本發(fā)明屬于生物分離技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種從雨生紅球藻細(xì)胞中萃取蝦青素的方法。

背景技術(shù)：

蝦青素即3，3′-二羥基-4，4′-二酮基-β，β′-胡蘿卜素，為萜烯類不飽和化合物，是一種類胡蘿卜素。天然蝦青素是自然界中最強(qiáng)的抗氧化劑之一，可以有效清除細(xì)胞內(nèi)的氧自由基，增強(qiáng)細(xì)胞再生能力，維持機(jī)體平衡和減少衰老細(xì)胞的堆積。其清除氧自由基的能力是維生素C的6000倍，花青素的700倍。同時(shí)，天然蝦青素是唯一一種可以通過(guò)血腦屏障的類胡蘿卜素。2008年以來(lái)，國(guó)內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)具有多種生理功效，如在抗氧化性、抗腫瘤、預(yù)防癌癥、增強(qiáng)免疫力、改善視力等方面都有一定的效果。

天然蝦青素的主要來(lái)源是海產(chǎn)廢棄物、紅發(fā)夫酵母以及雨生紅球藻。其中雨生紅球藻中的蝦青素含量遠(yuǎn)高于另外兩者，通?？蛇_(dá)1.5％-3％，被稱為天然蝦青素的“濃縮品”。因此，從紅球藻中提取天然蝦青素成為近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)以及生產(chǎn)天然蝦青素最主要方法。

雨生紅球藻隸屬綠藻門(mén)、團(tuán)藻目、紅球藻科、紅球藻屬、雨生種。其細(xì)胞壁較厚，加大了從中提取蝦青素的難度，采用有機(jī)溶劑直接萃取的方式，蝦青素的提取率低于50％(CN103044304A)，因此對(duì)雨生紅球藻細(xì)胞進(jìn)行有效的破壁處理是蝦青素提取工藝中的關(guān)鍵步驟。

現(xiàn)有報(bào)道的破壁方式主要包括：1.高壓均質(zhì)破碎(CN104961668A)。該方法破壁率為90％左右，樣品需要經(jīng)過(guò)反復(fù)多次破壁處理，耗時(shí)較長(zhǎng)從而導(dǎo)致有效成份被氧化；此外紅球藻在溶液中極易沉降，導(dǎo)致料液不均勻從而堵塞儀器。2.閃式提取器(CN105254551A)。該方法破碎效率不高，處理量較小，最終產(chǎn)品的提取率較低。3.超高壓破碎(CN103787941A)。該方法采用100-300mPa高壓破碎，破壁率超過(guò)95％，效果較好但對(duì)設(shè)備要求較高，不易在規(guī)?；a(chǎn)中運(yùn)用。4.酸處理法(CN103232375A)。該方法額外在體系中添加了酸作為破壁溶劑，增大了產(chǎn)品分離的難度，且酸液不易于回收利用。5.冰醋酸冰浴、勻漿機(jī)勻漿及液氮處理相結(jié)合破碎法(CN104529852A)。該方法破壁率可達(dá)97.7％，但操作程序復(fù)雜，成本較高且提取率較低，不適合應(yīng)用于規(guī)?；a(chǎn)。6.反復(fù)凍融法(CN104557651A)。該方法采用加入硫酸銨水溶液反復(fù)凍融破壁，凍融周期長(zhǎng)達(dá)15-20h，單次破壁效率低下并不適合實(shí)際生產(chǎn)。7.超微粉碎法。該方法屬于干法研磨范疇，破壁效率較好，但由于破碎后紅球藻中的油性物質(zhì)被釋放，導(dǎo)致料粉大量粘附在設(shè)備釜內(nèi)不易轉(zhuǎn)移，影響了該方法的應(yīng)用。

另一方面，蝦青素產(chǎn)品的價(jià)格與產(chǎn)品的純度直接相關(guān)，蝦青素濃度超過(guò)5％產(chǎn)品的產(chǎn)品售價(jià)大幅提高。初步提取的蝦青素純度一般不高，因此，對(duì)初提產(chǎn)物進(jìn)行純化是提高蝦青素提取物經(jīng)濟(jì)價(jià)值的重要手段。目前主要的純化方式采用薄層層析(陳興才等)或者柱層析(CN103012229A)的方式進(jìn)行，過(guò)程復(fù)雜，且引入了其他的有機(jī)溶劑，易對(duì)產(chǎn)品的雜質(zhì)成份造成影響。

此外，采用超臨界CO₂萃取技術(shù)萃取蝦青素是目前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)技術(shù)，該工藝安全環(huán)保，但同樣面臨細(xì)胞不易破碎的問(wèn)題，為解決該問(wèn)題通常分為兩種方式，其一采用上述的破壁方法，偶聯(lián)超臨界萃取，該方法同樣存在上述破碎過(guò)程的弊端；其二以未經(jīng)破碎的紅球藻干粉為原料，采用高溫高壓等手段輔助萃取，該方法對(duì)設(shè)備要求較高，不易放大生產(chǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種全新的高效破壁原位萃取偶聯(lián)超臨界CＯ₂二次萃取的高純度蝦青素提取工藝。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的思路是，運(yùn)用濕法研磨偶聯(lián)萃取工藝，采用砂磨機(jī)在對(duì)紅球藻細(xì)胞破壁的同時(shí)完成蝦青素的萃取，料液經(jīng)固液分離后取溶液進(jìn)行減壓蒸餾回收萃取劑，同時(shí)獲得蝦青素的初步提取物，對(duì)其進(jìn)行超臨界CO₂二次萃取，所得濃縮深紅色油膏狀物即為蝦青素提取物。該工藝條件溫和，操作簡(jiǎn)便，耗時(shí)極短，破壁率高達(dá)99.9％，蝦青素提取率可達(dá)99％以上，提取物中蝦青素純度可達(dá)到8％以上。

具體的技術(shù)方案如下：

一種雨生紅球藻細(xì)胞快速破壁偶聯(lián)萃取蝦青素的方法，它包括如下步驟：

(1)取雨生紅球藻加入有機(jī)溶劑攪拌均勻；

(2)將步驟(1)得到的料液注入砂磨機(jī)中，研磨粉碎后得到混懸液；

(3)對(duì)步驟(2)得到的混懸液進(jìn)行固液分離，回收液相；

(4)對(duì)步驟(3)收集的液相減壓蒸餾，回收有機(jī)溶劑，獲得蝦青素粗提物；

(5)將步驟(4)獲得蝦青素粗提物進(jìn)行超臨界CO₂萃取，所得暗紅色油膏狀物即為高純度蝦青素提取物。

步驟(1)中，雨生紅球藻以其干燥的雨生紅球藻藻粉的形式加入有機(jī)溶劑，干燥的雨生紅球藻藻粉，其含水量通常低于2％。

步驟(1)中，所述的有機(jī)溶劑為乙醇、丙酮和正己烷中的任意一種或兩種以上任意比例的混合物。有機(jī)溶劑優(yōu)選這些低粘度、低沸點(diǎn)、流動(dòng)性好的有機(jī)溶劑。不能采用高沸點(diǎn)溶劑或粘度較高的溶劑或油脂類溶劑，這一類溶劑存在不易回收，無(wú)法簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)固液分離以及影響最終蝦青素提取物中有效成份的含量的缺點(diǎn)。

步驟(1)中，雨生紅球藻與有機(jī)溶劑的比為1kg∶1-10L。

步驟(2)中，所述的砂磨機(jī)為棒銷式砂磨機(jī)或渦輪式砂磨機(jī)。

步驟(2)中，所述的砂磨機(jī)，其研磨腔內(nèi)填料為陶瓷微珠，研磨腔內(nèi)微珠裝量為研磨腔體積的75％-90％。所述的陶瓷微珠優(yōu)選材質(zhì)為氧化鋯陶瓷等，所述的陶瓷微珠的尺寸優(yōu)選直徑0.5-5mm。

步驟(2)中，所述的砂磨機(jī)，研磨腔內(nèi)溫度控制在10-35℃之間，優(yōu)選10℃。

步驟(2)中，研磨處理時(shí)間為10-600s/L料液。

步驟(3)中，固液分離的方式為離心、板框壓濾、負(fù)壓抽濾或自然沉降。

步驟(4)中，減壓蒸餾的溫度為30-50℃，優(yōu)選40℃。

步驟(4)中，一般減壓蒸餾直到無(wú)冷凝溶劑滴落為止。

步驟(4)中，回收的有機(jī)溶劑循環(huán)用于步驟(1)中與雨生紅球藻混合。

步驟(5)中，所述的超臨界萃取工藝，壓力為25-40mPa，萃取時(shí)間為1-3h，萃取溫度為30-50℃。

通常的超臨界萃取需要額外添加夾帶劑，夾帶劑的作用在超臨界萃取儀中幫助細(xì)胞內(nèi)的蝦青素突破細(xì)胞膜，單純的超臨界二氧化碳在兩次進(jìn)出細(xì)胞膜時(shí)的效率不高，乙醇進(jìn)出細(xì)胞膜比較容易，可以在進(jìn)出膜的過(guò)程中把蝦青素帶出來(lái)。本發(fā)明的特色是細(xì)胞經(jīng)過(guò)破壁原位萃取后，會(huì)把容積完全蒸干，使提取物中沒(méi)有溶劑殘留。二次萃取時(shí)直接用純的初提物為原料進(jìn)行，由于沒(méi)有了細(xì)胞結(jié)構(gòu)，超臨界二氧化碳就不再需要夾帶劑的輔助，很容易實(shí)現(xiàn)萃取，也不需要后期再進(jìn)行后處理，直接得到高純度的干凈產(chǎn)品。

有益效果：本發(fā)明方法的優(yōu)勢(shì)在于：

1.紅球藻細(xì)胞破壁率極高，且進(jìn)行破碎的同時(shí)溶劑可直接萃取蝦青素，整個(gè)破碎偶聯(lián)萃取工藝大大縮短了現(xiàn)有工藝的耗時(shí)，有效的保證了天然蝦青素的生物學(xué)活性。

2.整個(gè)工藝中除了添加的易回收溶劑外不添加任何其他溶劑，回收溶劑所獲得的蝦青素提取物沒(méi)有其他外源添加的成份，保證了提取物的品質(zhì)且易于后續(xù)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。

3.整個(gè)工藝中溶劑除少量揮發(fā)外完全回收用于新一輪的破碎萃取過(guò)程，幾乎沒(méi)有消耗。

4.工藝中所用溶劑為低粘度、低沸點(diǎn)、流動(dòng)性好的有機(jī)溶劑，一方面易于破碎后固液分離的過(guò)程，另一方面利于溶劑的回收利用。

5.研磨用微珠損耗極小，整個(gè)體系運(yùn)行費(fèi)用很低。

6.以破碎原位萃取后獲得的初提物為原料，進(jìn)行超臨界二次萃取，可使該萃取工藝條件溫和，萃取效率顯著提高，產(chǎn)品純度顯著提高。

7.現(xiàn)有超臨界萃取通常需要采用加入夾帶劑的方式，促進(jìn)蝦青素過(guò)膜的提取，從而導(dǎo)致萃取產(chǎn)品中帶有夾帶劑如乙醇、食用油等，產(chǎn)品純度不高，部分夾帶劑可通過(guò)后處理去除，而部分夾帶劑無(wú)法去除。如果不添加夾帶劑，采用超臨界萃取，萃取物中蝦青素純度稍有提高，但提取率很低。本發(fā)明因?yàn)榧?xì)胞采用了破壁原位萃取，因此后續(xù)的超臨界萃取不需要添加夾帶劑，且提取率高。

8.本發(fā)明工藝大大縮短了現(xiàn)有工藝的耗時(shí)，極大簡(jiǎn)化了蝦青素的純化工藝，有效的保證了天然蝦青素的生物學(xué)活性。

附圖說(shuō)明

圖1破碎前雨生紅球藻在溶劑中的鏡檢照片；

圖2破碎后雨生紅球藻在溶劑中的鏡檢照片；

圖3原料藻粉外觀照片；

圖4按實(shí)施例2工藝提取后濾渣外觀照片。

具體實(shí)施方式

根據(jù)下述實(shí)施例，可以更好地理解本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，實(shí)施例所描述的內(nèi)容僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而不應(yīng)當(dāng)也不會(huì)限制權(quán)利要求書(shū)中所詳細(xì)描述的本發(fā)明。

以下實(shí)施例所用的砂磨機(jī)型號(hào)ESW-1.0(棒銷式)或者EDW-1.0(渦輪式)。

以下實(shí)施例所用的雨生紅球藻藻粉，其含水量在2％以下。

以下實(shí)施例所用的超臨界萃取儀型號(hào)HA220-60-06型。

破壁率采用顯微鏡檢技術(shù)，取100uL破碎前后的懸液制作標(biāo)本，無(wú)需染色，直接在100倍油鏡下觀察細(xì)胞結(jié)構(gòu)，破碎后無(wú)法找到完整細(xì)胞結(jié)構(gòu)，故認(rèn)定破壁率99.9％以上。

蝦青素含量測(cè)定方法采用國(guó)標(biāo)GB/T 31520的方法，提取率計(jì)算方法為提取物中蝦青素總質(zhì)量與原料中蝦青素總質(zhì)量的比值。

實(shí)施例1：

取雨生紅球藻藻粉1kg，加入1L無(wú)水乙醇攪拌均勻后注入砂磨機(jī)進(jìn)料缸中待用。采用棒銷式砂磨機(jī)，在研磨腔中加入75％腔體積的0.6mm氧化鋯陶瓷微珠，10℃預(yù)冷研磨腔后打開(kāi)進(jìn)料泵電源，研磨時(shí)間15s。料液6000rpm冷凍離心5min，取上清50℃減壓蒸餾至無(wú)溶劑滴落得到蝦青素粗提物，同時(shí)回收乙醇循環(huán)用于雨生紅球藻中的蝦青素的提取。將蝦青素粗提物放至超臨界萃取儀萃取釜中，萃取壓力30mPa，萃取時(shí)間為2h，萃取溫度為40℃，分離釜中收集蝦青素提取物。細(xì)胞破壁率99.9％，天然蝦青素提取率99.2％，提取物中蝦青素含量8.2％。

實(shí)施例2：

取雨生紅球藻藻粉0.5kg，加入4L正己烷攪拌均勻后注入砂磨機(jī)進(jìn)料缸中待用。采用渦輪式砂磨機(jī)，在研磨腔中加入85％腔體積的1.0mm氧化鋯陶瓷微珠，10℃預(yù)冷研磨腔后打開(kāi)進(jìn)料泵電源，研磨時(shí)間60s。料液自然沉降1h，取上清40℃減壓蒸餾至無(wú)溶劑滴落得到蝦青素粗提物，同時(shí)回收正己烷循環(huán)用于雨生紅球藻中的蝦青素的提取。將蝦青素粗提物放至超臨界萃取儀萃取釜中，萃取壓力25mPa，萃取時(shí)間為1h，萃取溫度為30℃，分離釜中收集蝦青素提取物。細(xì)胞破壁率99.9％，天然蝦青素提取率99.5％，提取物中蝦青素含量9.1％。(圖1破碎前鏡檢照片，圖2破碎后鏡檢照片，圖3原料藻粉照片，圖4提取后濾渣照片)

實(shí)施例3：

取雨生紅球藻藻粉2kg，加入20L丙酮攪拌均勻后注入砂磨機(jī)進(jìn)料缸中待用。采用棒銷式砂磨機(jī)，在研磨腔中加入90％腔體積的5.0mm氧化鋯陶瓷微珠，10℃預(yù)冷研磨腔后打開(kāi)進(jìn)料泵電源，研磨時(shí)間600s。料液負(fù)壓抽濾，取濾液30℃減壓蒸餾至無(wú)溶劑滴落得到蝦青素提取物，同時(shí)回收丙酮循環(huán)用于雨生紅球藻中的蝦青素的提取。將蝦青素粗提物放至超臨界萃取儀萃取釜中，萃取壓力40mPa，萃取時(shí)間為3h，萃取溫度為50℃，分離釜中收集蝦青素提取物。細(xì)胞破壁率99.9％，天然蝦青素提取率99.8％，提取物中蝦青素含量8.8％。

對(duì)比例1：

操作步驟同實(shí)施例1，其中添加溶劑采用葵花籽油替代乙醇，研磨后的混懸液無(wú)法直接采用離心或負(fù)壓抽濾或自然沉降的方法實(shí)現(xiàn)固液分離，需添加大量水絮凝細(xì)胞碎片后再通過(guò)離心實(shí)現(xiàn)固液分離。分離后的液相無(wú)法通過(guò)減壓蒸餾的方式回收添加的溶劑，整個(gè)工藝細(xì)胞破壁率99.9％，天然蝦青素提取率85.8％，提取物中蝦青素含量?jī)H為0.25％，不利于后續(xù)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。

對(duì)比例2：

取雨生紅球藻藻粉0.5kg，采用超臨界萃取儀直接萃取，夾帶劑為無(wú)水乙醇，萃取條件同實(shí)施例2，提取物中蝦青素含量為1.2％，天然蝦青素提取率25.2％，提取效率低下。

對(duì)比例3：

取雨生紅球藻藻粉0.5kg，采用超臨界萃取儀直接萃取，夾帶劑為無(wú)水乙醇，萃取壓力40mPa，萃取時(shí)間為2h，萃取溫度為70℃，提取物中蝦青素含量為1.8％，天然蝦青素提取率36.8％，提取效率低下。

對(duì)比例4：

取雨生紅球藻藻粉0.5kg，采用超臨界萃取儀直接萃取，不添加任何夾帶劑，萃取壓力40mPa，萃取時(shí)間為2h，萃取溫度為70℃，提取物中蝦青素含量為2.1％，天然蝦青素提取率15.7％，提取效率低下。