一种利用亚临界流体从盐生杜氏藻中提取β-胡萝卜素的方法

摘要

本发明提供了一种利用亚临界流体从盐生杜氏藻中提取β-胡萝卜素的方法，包括：一、将盐生杜氏藻加工制作为盐生杜氏藻颗粒；二、将盐生杜氏藻颗粒填充至萃取釜中，向萃取釜中通入亚临界流体；然后在搅拌状态下，加热萃取，得到萃取液和萃取残渣；三、将萃取液从萃取釜中通入分离釜，减压分离，得到β-胡萝卜素浸膏。本发明将亚临界流体萃取方法应用至提取盐生杜氏藻的β-胡萝卜素中，低温连续逆流萃取和低温分离减少了天然β-胡萝卜素的氧化损失，大大提高了得率，而且低温分离解决了溶剂残留的安全问题，同时大大降低了提取成本，易于工业化生产。本发明为杜氏盐藻提取天然β-胡萝卜素浸膏开辟了一条崭新的途径。

说明书

技术领域

本发明涉及β-胡萝卜素的提取方法技术领域，尤其涉及一种利用亚临界流体从盐生杜氏菌中提取β-胡萝卜素的方法。

背景技术

盐生杜氏藻，属于绿藻纲，团藻目，杜氏藻属，是生存在地球上38亿年历史的单细胞藻类。通常为卵形，长8～25μm，宽5～15μm，具有2～15μm的两根长鞭毛，可运动。能适应低浓度盐水到饱和盐水(35％～36％)，因此在美国、澳大利亚、以色列、中国等国家的天然盐湖和盐田中有广泛分布。当浓度累计到一定程度，湖水或盐田将呈现红色和粉红色。

在强烈的光合作用和高盐度的养殖条件下，杜氏盐藻累积了人体健康所需的多种营养元素，其中包括多种天然类胡萝卜素、叶酸、维生素A、维生素E、亚麻酸、亚油酸、软磷脂、盐藻多糖、膳食纤维等，还含有钙、铁、锌、硒等70多种人体所需的矿物质和微量元素，以及18种氨基酸。在众多的营养物质和生物功能性物质中，最为突出的为天然β-胡萝卜素含量较高，可达5％以上。尤其是所含的天然β-胡萝卜素具有顺反多种异构体，对人类健康具有突出的生理功能。因此，盐生杜氏藻成为目前提取β-胡萝卜素的主要原料。

目前，从盐生杜氏藻中提取天然β-胡萝卜素浸膏的传统提取方法主要有热油浸出法、有机溶剂萃取法以及CO₂超临界萃取法等。热油浸出法是早期采用的萃取方法，将杜氏盐藻细胞液在强力机械搅拌剪切下，使细胞液化，加入植物油，添加0.3％的抗氧化剂维生素E进行保护，加热到65～100℃。在强力搅拌下充分乳化，使油滴达到10—100μm，溶出天然β-胡萝卜素，持续进行60—120分钟。最终萃取率达到90％以上。此法操作简单，投资少，但缺点是温度较高、加热时间长，容易导致产品的受热氧化分解，并且得到的天然β-胡萝卜素含量低，对应用开发很不利。

溶剂浸提法是近些年从杜氏盐藻粉中提取天然β—胡萝卜素浸膏的主要方法。该法采用弱极性的有机溶剂，如乙醚、丙酮、正己烷、乙酸乙酯等。在一定的温度下在特定的萃取器中萃取杜氏盐藻粉，再经浓缩、脱溶等工艺环节得到天然β-胡萝卜素浸膏。采用这种方法时，消耗大量的溶剂和热能，提取成本较高。提取分离温度较高，带来了天然β-胡萝卜素浸膏的氧化和分解；同时溶剂残留也大大影响了产品质量和风味。

CO₂超临界萃取法具有萃取和分离的双重作用，萃取效率高，也不残留有机溶剂，但提取成本高。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷和问题，本发明的目的是提供一种利用亚临界流体从盐生杜氏藻中提取β-胡萝卜素的方法，解决现有的提取方法都会带来β-胡萝卜素浸膏的氧化和分解，导致β-胡萝卜素的提取率低；以及溶剂残留导致β—胡萝卜素浸膏质量差的技术问题。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种利用亚临界流体从盐生杜氏藻中提取β-胡萝卜素的方法，包括以下步骤：

步骤一、将盐生杜氏藻加工制作为盐生杜氏藻颗粒；

步骤二、将盐生杜氏藻颗粒填充至萃取釜中，向萃取釜中通入亚临界流体；然后在搅拌状态下，加热萃取，得到萃取液和萃取残渣；

步骤三、将萃取液从萃取釜中通入分离釜，减压分离，得到β-胡萝卜素浸膏；完成β-胡萝卜素的提取。

进一步地，步骤一中，以盐生杜氏藻液为初始原料，经生物絮凝、离心收集、清洗脱盐、喷雾干燥和挤压制粒的工艺环节加工制作为盐生杜氏藻颗粒。

进一步地，步骤一中，所述盐生杜氏藻颗粒的含水量的质量分数控制为小于15％。优选地，，所述盐生杜氏藻颗粒的含水量的质量分数控制为10％～12％。

进一步地，步骤一中，所述盐生杜氏藻颗粒的形状为圆柱形。

进一步地，控制圆柱形的盐生杜氏藻颗粒的直径为5～8mm，高度为10～15mm。

进一步地，步骤二中，萃取过程的参数如下：控制萃取釜搅拌转数为60～120r/min，加热到35～45℃，萃取40～180min。

优选地，步骤二中，萃取过程的参数如下：控制萃取釜搅拌转数为100r/min的搅拌状态下，加热到45℃，萃取150min。

进一步地，步骤二中，控制盐生杜氏藻颗粒填充至萃取釜容积的三分之一至三分之二。优选为二分之一。

进一步地，步骤二中，所述亚临界流体采用丁烷。

进一步地，步骤二中，向萃取釜中通入亚临界流体的操作为：将丁烷气体通入压缩机，加压至0.5—0.95MPa后通入萃取釜中。优选加压至0.85MPa。

进一步地，步骤三中，减压分离过程的参数为：减压至真空度为0.070～0.090MPa，温度控制为30～40℃。优选地，减压至真空度为0.085MPa，温度控制为36℃。

进一步地，本发明的方法，还包括对步骤三中留在萃取釜内的萃取残渣进行减压脱溶处理的步骤。

进一步地，所述减压脱溶处理操作为：将萃取釜内的压力减压至真空度0.070～0.090MPa，温度控制为35～45℃，脱溶处理，然后排出萃取釜。可用于备做水产饲料饲料。

优选地，所述减压脱溶处理操作为：将萃取釜内的压力减压至真空度0.080MPa，温度控制为45℃，脱溶处理，然后排出萃取釜。

进一步地，本发明的方法，还包括将分离釜中气化的丁烷经过净化处理后通入储气罐进行循环使用的步骤。

本发明提供的一种利用亚临界流体从盐生杜氏藻中提取β-胡萝卜素的方法，将亚临界流体萃取方法应用至提取盐生杜氏藻的β-胡萝卜素中，低温连续逆流萃取和低温分离减少了天然β-胡萝卜素的氧化损失，大大提高了得率，又低温分离解决了溶剂残留的安全问题，同时大大降低了提取成本，易于工业化生产。本发明为杜氏盐藻提取天然β-胡萝卜素浸膏开辟了一条崭新的途径。该发明应用前景广阔，意义深远。

本发明中，将盐生杜氏藻制作为颗粒状，能够在萃取过程中提供更高的物料堆积孔隙率，便于溶剂能够更有效与物料接触，增大物料萃取过程中的表面积，提高萃取率。优选盐生杜氏藻颗粒的形状为圆柱形，能够提供最优的物料堆积孔隙率，提高萃取率。

针对亚临界流体萃取过程中，容易形成油水分隔界面，水分的表面张力过大，会阻止脂溶性溶剂对物料的渗透，最终导致萃取率不高。因此，需要很好地控制物料中水分，才能保证不形成油水分隔界面。因此，本发明中优选控制盐生杜氏藻颗粒的含水量的质量分数控制为小于15％。更优选的是，10％～12％。

本发明中，亚临界流体优选采用丁烷，原因如下：1、丁烷的物理性质，常温常压下是气态，亚临界状态下为液态。分子量小，极性弱等；以及其他物性参数。2、丁烷的来源丰富，价格低廉，溶剂成本低。3、丁烷的亚临界状态对设备要求低，易于实现。

本发明中，针对盐生杜氏藻中甘油的含量较高，优选了萃取过程的参数，适当提高了萃取温度，增加了萃取时间。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种利用亚临界流体从盐生杜氏藻中提取β-胡萝卜素的方法，包括以下步骤：

步骤一、将盐生杜氏藻加工制作为盐生杜氏藻颗粒；以盐生杜氏藻液为初始原料，经生物絮凝、离心收集、清洗脱盐、喷雾干燥和挤压制粒的工艺环节加工制作为圆柱形盐生杜氏藻颗粒。其中，圆柱形盐生杜氏藻颗粒的直径为6mm，高度为12mm。控制圆柱形盐生杜氏藻颗粒的含水量的质量分数控制为12％。检测圆柱形盐生杜氏藻颗粒中天然β—胡萝卜素的质量含量为5.2％。

步骤二、将500kg盐生杜氏藻颗粒(天然β—胡萝卜素的质量为26kg)放入3m³的萃取釜中，将储气罐中的丁烷气体加压至0.85MPa，形成亚临界流体丁烷，并通入萃取釜中。然后在萃取釜搅拌转数为100r/min的搅拌状态下，加热到45℃，萃取150min。得到萃取液和萃取残渣。

步骤三、打开萃取釜的出料阀门，将萃取液通入分离釜，减压至真空度为0.085MPa，在36℃的温度下减压分离，得到β-胡萝卜素浸膏；称重为85.6kg，检测天然β-胡萝卜素含量28.2％，即提取得到24.14kg的β-胡萝卜素。完成β-胡萝卜素的提取。

本实施例1中还包括萃取残渣和萃取剂丁烷的回收步骤，以降低废物排放，环保，同时节约成本。其中，丁烷回收循环使用的操作为：将分离釜中气化的丁烷经过净化处理后通入储气罐进行循环使用。

萃取残渣的回收操作为：将留在萃取釜内的萃取残渣进行减压脱溶处理，具体操作为：将萃取釜内的压力减压至真空度0.080MPa，温度控制为45℃，脱溶处理，然后排出萃取釜，称重约412kg。可用于备做水产饲料。

本实施例1的β-胡萝卜素的提取率为(24.14kg/26kg)×100％＝92.84％。提取率高。

实施例2

一种利用亚临界流体从盐生杜氏藻中提取β-胡萝卜素的方法，包括以下步骤：

步骤一、将盐生杜氏藻加工制作为盐生杜氏藻颗粒；以盐生杜氏藻液为初始原料，经生物絮凝、离心收集、清洗脱盐、喷雾干燥和挤压制粒的工艺环节加工制作为圆柱形盐生杜氏藻颗粒。其中，圆柱形盐生杜氏藻颗粒的直径为6mm，高度为12mm。控制圆柱形盐生杜氏藻颗粒的含水量的质量分数控制为11.5％。检测圆柱形盐生杜氏藻颗粒中天然β—胡萝卜素的质量含量为5.4％。

步骤二、将1000kg盐生杜氏藻颗粒(天然β—胡萝卜素的质量为54kg)放入5m³的萃取釜中，将储气罐中的丁烷气体加压至0.85MPa，形成亚临界流体丁烷，并通入萃取釜中。然后在萃取釜搅拌转数为100r/min的搅拌状态下，加热到45℃，萃取150min。得到萃取液和萃取残渣。

步骤三、打开萃取釜的出料阀门，将萃取液通入分离釜，减压至真空度为0.085MPa，在36℃的温度下减压分离，得到β-胡萝卜素浸膏；称重为174.2kg，检测天然β-胡萝卜素含量28.5％，即提取得到49.65kg的β-胡萝卜素。完成β-胡萝卜素的提取。

本实施例2中还包括萃取残渣和萃取剂丁烷的回收步骤，以降低废物排放，环保，同时节约成本。具体操作与实施例1中记载的相同。由萃取釜排出的经脱溶处理后的萃取残渣的质量为821kg。

本实施例2的β-胡萝卜素的提取率为(49.65kg/54kg)×100％＝91.94％,提取率高。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。