸膏。虾青素浸膏中虾青素纯度为9.6％；虾青素的提取率为72.32％。

实施例5

采用实施例1的方法和原料，仅将果胶酶用同等量的纤维素酶代替；获得3.65g虾青素浸膏。虾青素浸膏中虾青素纯度为8.3％；虾青素的提取率为67.32％。

实施例6

（1）称取15g雨生红球藻粉，置入到玛瑙材质的球磨罐中，然后加入100mL的蒸馏水；

（2）然后，向球磨罐中加入质量浓度为5%的柠檬酸溶液，调节pH至4.0；

（3）再向球磨罐中加入0.0075g果胶酶；调整球磨罐内物料的温度为45℃，以150r/min的球磨转速研磨3小时，得酶解液；

（4）向步骤（3）所得的酶解液中加入100mL乙酸乙酯，在温度45℃下提取60min，得混合液；

（5）将混合液在10℃条件下，以4000rmp/min的离心速度离心分离，取上清液；将残渣再用乙酸乙酯提取2次，合并上清液，得提取液；

（6）将步骤（5）中的提取液通过旋转蒸发，回收乙酸乙酯，浓缩成虾青素浸膏2.37g；

（7）检测虾青素浸膏中虾青素纯度可达14.86%；虾青素的提取率为78.26％。

实施例7

（1）称取15g雨生红球藻粉，置入到玛瑙材质的球磨罐中，然后加入100mL的蒸馏水；

（2）然后，向球磨罐中加入质量浓度为5%的柠檬酸溶液，调节pH至3.5；

（3）再向球磨罐中加入0.0075g果胶酶；调整球磨罐内物料的温度为45℃，以150r/min的球磨转速研磨3小时，得酶解液；

(4) 将酶解液在10℃条件下，以5000rmp/min的离心速度离心分离，然后取底层液；将底层液除去水分、干燥，得雨生红球藻酶解粉；

（5）向步骤（4）所得的雨生红球藻酶解粉中加入100mL乙酸乙酯，在温度45℃下提取60min，得混合液；

（6）将混合液在10℃条件下，以4000rmp/min的离心速度离心分离，取上清液；将残渣再用乙酸乙酯提取2次，合并上清液，得提取液；

（7）将步骤（6）中的提取液通过旋转蒸发，回收乙酸乙酯，浓缩成虾青素浸膏2.19 g；

（8）检测虾青素浸膏中虾青素纯度可达13.97%；虾青素的提取率为67.99％。