破壁乳杆菌超临界CO2静态与动态协同提取虾青素的方法技术

技术编号:19643405 阅读:76 留言:0更新日期:2018-12-05 18:58
本发明专利技术破壁乳杆菌超临界CO2静态与动态协同提取虾青素的方法:该方法将干燥的植物乳杆菌加入乙醇,球磨破壁后得乳杆菌菌浆,作为提取原料;将硅藻土与乳杆菌菌浆混合,加入萃取釜;设置超临界萃取温度设为35‑60℃,超临界萃取压力设为10‑40MPa,超临界CO2从萃取釜上方流入,当超临界萃取温度和超临界萃取压力到达设定值且稳定后,关闭阀(V2),切断萃取釜和分离釜;高压增溶静态萃取结束后,调节阀门,通入超临界CO2动态协同提取。该方法从乳杆菌提取虾青素,成本低、操作步骤简单、提取率高、除乙醇外无其他任何有机溶剂消耗,全过程绿色、低耗能、适合商业化应用。

Static and Dynamic Synergistic Extraction of Astaxanthin from Lactobacillus mutilatus by Supercritical CO2

The method of static and dynamic synergistic extraction of astaxanthin by supercritical CO2 of Lactobacillus mutilatus comprises the following steps: adding dried Lactobacillus plantarum to ethanol, milling and breaking the wall to obtain Lactobacillus slurry as raw material for extraction; mixing diatomite with Lactobacillus slurry and adding the extracting kettle; setting the supercritical extraction temperature at 35 60 (?) and supercritical extraction temperature. The critical extraction pressure is set at 10 40 MPa. Supercritical CO2 flows from the top of the extraction kettle. When the supercritical extraction temperature and pressure reach the set value and are stable, the shut-off valve (V2) shuts off the extraction kettle and the separation kettle. After the high pressure solubilization static extraction is finished, the valve is adjusted and the supercritical CO2 dynamic synergistic extraction is introduced. Astaxanthin was extracted from Lactobacillus spp. with low cost, simple operation procedure, high extraction rate, no other organic solvent consumption except ethanol. The whole process was green, low energy consumption and suitable for commercial application.

【技术实现步骤摘要】
破壁乳杆菌超临界CO2静态与动态协同提取虾青素的方法
本专利技术涉及生物
对生物材料的开发提取,特别是涉及破壁乳杆菌超临界CO2静态与动态协同提取虾青素的方法,属于真菌生物

技术介绍
虾青素是一种叶黄素类胡萝卜素,广泛存在于各种微生物和海洋动物体内,比如一些藻类、酵母和细菌的细胞中,或甲壳动物的外壳中。虾青素的化学名称为3,3′‐二羟基‐4,4′‐二酮基β‐胡萝卜素,分子式C40H52O4,摩尔质量为596.86g/mol。虾青素属于不饱和的酮式类胡萝卜素,包括两个终端环和一个多烯烃链。虾青素不仅存在立体异构体、自由态和酯化态的形式,虾青素还存在几何异构体。虾青素具有较强的抗肿瘤、抗衰老、防治糖尿病、预防心脑血管疾病等功能,并具有延缓人体衰老的功效,对人类的疾病具有很好的防治和治理效果。因此,虾青素将在药物和保健品行业具有潜在的应用价值。然而,虾青素在提取应用方面存在一些问题,具体如下:(1)天然提取的虾青素产率低、纯度低,生产周期长;(2)虾青素的疏水性强,在整个虾青素分子中只存在两个亲水性集团;(3)虾青素分子极度不稳定,其高度不饱和链,对光、氧、热不稳定,易降解。以上问题给虾青素提取带来很大麻烦。近30年来,研究人员尝试通过化学修饰等方法对虾青素进行合成和改性,来达到增强其稳定性和体内溶解度的目的。美国食品与药品管理局(FDA)禁止添加化学合成的虾青素至食品中。因此,不论是从经济应用方面考虑,还是从药用安全方面考虑,通过合适的方法从生物来源提取虾青素,提高虾青素的提取率都具有重要意义。中国专利技术专利CN105695550A公开了一种高密度培养植物乳杆菌生产虾青素的方法。具体为将植物乳杆菌接种于包含蔗糖、糖蜜、硫酸铵、α‐蒎烯和维生素B12的发酵培养基中培养,培养过程中根据生长状况采用中间补料结合阶段控制pH值;当发酵培养基中残糖浓度低于10g/L时,补加营养培养基继续培养,pH值控制方法为延迟期和对数早期将pH控制在6.0~6.5,对数中期及每次补料后5h之内将pH控制在7.0~7.5,其余阶段将pH控制在4.5~5.0。在60~72h后结束发酵,最终生物量和虾青素产量分别可达735mg/L和32g/L。此方法制备的富含虾青素乳杆菌,生长周期短,成本低。传统方法多通过化学提取法从藻类或者虾壳等原料中提取出虾青素,应用最多的是雨生红球藻,利用溶剂丙酮、甲醇、二甲基亚砜等浸泡或萃取,离心分离,水洗涤等步骤提取出虾青素。然而,采用化学提取法制备虾青素存在一系列的问题。由于,水产品自身易腐败变质,产品的纯度不高,且生产工艺复杂,有溶剂残留,难以用于工业化。随着超临界萃取技术的发展成熟,利用超临界CO2提取虾青素越来越受到重视。通过超临界装置即可完成提取工作,且无溶剂残留,适合工业化。目前应用最多的是对雨生红球藻破壁后的虾青素提取,但类方法存在一些问题,如雨生红球藻积累虾青素的条件需严格控制,生长周期较长,且细胞壁很厚,破壁提取虾青素难度大。目前工业生产中,雨生红球藻厚壁孢子细胞的破壁方法有机械破壁法、化学法破壁、酶法破壁等。机械破壁法是指采用胶体磨、研磨、高压均质等机械进行破壁,虽然破壁效率高,但耗能高,生产成本极高,再对虾青素进行提取,更加大了生产成本。在超临界装置提取方面,现有技术多是将超临界流体从萃取釜下方通入,同时通入夹带剂,夹带剂能增大目标提取物在超临界流体中的溶解度。在萃取釜中,目标物质溶解在超临界流体中,被超临界流体从萃取釜上端带出。在分离釜泄压,提取物析出。在此过程中,超临界流体和夹带剂瞬间喷过萃取釜,带走溶出的目标物,不能深入细胞内部,有大量超临界流体和夹带剂并未与目标物质完全接触,使得超临界流体和夹带剂消耗很大,为提高提取率,耗时较长。中国专利技术专利申请CN104557649A使用超临界装置从虾壳中提取虾青素,1000g虾壳粉,萃取时间1小时,得到920mg虾青素,提取率为9.2%,提取率不高。中国专利技术专利申请CN106467479A提供一种从雨生红球藻提取虾青素的方法,该方法使用球磨破壁,二氯甲烷和甲醇提取,虾青素的提取率可达95%。但是该方法存在有大量有毒机溶剂残留,不能广泛推广,难以商业化应用。中国专利技术专利CN105695550A公开了一种高密度培养植物乳杆菌生产虾青素的方法。本专利针对这种富含虾青素的植物乳杆菌,提供一种植物乳杆菌细胞球磨破壁方法,对球磨破壁后的乳杆菌利用超临界CO2对虾青素进行静态和动态提取,形成本专利技术技术。
技术实现思路
为克服现有技术中存在的技术问题,本专利技术提供一种操作步骤简单、除乙醇外无需其他任何有机溶剂、提取率高、成本低且易于工业化生产的从乳杆菌提取虾青素的方法,全过程绿色、低耗能。本专利技术依据中国专利技术专利CN105695550A制备的富含虾青素乳杆菌为提取原料,球磨破壁后,结合改进后的超临界CO2装置提取虾青素,具有很好的应用前景。为了实现上述目的,本专利技术采用如下技术方案:破壁乳杆菌超临界CO2静态与动态协同提取虾青素的方法,其特征在于包括以下步骤:1)将干燥的植物乳杆菌加入乙醇,球磨破壁后得乳杆菌菌浆,作为提取原料;2)将硅藻土与乳杆菌菌浆混合,加入萃取釜,将萃取釜安装在超临界CO2装置中;3)控制超临界CO2装置气密性,设置超临界萃取温度设为35‐60℃,超临界萃取压力设为10‐40MPa,超临界CO2从萃取釜上方流入,当超临界萃取温度和超临界萃取压力到达设定值且稳定后,关闭阀V),切断萃取釜和分离釜;利用高压,使超临界CO2和共溶剂乙醇充分与提取物接触,进入未破壁完全的细胞溶解虾青素,高压和共溶剂乙醇提高虾青素在超临界CO2中的溶解度,加压增溶静态提取10‐60min,打开阀V3接通萃取釜和分离釜,经高压,虾青素被超临界CO2带到分离釜,打开分离釜下的开关V7,收集虾青素;4)关闭分离釜开关V7,打开阀V2、阀V4,使CO2经分离釜、阀V4、流量计、水冷机、二氧化碳储罐、高压泵、第一热油泵、阀V2、萃取釜、阀V3、第二热油泵、分离釜循环,持续在萃取釜中从上到下通入超临界CO2,带走步骤3)未被提取的虾青素,控制动态协同提取时间为10‐60min;打开分离釜下的开关V7,收集虾青素。为进一步实现本专利技术目的,优选地,步骤1)中,所述的干燥的植物乳杆菌是将发酵好的乳杆菌用95%乙醇脱水两次、无水乙醇脱水一次,每次20分钟,脱水至干燥状态。优选地,步骤1)中,所述的球磨为湿法球磨,是将干燥的植物乳杆菌、乙醇和球磨珠加入球磨罐中进行磨损;球磨转速设为400‐750r/min;球磨珠和球磨罐均为氧化锆材质,球磨珠按粒径分成a球16mm、b球13mm、c球11mm、d球9mm、e球5.5mm;球磨珠选自不同粒径中至少两种,每种粒径的球磨珠为一个或多个;所述干燥的植物乳杆菌与球磨珠的质量比为0.5‐1。优选地,所述的湿法球磨的球磨破壁时间设为0.5‐3小时。优选地,步骤1)中,干燥的植物乳杆菌与乙醇的质量比为0.5‐2.5。优选地,步骤2)中,所述硅藻土作为防结剂和支撑体,所述乳杆菌菌浆和硅藻土的质量比为0.3‐1。优选地,步骤3)中,所述超临界萃取温度设为40‐50℃;所述超临界萃取压力设为10‐20MPa。优选地,步骤3)中,所述超临界C本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.破壁乳杆菌超临界CO2静态与动态协同提取虾青素的方法,其特征在于包括以下步骤:1)将干燥的植物乳杆菌加入乙醇,球磨破壁后得乳杆菌菌浆,作为提取原料;2)将硅藻土与乳杆菌菌浆混合,加入萃取釜,将萃取釜安装在超临界CO2装置中;3)控制超临界CO2装置气密性,设置超临界萃取温度设为35‐60℃,超临界萃取压力设为10‐40MPa,超临界CO2从萃取釜上方流入,当超临界萃取温度和超临界萃取压力到达设定值且稳定后,关闭阀(V2),切断萃取釜和分离釜;利用高压,使超临界CO2和共溶剂乙醇充分与提取物接触,进入未破壁完全的细胞溶解虾青素,高压和共溶剂乙醇提高虾青素在超临界CO2中的溶解度,加压增溶静态提取10‐60min,打开阀V3接通萃取釜和分离釜,经高压,虾青素被超临界CO2带到分离釜,打开分离釜下的开关(V7),收集虾青素;4)关闭分离釜开关(V7),打开阀(V2)、阀(V4),使CO2经分离釜、阀(V4)、流量计、水冷机、二氧化碳储罐、高压泵、第一热油泵、阀(V2)、萃取釜、阀(V3)、第二热油泵、分离釜循环,持续在萃取釜中从上到下通入超临界CO2,带走步骤3)未被提取的虾青素,控制动态协同提取时间为10‐60min;打开分离釜下的开关(V7),收集虾青素。...

【技术特征摘要】
1.破壁乳杆菌超临界CO2静态与动态协同提取虾青素的方法,其特征在于包括以下步骤:1)将干燥的植物乳杆菌加入乙醇,球磨破壁后得乳杆菌菌浆,作为提取原料;2)将硅藻土与乳杆菌菌浆混合,加入萃取釜,将萃取釜安装在超临界CO2装置中;3)控制超临界CO2装置气密性,设置超临界萃取温度设为35‐60℃,超临界萃取压力设为10‐40MPa,超临界CO2从萃取釜上方流入,当超临界萃取温度和超临界萃取压力到达设定值且稳定后,关闭阀(V2),切断萃取釜和分离釜;利用高压,使超临界CO2和共溶剂乙醇充分与提取物接触,进入未破壁完全的细胞溶解虾青素,高压和共溶剂乙醇提高虾青素在超临界CO2中的溶解度,加压增溶静态提取10‐60min,打开阀V3接通萃取釜和分离釜,经高压,虾青素被超临界CO2带到分离釜,打开分离釜下的开关(V7),收集虾青素;4)关闭分离釜开关(V7),打开阀(V2)、阀(V4),使CO2经分离釜、阀(V4)、流量计、水冷机、二氧化碳储罐、高压泵、第一热油泵、阀(V2)、萃取釜、阀(V3)、第二热油泵、分离釜循环,持续在萃取釜中从上到下通入超临界CO2,带走步骤3)未被提取的虾青素,控制动态协同提取时间为10‐60min;打开分离釜下的开关(V7),收集虾青素。2.根据权利要求1所述的破壁乳杆菌超临界CO2静态与动态协同提取虾青素的方法,其特征在于:步骤1)中,所述的干燥的植物乳杆菌是将发酵好的乳杆菌用95%乙醇脱水两次、无水乙醇脱水一次,每次20分钟,脱水至干燥状态。3.根据权利要求1所述的破壁乳杆菌超临界CO2静态与动态协同提取虾青素的方法,其特征在于:步骤1)中,所述的球磨为湿法球磨,是将干燥的植物乳杆菌、乙醇和球磨珠加入球磨罐中进行磨损;球磨转速设为400‐750r/min;球磨珠和球磨罐均为氧化锆材质,球磨珠按粒径分成a球16mm、b球13mm、c球11mm、d球9mm、e球5.5mm;球磨珠选自不同粒径中至少两种,每...

【专利技术属性】
技术研发人员:江燕斌叶丽萍刘萧峰宋光均蹇华丽何俊杰
申请(专利权)人:华南理工大学广州元大生物科技发展有限公司
类型:发明
国别省市:广东,44

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