一种高通量提取生物样本中胡萝卜素的方法技术

本发明专利技术涉及一种高通量提取生物样本中胡萝卜素的方法，以固定有振荡破碎管架的机械振荡器，提供振荡破碎动力，将生物样本、振荡破碎珠和有机溶剂装至振荡破碎管内，并将密封的振荡破碎管锁定于振荡器管架上，在一定的振荡转速或频率下，利用管内振荡破碎珠的碰撞摩擦及有机溶剂的渗透溶解，实现生物样本组织或细胞的研磨破碎以及胡萝卜素样本的溶解提取。与现有技术相比，本发明专利技术兼具处理样本通量大、过程简单、工作效率高、实验系统误差小，所需样品和溶剂少、劳动强度低、且隔绝溶剂挥发等优点。在工业微生物、动物和植物优良品种选育及工艺优化过程中，应用本发明专利技术可以有效的提高样品的处理通量和胡萝卜素提取效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及类胡萝卜素生产及研究
，具体地说，是一种通过利用固定于高速振荡器上的振荡架，将多组装有有机溶剂，振荡破碎珠和待提取样品的封闭破碎管进行同时振荡。借助于振荡破碎珠的碰撞碾磨效应以及有机溶剂的萃取效应，从而将各破碎管中细胞内所含的类胡萝卜素同时进行溶解抽提，从而实现分析样本的类胡萝卜素高通量快速提取。
技术介绍
胡萝卜素(Carotene)最早由Wackenroder在1831年从胡萝卜中分离出，β-胡萝 卜素的分子式由Willstather在1906年测定，而结构式在1928年-1932年为Zechmeister等确定。胡萝卜素是一种橙色的光合色素，广泛存在于绿色和黄色蔬菜以及水果中，使其带有橙色，并在光合作用中扮演传递能量的角色。胡萝卜素属于属四萜类化合物。在其分子的两端各有一个紫萝酮环，中心断裂可产生两个维生素Α，是视黄醇(维生素Α)的二聚物且拥有多种结构，最主要的两种是α-胡萝卜素与β-胡萝卜素，此外还有Υ-胡萝卜素、δ -胡萝卜素与ε -胡萝卜素三种。β-胡萝卜素分子式是C4tlH56，分子量约536. 88。由于该化合物分子中具有长的共轭双键生色基团，因而具有光吸收的性质，使其显黄色，在紫外光谱中有三个吸收峰(455nm, 483nm和340nm)。β -胡萝卜素主要有全反式，9-顺式，13-顺式及15-顺式四种形式，其中天然的β_胡萝卜素主要是全反式异构体和少量顺式异构体。这主要是因为在顺式结构中，双键附近的氢原子之间或氢原子和甲基基团之间会产生较大的空间位阻，而造成顺式结构的不稳定。9-顺式-β-胡萝卜素在疏水溶剂中溶解容易，结晶困难，通常以油状物出现，而全反式-β -胡萝卜素结晶较为容易。β -胡萝卜素无臭无味，稀溶液呈橙黄色至黄色，浓度增大时带橙色，因溶剂极性不同可能稍带红色。β_胡萝卜素的结晶为暗红紫色六角棱晶或暗红色菱形片晶。在真空中的熔点为184°C，由于它的分子结构中不存在不对称碳原子，因而不具备旋光性。β-胡萝卜素易溶于二硫化碳、二氯甲烷、苯、甲苯、氯仿、四氯化碳、丙酮、石油醚、己烷和植物油，不溶于水，难溶于醚、丙二醇、甘油、丙二醇、甲醇、乙醇、酸和碱。其在橄榄油和苯中的溶解度均为O. lg/mL，在氯仿中的溶解度为43g/l，高浓度时呈橙红色，低浓度时呈橙色至黄色。β -胡萝卜素在PH值2 7的范围内较稳定，且不受还原性物质的影响，但对光和氧均不稳定，易在光照和加热时发生氧化反应。铁离子会促使其褪色。自1831年Wzckenerler首次成功分离胡萝卜素以来，世界上科学家们对胡萝卜素的研究一直没有停止过。近年来，有关β_胡萝卜素对人体作用的研究异常活跃。β_胡萝卜素有维生素A源之称，是一种重要的人体生理功能活性物质，其在肝脏中可以转变成维生素Α，是维生素A合成的前体。尽管β-胡萝卜素的生物活性机制尚未完全了解，Blumberg在1994年柏林召开的第二届抗氧化剂维生素在预防疾病中的作用的国际会议时已经提出，β_胡萝卜素至少有以下几方面的功能(I) β _胡萝卜素是维生素A的前体，而维生素A是人体必需的微量营养成分；(2)具有免疫功能，能提高人体免疫系统抵抗病原物的能力；(3)具有抗氧化剂的功能，能够淬灭单线态氧，清除体内自由基的影响；(4)能预防癌症，延缓癌症的发展；(5)促进细胞缝间连接交流。目前，胡萝卜素在抗炎、解毒、抗癌、预防心血管疾病、防治白内障和保护肝脏方面的生理作用也已被越来越多地证实，并应用于疾病的预防和治疗。最近一项通过对4000多名内科医师长达18年的研究表明，长期隔日服用50mg的β-胡萝卜素可以有效的防治男性大脑意识的衰退。此外，β -胡萝卜素还可以作为着色和抗氧化添加剂应用于医药、食品、化妆品和动物饲料等行业。β -胡萝卜素根据生产方式不同分为化学合成β -胡萝卜素和天然β _胡萝卜素两大类。其中包括β-胡萝卜素在内的类胡萝卜素广泛存在于生物界中，包括植物、动物、 藻类和微生物等，它们是天然类胡萝卜素的丰富来源。虽然天然β_胡萝卜素生产成本较高，但由于不存在致癌物质，水溶性较好，具有良好的生理活性，且常常与其他类胡萝卜素等抗氧化天然活性产物复合在一起，因此具有很好的抗哮喘、抗染色体畸变和防癌等药理活性。天然β-胡萝卜素目前已被国际癌症研究中心及美国国家癌症研究所认可，并经联合国粮农组织(FAO)和世界卫生组织(WHO)批准为A类营养食品添加剂。随着人们对天然营养和保健产品认识的不断提高，以及食品安全问题的日益重视(尤其是近年来违法使用瘦肉精、吊白块、苏丹红、三聚氰胺、梓檬黄和邻苯二甲酸酯等人工色素和食品添加剂现象的曝光)，天然色素及安全的食品添加剂(例如，天然色素β-胡萝卜素等)将逐步在市场中占据主导地位。目前，天然β _胡萝卜素主要可通过植物提取、盐藻法和微生物发酵三种方法生产。其中，微生物发酵法具有生产稳定，受季节、气候、时间和地域因素影响小，生产周期较短，质量控制相对比较容易等优势。另外，通过发酵规模的放大，也较为容易满足目前对天然类胡萝卜素日益增长的市场需求。鉴于以上特点，研究人员对天然分离得到的产β_胡萝卜素微生物进行了系统的比较和研究，并通过诱变筛选和发酵研究，发现了一些极有应用价值的工业微生物菌株。无论何种来源的天然β-胡萝卜素，其工业生产菌株、藻种以及各类动植物皆经过长期的诱变、杂交、基因工程改造以及筛选工作，从而使得生物来源的组织细胞，能够在工业生产过程中大量积累β_胡萝卜素，以降低生产成本并获得符合预期的市场利润。在以上工业菌株(包括各类微生物、藻种、动植物及相应的细胞系)选育过程中，对培养得到的生物体组织细胞中的β-胡萝卜素进行提取和分析，是目前表征生物体组织细胞生产及积累β_胡萝卜素能力高低的唯一和必须手段。根据以往文献报道，对各类生物体组织细胞进行破碎并对细胞中的β _胡萝卜素进行提取的方法主要分为物理法和化学法。其原理为借助于各类溶剂体系，直接渗入细胞5中提取(例如，超临界流体)或借助各类物理或化学过程使细胞破裂甚至粉碎后，对细胞内的β-胡萝卜素进行溶解萃取。孙景茂专利技术《一种从胡萝卜中提取天然β胡萝卜素的工艺》(公开号CN1092063 ； 公开日1994.09. 14)。它以干燥的胡萝卜为原料，以沸点低于80°C，室温下为液体的有机溶剂为提取剂，以胡萝卜重量与溶剂体积之比为1 I. 5 5，浸取温度为室温，经过罐组逆流浸出器提取，刮板式薄膜蒸发器蒸发浓缩，结晶，洗涤，重结晶，干燥可得含80 % 90%的β-胡萝卜素晶体。中国科学院武汉病毒研究所的陈涛等人专利技术了《一种三孢布拉氏霉菌中胡萝卜素的提取方法》(公开号CN1221737 ;公开日1999. 07. 07)所述方法是采用低沸点的石油系有机溶剂萃取菌中的胡萝卜素。萃取溶剂与菌体积比为I 10 : 1，温度为40°C 70°C， 每次为O. 5小时 I小时,萃取二次,并合并萃取液。西格弗里德·彼得等人专利技术了《从含有胡萝卜素的原料中提取胡萝卜素的方法》(国际公布W099. 58611英；公开日1999· 11. 18 ;公开号CN1297469 ;公开日2001.05.30)。该方法主要从含有胡萝卜素的原料中、特别是从生物学来源的脂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高通量提取生物样本中胡萝卜素的方法，其特征在于，以固定有振荡破碎管架的机械振荡器，提供振荡破碎动力，将生物样本、振荡破碎珠和有机溶剂装至振荡破碎管内，并将密封的振荡破碎管锁定于振荡器管架上，在一定的振荡转速或频率下，利用管内振荡破碎珠的碰撞摩擦及有机溶剂的渗透溶解，实现生物样本组织或细胞的研磨破碎以及胡萝卜素样本的溶解提取。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：董宏伟，徐大刚，吴向阳，蔡杨，陈慧芳，杨晔，吴欣森，李泓全，童海宝，
申请(专利权)人：上海化工研究院，
类型：发明
国别省市：