一種從杜氏鹽藻中提取類胡蘿蔔素和食用甘油的方法
2023-05-15 07:08:21 2
專利名稱：一種從杜氏鹽藻中提取類胡蘿蔔素和食用甘油的方法
技術領域：
本發明涉及一種從鹽藻中提取類胡蘿蔔素和食用甘油的方法，特別涉及一種從杜氏鹽藻 中提取類胡蘿蔔素和食用甘油的方法，屬於生物材料製備技術領域。
背景技術：
杜氏藻(DunaliellaSalina)是一種原生質裸露的嗜鹽性浮遊單細胞藻，在高鹽度、強光、缺 氮的情況下細胞能累積大量的胡蘿蔔素，最高佔藻體乾重的14%，是天然胡蘿蔔素的主要來 源。其中e-胡蘿蔔素不僅是維生素A的前體和食品加工的天然色素，具有很強的抗氧化和消 除氧自由基的能力，具有抗癌、抑癌的作用，已被廣泛應用於食品、衛生和醫藥領域。目前 全球e-胡蘿蔔素的年需求量為1200-1500噸，且以每年以7-9%的速率遞增。從上世紀70年代 開始，許多國家就已經開始進行鹽藻養殖和胡蘿蔔素提取的研究，八十年代，澳大利亞的貝 塔庭公司、西部生物工程公司、美國微生物資源公司等都已將該技術工業化並投入生產，我 國天津塘沽鹽藻公司和內蒙古藍太生物工程公司也實現了鹽藻粉的工業化生產。
此外，杜氏鹽藻體內的甘油含量約佔乾重的30%，最高可達50%，是製備液體燃料的良 好原料。隨著石化類能源的日趨減少及其造成的環境汙染的問題加劇，微藻還有光合利用率 高、生長周期短、不與農業爭地的特點，是一類極具潛力的可再生能源，另外天然的甘油產 品與合成品相比具有特殊的優勢，是化妝品等的優質原料，因此鹽藻體內甘油的開發也被認 為是一項有前途的產業。
鹽藻中提取胡蘿蔔素的關鍵步驟包括鹽藻養殖、濃縮收集和胡蘿蔔素的提取。其中目前 的濃縮收集方法包括高速離心法、絮凝沉澱法、疏水吸附法、鹼法絮凝氣浮法等，其中直接 採用高速離心技術收集成本高，能耗大，對質量偏差要求很嚴；絮凝沉澱法、疏水吸附法、 鹼法絮凝氣浮法均需加入化學試劑，不僅增加投入，也影響培養液的循環利用。
胡蘿蔔素的提取主要採用萃取法，萃取液包括石油醚、食用油、乙酸乙酯或超臨界二氧 化碳等，萃取原料主要是乾燥粉，也有採用氯化鐵絮凝藻糊或藻液的報導。
發明內容
本發明的目的在於提供一種簡單有效的以類胡蘿蔔素及食用甘油為目標產物的杜氏鹽藻 優化養殖、杜氏鹽藻濃縮收集和提取的方法。該過程不使用添加試劑，利於培養液的循環使 用；同時減化步驟，降低成本。
本發明的技術方案如下-
一種從杜氏鹽藻中提取類胡蘿蔔素和食用甘油的方法，特徵在於該方法按如下步驟進行
1) 將杜氏鹽藻接入培養池中，培養7 10天，得到杜氏鹽藻藻液；培養池中的營養鹽 濃度為碳酸氫鈉濃度10 15mmol/L，硝酸鈉濃度為1 2mmol/L，磷酸二氫鈉濃度為0.2 0.4mmol/L，氯化鈉濃度為1.5mol/L;
2) 採用中空纖維膜組件對步驟l)中得到的杜氏鹽藻藻液進行濃縮，得到濃縮藻液， 中空纖維膜截流率5 30KDa，過程採用錯流循環模式，操作壓力0.1 0.4bar，膜面藻液流速小 於10m/s;
3) 對中空纖維膜組件進行定期反洗維持通量，並同時採用？11為2.0 4.0的酸清洗，除 取膜表面沉降的無機顆粒，採用氧化劑清洗膜表面附著的蛋白質；
4) 採用離心分離濃縮藻液，得到藻糊，脫水乾燥；採用超臨界二氧化碳萃取乾燥的藻 糊，得到富含類胡蘿蔔素和食用甘油的產品。
本發明步驟2)中所述的錯流循環模式，採用的循環泵選用蠕動泵、注塞泵或者隔膜泵。 萃取過程中超臨界二氧化碳溫度20 3(TC，壓力20 30MPa，解析壓力lMPa，溫度20
30°C。
本發明與現有技術相比，具有以下優點及突出性效果
本發明針對目標產品，選擇最適宜的培養條件，獲得較高生物量並且富含目標產品的藻
液，培養7 10天後，生物量可達100 150萬/毫升，其中類胡蘿蔔素含量達到10 20克/立方 米，實用甘油含量達到20 30克/立方米；採用中空纖維膜法濃縮藻液，然後離心獲得藻糊， 過程不需要添加任何化學試劑，培養液可循環利用，環境友善，過程中藻類破損量少，營養 成分回收率高，且較直接離心法成本低；乾燥藻糊產品直接用超臨界二氧化碳進行萃取，超 臨界二氧化碳清潔、環保，回收後的產品純天然，不含化學試劑，無需進一步提純、去雜質， 萃取產品富含類胡蘿蔔素和食用甘油，其中類胡蘿蔔素含量佔產品重量40 50%，回收率超 過90%, P—胡蘿蔔素佔類胡蘿蔔素含量的90%以上。整個提取過程不需添加任何化學試劑、 環境友善，類胡蘿蔔素和食用甘油回收率高，過程簡單，適合規模生產，具有較高的經濟價 值。
圖l為本發明的工藝流程圖。
具體實施例方式
如圖1所示，藻種純化後，將藻種轉接至新鮮培養基中初步培養，培養一段時間後，擴大 生物量接入15L的光生物反應器，然後接入養殖池。鹽藻的培養採用精養養殖工藝，養殖池由
PVC材料製造，長4.0m,單槽寬0.25m，加培養液深10cm;採用機械泵作為攪拌裝置。在開 始培養的第7天補充一次水，補充水量50L。在以下幾種主要營養鹽濃度下，碳酸氫鈉濃度10 15mmol/L，硝酸鈉濃度為l 2mmol/L，磷酸二氫鈉濃度為0.2 0.4mmol/L，氯化鈉濃度為1.5 mol/L，培養7 10天，生物量可達100 150萬/毫升，其中類胡蘿蔔素含量達到10 20克/立方 米，實用甘油含量達到20 30克/立方米。
採用中空纖維膜組件對上述藻液進行濃縮，中空纖維膜截流分子量5 30KDa，過程採用 錯流循環模式，循環泵選擇蠕動泵、注塞泵或者隔膜泵，操作壓力0.1 0.4bar，膜面藻液流速 小於10m/s，膜通量10 30L/m211，膜定期反洗維持通量，同時採用PH為2.0 4.0的酸洗清除 膜表面附著的碳酸鈣、碳酸鎂等無機顆粒以及氧化劑清洗膜表面附著的蛋白質，濃縮倍數可 以達到30倍以上，顯微鏡下觀察，濃縮過程中藻類形態保持完好。採用離心機進一步濃縮藻 液，除去上清液，得藻糊，乾燥脫水。
採用超臨界二氧化碳萃取藻糊脫水產品，萃取釜超臨界二氧化碳溫度20 3(TC，壓力20 30MPa，解析壓力lMPa，溫度20 3(TC。得到富含類胡蘿蔔素和食用甘油的產品，其中類胡 蘿蔔素含量佔產品重量40 50%，回收率超過90%， p—胡蘿蔔素佔類胡蘿蔔素含量的90%以 上。
實施例l:
在以下幾種主要營養鹽濃度下，碳酸氫鈉濃度10mmol/L，硝酸鈉濃度為lmmol/L，磷酸 二氫鈉濃度為0.2mmol/L，氯化鈉濃度為1.5 mol/L，培養7天，生物量100萬/毫升，其中類胡 蘿蔔素含量達到10克/立方米，實用甘油含量達到20克/立方米；
採用中空纖維膜組件對上述藻液進行濃縮，中空纖維膜截流率30KDa，過程採用錯流循 環模式，循環泵選擇蠕動泵，操作壓力0.1bar，膜面藻液流速10m/s，膜通量30L/m211， 5小時 間隔反洗維持通量，5天間隔用PH4.0的酸洗清除膜表面附著的無機顆粒、次氯酸鈉清洗膜表 面附著的蛋白質，濃縮倍數30倍。採用離心機進一步濃縮藻液，除去上清液，得藻糊，乾燥 脫水。
採用超臨界二氧化碳進行萃取，萃取釜超臨界二氧化碳溫度2(TC，壓力20MPa，解析釜 壓力lMPa，溫度20'C。得到富含類胡蘿蔔素和食用甘油的產品，其中類胡蘿蔔素含量佔產品 重量30%，回收率90%， P—胡蘿蔔素佔類胡蘿蔔素含量的90%。
實施例2:
在以下幾種主要營養鹽濃度下，碳酸氫鈉濃度15mmol/L，硝酸鈉濃度為2mmol/L，磷酸 二氫鈉濃度為0.4mmol/L，氯化鈉濃度為1.5 mol/L，培養10天，生物量150萬/毫升，其中類胡 蘿蔔素含量達到20克/立方米，實用甘油含量達到30克/立方米；
採用中空纖維膜組件對上述藻液進行濃縮，中空纖維膜截流率5KDa，過程採用錯流循環 模式，循環泵選擇注塞泵，操作壓力0.4bar，膜面藻液流速10m/s，膜通量10L/m211， l小時間 隔反洗維持通量，1天間隔用PH4.0的酸洗清除膜表面附著的無機顆粒、次氯酸鈉清洗膜表面 附著的蛋白質，濃縮倍數30倍。採用離心機進一步濃縮藻液，除去上清液，得藻糊，乾燥脫 水。
採用超臨界二氧化碳進行萃取，萃取釜超臨界二氧化碳溫度30'C，壓力30MPa，解析釜 壓力lMPa，溫度3(TC。得到富含類胡蘿蔔素和食用甘油的產品，其中類胡蘿蔔素含量佔產品 重量50%，回收率98%， (3—胡蘿蔔素佔類胡蘿蔔素含量的91%。
實施例3:
在以下幾種主要營養鹽濃度下，碳酸氫鈉濃度12mmol/L，硝酸鈉濃度為1.4mmol/L，磷 酸二氫鈉濃度為0.25mmol/L，氯化鈉濃度為1.5mol/L，培養7天，生物量120萬/毫升，其中類 胡蘿蔔素含量達到15克/立方米，實用甘油含量達到23克/立方米；
採用中空纖維膜組件對上述藻液進行濃縮，中空纖維膜截流率15KDa，過程採用錯流循 環模式，循環泵選擇蠕動泵，操作壓力(X2bar，膜面藻液流速10m/s，膜通量14L/m211， 2小時 間隔反洗維持通量，2天間隔用PH4.0的酸洗清除膜表面附著的無機顆粒、次氯酸鈉清洗膜表 面附著的蛋白質，濃縮倍數30倍。採用離心機進一步濃縮藻液，除去上清液，得藻糊，乾燥 脫水。
採用超臨界二氧化碳進行萃取，萃取釜超臨界二氧化碳溫度20'C，壓力20MPa，解析壓 力lMPa，溫度20'C。得到富含類胡蘿蔔素和食用甘油的產品，其中類胡蘿蔔素含量佔產品重 量40%,回收率92%， P—胡蘿蔔素佔類胡蘿蔔素含量的93%。
權利要求
1.一種從杜氏鹽藻中提取類胡蘿蔔素和食用甘油的方法，特徵在於該方法按如下步驟進行1)將杜氏鹽藻接入培養池中，培養7～10天，得到杜氏鹽藻藻液；培養池中的營養鹽濃度為碳酸氫鈉濃度10～15mmol/L，硝酸鈉濃度為1～2mmol/L，磷酸二氫鈉濃度為0.2～0.4mmol/L，氯化鈉濃度為1.5mol/L；2)採用中空纖維膜組件對步驟1)中得到的杜氏鹽藻藻液進行濃縮，得到濃縮藻液，中空纖維膜截流率5～30KDa，過程採用錯流循環模式，操作壓力0.1～0.4bar，膜面藻液流速小於10m/s；3)對中空纖維膜組件進行定期反洗維持通量，並同時採用PH為2.0～4.0的酸清洗，除去膜表面沉降的無機顆粒，採用氧化劑清洗膜表面附著的蛋白質；4)採用離心分離濃縮藻液，得到藻糊，脫水乾燥；採用超臨界二氧化碳萃取乾燥的藻糊，得到富含類胡蘿蔔素和食用甘油的產品。
2. 按照權利要求l所述的一種從杜氏鹽藻中提取類胡蘿蔔素和食用甘油的方法，其特徵 在於步驟2)所述的錯流循環模式，採用的循環泵選用蠕動泵、注塞泵或者隔膜泵。
3. 按照權利要求l所述的一種從杜氏鹽藻中提取類胡蘿蔔素和食用甘油的方法，其特徵 在於萃取過程中超臨界二氧化碳溫度為20 3(TC，壓力為20 30MPa，解析壓力為lMPa， 溫度為20 3(TC。
全文摘要
一種從杜氏鹽藻中提取類胡蘿蔔素和食用甘油的方法，其包括如下步驟杜氏鹽藻的優化養殖、中空纖維膜法濃縮藻液、離心分離、脫水乾燥、超臨界二氧化碳萃取；本發明整個提取過程過程中不需添加任何化學試劑、環境友善，杜氏鹽藻在提取過程中破裂損失率低、類胡蘿蔔素和食用甘油回收率高，過程簡單、成本低，適合規模生產。
文檔編號A23L1/337GK101107991SQ20071012070
公開日2008年1月23日 申請日期2007年8月24日 優先權日2007年8月24日
發明者傑 黨, 吉 劉, 吳玉龍, 楊明德, 胡湖生, 鎮 陳 申請人:清華大學