雨生紅球藻中蝦青素成分的提取的專利研究進(jìn)展

鄒雯，周磊(國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心，江蘇 蘇州 215000)

1 蝦青素概述

游離的蝦青素很不穩(wěn)定，易被各種因素氧化，所以蝦青素在藻類等生物體中大部分以酯的形式存在，蝦青素結(jié)構(gòu)式如圖1所示。

圖1 蝦青素結(jié)構(gòu)式

蝦青素具有強的抗氧化活性，極強清除自由基、猝滅活性氧能力，抗氧化功能是β-胡蘿卜素的10 倍，是VE的500倍，被譽為“超級抗氧化劑”，其在食品、醫(yī)藥、化妝品等行業(yè)有著廣泛應(yīng)用。雨生紅球藻是目前發(fā)現(xiàn)的游離蝦青素及其酯類含量最高的天然來源，因此實際生產(chǎn)中將雨生紅球藻中蝦青素類物質(zhì)的作為提取來源的相關(guān)提取工藝研究很多[1-2]。

目前天然蝦青素的提取方法，主要包括有機溶劑浸提法、微波輔助萃取法、酶解法、堿提法、超臨界CO2萃取法。藻類中制備蝦青素存在成本高、雜質(zhì)多、提取困難等問題；對于從雨生紅球藻中提取蝦青素該工藝，主要存在以下三方面問題：(1)雨生紅球藻細(xì)胞壁較厚，而蝦青素的提取率與破壁率密切相關(guān)，因此其加大了蝦青素的提取難度；(2)由于雨生紅球藻在破壁過程和破壁后天然蝦青素就暴露于空氣中，使之極易被氧化而變質(zhì)，從而導(dǎo)致提取率低；(3)有機溶劑殘留，不環(huán)保，也不利于后續(xù)產(chǎn)品的應(yīng)用；圍繞上述問題，本文列舉了部分主要專利進(jìn)行闡述該提取工藝的專利技術(shù)發(fā)展歷程。

2 專利技術(shù)概述

2.1 破壁問題

陳錦猜(專利CN101381337A)[3]提出現(xiàn)有技術(shù)對于藻粉先破壁再干燥，會導(dǎo)致蝦青素的損失，因此，對于破壁工序進(jìn)行改進(jìn)，即先干燥再進(jìn)行破壁；該專利中運用了氣流粉碎法，不僅破壁率高，且破壁時間短，破壁過程中溫度為20～30 ℃，避免蝦青素因高溫氧化損失，蝦青素的損耗率≤10%，破壁率≥90%。

為了提高雨生紅球藻的破壁率，大連醫(yī)諾生物有限公司(專利CN103232375A)[4]提出了一種采用酸性水溶液對雨生紅球藻進(jìn)行破壁的方法。通過選擇對酸的選擇，結(jié)合適宜的破壁溫度及時間，使酸對細(xì)胞壁中的某些成分(主要是糖和蛋白質(zhì))產(chǎn)生作用，改變這些物質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)，使原來結(jié)構(gòu)緊密的細(xì)胞壁變得疏松，胞壁結(jié)構(gòu)得以破壞，胞內(nèi)物質(zhì)溶出，并且有機試劑也可滲透到胞內(nèi)進(jìn)行提取，從而大幅提高雨生紅球藻的提取效率，破壁率高達(dá) 95%以上。

為更好地開發(fā)利用雨生紅球藻資源，特別是實現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)功能成分的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，董正軒(專利CN104513185A)[5]提出一種簡便高效，機械化程度高的破壁技術(shù)：采用現(xiàn)有的超聲速氣流粉碎方法破壁。并且整個破壁過程在液氮保護(hù)環(huán)境下進(jìn)行，采用了迅速升溫和降溫的方式使雨生紅球藻脆化，從而縮短了粉碎時間，有效防止粉碎工作腔體溫度升高，導(dǎo)致蝦青素氧化問題的出現(xiàn)。

青島科海生物有限公司(專利CN103787941A)[6]采用高壓技術(shù)對雨生紅球藻進(jìn)行破壁，提高了蝦青素的提取質(zhì)量。因為采用均質(zhì)機進(jìn)行破壁，破壁壓力高，容易帶來安全隱患，并且所需的超高壓力不適宜進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，黃妍(專利CN104946534A)[7]提出通過膠體磨磨細(xì)胞，使湖生紅球藻細(xì)胞壁變薄甚至細(xì)胞破碎，從而使得整個藻液粒徑均勻，降低均質(zhì)機破壁壓力，安全隱患得到降低。

國家開發(fā)投資公司中國科學(xué)院水生生物研究所(CN107011225A)[8]中提采用酸-醇體系低溫下破壁雨聲紅球藻：濃硫酸-醇體系中醇為小分子醇小分子醇選擇為甲醇、乙醇、異丙醇中的一種或幾種。

廣州優(yōu)銳生物科技有限公司(CN103044303A)[9]提出一種酶破壁方法：采用康氏木霉固體發(fā)酵制備富含纖維素酶的發(fā)酵物，通過調(diào)控光照 和溫度培養(yǎng)富集蝦青素雨生紅球藻，發(fā)酵物可高效分解雨生紅球藻細(xì)胞壁，經(jīng) 均質(zhì)進(jìn)一步破壞細(xì)胞膜，使雨生紅球藻體內(nèi)富集的蝦青素釋放出來，離心取不 溶解相，冷凍干燥，最后利用玉米油萃取，即得蝦青素。

國投生物科技投資有限公司和中國科學(xué)院水生生物研究所(CN107628978 A)[10]公開了一種雨生紅球藻破壁方法，即采用處理，蒸汽爆破處理藻體，蝦青素的提取；有效地破除了阻礙傳質(zhì)過程的細(xì)胞壁，促進(jìn)了蝦青素的釋放，降低了溶劑浸提的傳質(zhì)阻力，縮短了提取的時間，提高了雨生紅球藻蝦青素的收率。

湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)(CN107868811A)[11]提出一種營養(yǎng)型定向調(diào)控雨生紅球藻厚壁孢子增殖破壁提取蝦青素的方法：利用雨生紅球藻分裂增殖的特性通過營養(yǎng)定向調(diào)控，促進(jìn)雨生紅球藻進(jìn)行胞內(nèi)有絲分裂增殖，縮短增殖時間，實現(xiàn)細(xì)胞破壁，同時，有機溶劑低溫、低耗能、高效地提取蝦青素。

云南綠A生物產(chǎn)業(yè)園有限公司(CN111214846A)[12]提出一種利用亞臨界丁烷萃取技術(shù)來提取雨生紅球藻提取物及后續(xù)脫除殘留溶劑的制備方法。

廣東海洋大學(xué)(CN111389046A)[13]提出了一種新的提取方法：通過離子液體和低共熔溶劑配合，加上水降低萃取劑的黏度，使得萃取劑在使用過程中可以很容易的在常溫條件下對雨生紅球藻進(jìn)行破壁，在不使用有機溶劑的情況下，提高蝦青素的提取得率，而且利于保持蝦青素的生物活性。

2.2 氧化問題

現(xiàn)有的提取工藝大多分為破壁-提取-提純?nèi)齻€步驟來完成，整個工藝的時間長，導(dǎo)致天然蝦青素的氧化嚴(yán)重，是抑制提取效率不能進(jìn)一步提高的主要原因。雖然超臨界提取可以避免高溫但是其成本高?；谏鲜鰡栴}的存在，中國中醫(yī)科學(xué)院中藥研究所(CN105254551A)[14]提出蝦青素的破壁和提取同時進(jìn)行，并利用閃式提取器對于物料進(jìn)行快速提取。

美生物科技有限公司(CN109053521A)[15]提出了采用通過強電場分次萃取與高壓萃取相結(jié)合提取雨生紅球藻中的蝦青素，將得到的提取液經(jīng)固液分離、減壓濃縮、醇沉和干燥處理；獲得提取物質(zhì)蝦青素；本發(fā)明通過強電場分次萃取與高壓萃取相結(jié)合，通過電場萃取后的萃取液采用高壓處理，使得酯化成分(蝦青素)進(jìn)一步溶出，極大提高了提取。

云南愛爾康生物技術(shù)有限公司(CN111217734A)[16]提出了將釜攪拌萃取與管道萃取工藝通過自動控制裝置串聯(lián)結(jié)合在一起，在釜攪拌萃取工藝的基礎(chǔ)上，串聯(lián)了高效混合剪切強度的管道混合萃取器，并且在加入抗氧化劑保護(hù)蝦青素的活性。

2.3 溶劑殘留問題

現(xiàn)有的傳統(tǒng)提取方法中存在著提取物中有溶劑殘留、污染環(huán)境、工藝復(fù)雜等缺點。而超臨界流體萃取技術(shù)是20世紀(jì)70年代末興起的一種新型生物分離精制技術(shù)，超臨界萃取沒有傳統(tǒng)溶劑法的溶劑分離問題，從而使天然產(chǎn)物的提取工藝發(fā)生革命性的改進(jìn)。

雖然超臨界萃取技術(shù)可以避免有機溶劑殘留問題，但是其由于成本比較，難以工業(yè)化缺陷，實際應(yīng)用中比較少。因此，西北農(nóng)林科技大學(xué)(專利CN102659652A)[17]提出一種有機溶劑消耗少，環(huán)境污染小、生產(chǎn)成本低且易工業(yè)放大的固相萃取方法。即以少量有機溶媒為中介，將雨生紅球藻粉與硅膠進(jìn)行混合均勻，攪拌萃取，將萃取混合物裝入層析柱中，采用甲醇洗脫劑進(jìn)行洗脫得到暗紅色蝦青素油。

南京工業(yè)大學(xué)(CN106748944 A)[18]指出超臨界CO2萃取面臨細(xì)胞不易破碎的問題，提出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。采用砂磨機在對紅球藻細(xì)胞破壁的同時完成蝦青素的萃取，料液經(jīng)固液分離后取溶液進(jìn)行減壓蒸餾回收萃取劑。

華南農(nóng)業(yè)大學(xué)(CN108047111A)[19]提出一種連續(xù)相變萃取雨生紅球藻中蝦青素的方法，連續(xù)相變萃取技術(shù)是指萃取劑在低于其臨界壓力和臨界溫度條件下壓縮成液體，流經(jīng)萃取釜對物料進(jìn)行萃取后，在解析釜中相變?yōu)闅怏w，其中萃取到的物質(zhì)落放入解析釜，解析后的氣體再經(jīng)過壓縮成液體，再次流經(jīng)萃取釜，對物料進(jìn)行反復(fù)萃取的過程，可連續(xù)多次對物料進(jìn)行動態(tài)、高效萃取。

四川理工學(xué)院山東金晶生物技術(shù)有限公司(CN108558725A)[20]提出一種低溫亞臨界萃取雨生紅球藻中蝦青素的方法，即通過真空冷凍干燥成破壁藻體于亞臨界設(shè)備中低溫萃取。

云南愛爾康生物技術(shù)有限公司(CN111440106A)[21]提出了一種簡單，高效的提取方法，采用雨生紅球藻藻油作為雨生紅球藻提取物吸附分離的介質(zhì)，并使用固體吸附劑進(jìn)行吸附處理，然后離心，解析，解析液進(jìn)行減壓脫溶得到蝦青素，固體吸附劑和雨生紅球藻油都可以循環(huán)利用。該方法避免大量有機溶劑的使用，健康安全風(fēng)險小。

汕頭大學(xué)(CN108484465A)[22]提出一種可循環(huán)利用的雙水相從雨生紅球藻中提取蝦青素的方法，即通過采用綠色環(huán)?？裳h(huán)使用的離子液體/表面活性劑雙水相體系萃取和有機試劑反萃取制得蝦青素。

李樹森(CN106278971A)[23]指出現(xiàn)有技術(shù)中提取蝦青素的食品級的酒精是屬于化工合成，因此對于蝦青素具有破壞性，并且得到的蝦青素多少對人體有害。因此，提供一種天然蝦青素的生產(chǎn)提取方法，其采用酒精度為52～68度純糧釀造的白酒作為提取劑。

晨光生物科技集團股份有限公司(CN104961668 A)[24]提出破壁與萃取同時進(jìn)行即：所用有機溶劑既是高壓均質(zhì)的稀釋劑，同時又是蝦青素的萃取溶劑。采用防爆型高壓均質(zhì)機可以實現(xiàn)破壁、萃取同時進(jìn)行，藻粉細(xì)胞在高壓均質(zhì)機壓力的作用下破壁，破壁的同時溶劑快速進(jìn)入細(xì)胞，將蝦青素萃取出來，該方法減少的了溶劑用量，同時避免了用水破壁后的干燥處理。

中國海洋大學(xué)(CN105418472A)[25]提出了一種利用溶劑分級結(jié)晶分離蝦青素單雙酯的方法：其選用飽和低級脂肪醇溶劑在適當(dāng)加熱的條件下對蝦青素酯粗提物中各組分具有較好的溶解性，而隨著溫度的降低，對不同極性組分的溶解度變化差異較大，若在醇中加入適量的水，則可使溶劑的極性發(fā)生變化，更有利于蝦青素酯的分離。

3 結(jié)語

為了解決雨生紅球藻提取蝦青素面臨的破壁問題、氧化問題以及殘留溶劑問題，現(xiàn)有專利技術(shù)經(jīng)歷了對提取方法的改進(jìn)，如采用低溫研磨、超臨界萃取等包括最新的引入離子液體和低共熔溶劑作為萃取劑，但是依然存在各方面的問題，如超臨界萃取成本比較高，萃取條件苛刻等問題。因此，在更環(huán)保的提取溶劑、更加高效的破壁方法以及溫和的提取條件方面，有待于廣大研究者進(jìn)一步挖掘和探索。