从雨生红球藻提取虾青素四种不同方法比较

2008年5月农业机械学报第39卷第5期超高压提取雨生红球藻中虾青素的工艺优化3郭文晶　张守勤　张　格 【摘要】　研究了超高压法从雨生红球藻中提取虾青素的工艺条件。

通过研究各因素对雨生红球藻中虾青素转移率的影响,确定最优工艺条件为:提取压力300MPa ,保压时间1s ,提取溶剂为体积比1∶1的乙酸乙酯、乙醇混合溶剂,提取2次,液固比分别为100mL/g 和50mL/g 。

在此工艺条件下,雨生红球藻中虾青素转移率可达到98%。

超高压法没有使雨生红球藻破壁,但却提高了虾青素转移率,缩短了提取时间。

关键词:雨生红球藻　虾青素　超高压　提取中图分类号:R28412文献标识码:A收稿日期:20072032123国家自然科学基金资助项目(项目编号:30472135)郭文晶　吉林大学生物与农业工程学院　博士生,130025　长春市张守勤　吉林大学生物与农业工程学院　教授　博士生导师张　格　吉林大学生物与农业工程学院　工程师 引言虾青素(astax anthi n )属于类胡萝卜素,呈鲜红色,是一种优质色素和超级抗氧化剂[1～2]。

雨生红球藻(Haem atococcus pl uvialis )中虾青素含量高[3],是虾青素的最佳生物来源。

它是一种单细胞生物,其厚壁孢子坚韧的细胞壁影响虾青素提取,细胞壁不但阻碍提取溶剂向细胞内渗透,也影响细胞内虾青素向细胞外扩散。

因此,通常先对红球藻细胞进行机械破壁,然后再用溶剂提取。

目前,各种机械破壁方法中破壁率较高并可实现工业化生产的是高压均质法[4],但高压均质机磨损较快,使生产成本明显增加。

超高压提取技术[5～6]是一种全新的天然产物有效成分提取技术,利用100MPa 以上的流体静压力作用于料液上,保压一定时间,然后迅速卸压,可进行分离纯化,达到提取目的。

本文采用超高压提取技术从雨生红球藻中提取虾青素,确定一套可行的提取工艺方案。

1　材料与方法111　原料与试剂雨生红球藻粉(荆州天然虾青素有限公司);甲醇、乙醇、醋酸、二甲基亚砜、氯仿、石油醚、丙酮、乙酸乙酯、氢氧化钠、盐酸(北京化工厂)均为分析纯。

生产虾青素的雨生红球藻藻株及其培养基筛选吴晓娟;唐小平;苏艳秋;罗国强【摘要】In order to gain the suitable algae and culture medium for astaxanthin production,the influence of culture medium on the cell growth and astaxanthin accumulation of Haematococcus pluvialis were studied and compared.Three strains of Haematacoccus pluvialis (H2,H3 and H4) were cultured in four different media (BBM,BBM+1 g/L NaAC,SM andBG11).The results showed that the SM medium was benefit for the growth and biomass accumulation of Haematacoc-cus pluvialis.In the same medium,the growth rate was faster in H3 than H2 and H4.In all experimental groups,the strain H3 had the fastest growth rate and biomass accumulation rate in the medium SM,and had the highest astaxanthin content (2.17%)and astaxanthin yield(30.1 mg/L)in BBM+1 g/L NaAC medium,reaching 1.16~4.72 times(P<0.05)and 1.18~6.28 times(P<0.01)of those of other experimental groups,respectively.So,the strain H3 was fit for large scale cultivation, and its optimal medium for growth and astaxanthin accumulation were SM and BBM+1 g/L NaAC,respectively.%为筛选获得适合大规模生产虾青素的藻株及适宜其生长和虾青素积累的培养基，研究比较了3个不同品系的雨生红球藻H2、H3、H4在4种不同培养基BBM、BBM+1 g/L NaAC、SM、BG11中的生长和虾青素积累情况。

虾青素概述虾青素(astaxanthin)即3,3′-二羟基-4,4′-二酮基-β,β′-胡萝卜素，为萜烯类不饱和化合物，化学分子式为C40H52O4，分子结构中有两个β-紫罗兰酮环，11个共轭双键。

虾青素广泛存在于自然界，如大多数甲壳类动物和鲑科鱼类体内，植物的叶、花、果，以及火烈鸟的羽毛中等。

虾青素具有多种生理功效，如在抗氧化性、抗肿瘤、预防癌症、增强免疫力、改善视力等方面都有一定的效果。

一、虾青素的生产目前，国际上虾青素的生产方式主要有化学合成和天然产物提取两种。

化学合成的虾青素，在结构、功能、应用、安全性和经济性等方面明显逊色于天然虾青素。

1、化学合成虾青素是类胡萝卜素合成的终产物，由β-胡萝卜素转变为虾青素需加上2 个酮基和2个羟基，人工化学合成比较困难、工艺复杂，产物大多为顺式结构，而只有反式结构的虾青素才具有生物活性。

到目前为止，用化学合成法生产虾青素的的公司只有瑞士的罗氏公司和德国的BASF公司，且合成的反式虾青素价格昂贵。

2、天然产物提取法从水产品加工的下脚料中提取虾青素：传统方法是将虾蟹壳粉碎，酸解用有机溶剂丙酮、石油醚等提取。

近年来，CO2超临界萃取法、酶提取法和复合工艺提取法也广泛应用于虾青素的提取。

国外采用聚合系统从鳌虾的废弃物中提取虾青素、虾青素酯和虾红素，其产率每克可达153μg。

挪威采用青贮法处理虾蟹废弃物，即采用酸破坏虾青素与蛋白质或骨骼部分的结合，将虾青素从结合状态游离出来，可使其回收率提高10%。

从藻类中提取虾青素：现阶段只有雨生红球藻可用于工业化生产虾青素。

雨生红球藻干品中虾青素含量可达 0.2～2%，优良的雨生红球藻藻体中虾青素占类胡萝卜素总量的90%以上，但其培养周期产、生产工艺复杂，目前国外少数公司已经具有非常成熟的生产工艺，并可进行规模化生产，该技术被日本富士化学和美国Cyanotech公司长期垄断。

国内的雨生红球藻培养技术大多还处于实验室研究阶段，只有湖北荆州虾青素等少数几家企业掌握该项技术，因产量低导致产品市场的占有率不高。

虾青素（Astaxanthin），即3,3’-二羟基-4,4’-二酮基-β,β’-胡萝卜素，分子式为C40H52O4，相对分子质量为596，其结构式如下(其中R= CH3)。

呈鲜红色，在水生动物、鸟类羽毛及植物叶、花、果中广泛存在，具有极强的抗氧化、抗癌变、增强免疫作用的功能。

一虾青素的生理功能虾青素可淬灭单线态氧，清除自由基，阻止脂质过氧化，保护机体免受伤害, 预防癌症发生，还能促进人体免疫球蛋白的产生，具有更高的免疫调节活性。

研究表明，虾青素具有抗氧化活性的类胡萝卜素,虾青素的抗氧化性比β-胡萝卜素高约10倍，比维生素E高约500倍。

虾青素已被认为是“超级维生素E”。

体外细胞培养试验研究虾青素对鼠免疫活性细胞的繁殖及功能的影响，结果显示虾青素比裸藻酮和β-胡萝卜素具有更高的免疫调节活性。

最新研究表明，虾青素具有比β-胡萝卜素更强的抑制癌变的能力。

二虾青素的商业开发由于动物本身不能够合成虾青素，而且绝大部分动物也不能把其他类胡萝卜素转化成虾青素，因此必须从食物中摄取虾青素。

目前虾青素已经在美国被批准为食品添加剂，并且在三文鱼的养殖中得到了很好的应用。

现在市场上虾青素的售价很高，单价达2000-2500美元每公斤（虾青素含量3%），而虾青素软胶囊每瓶140元，每瓶虾青素总量为360mg。

在2000年，虾青素的市场容量估计就已经达到了每年2亿美元。

因此进一步研究虾青素对人体的作用，开发相关的保健品和保健化妆品，则可以扩大天然虾青素的应用范围和市场。

三虾青素的来源虾青素主要有两种生产方式，即化学合成和天然提取。

一）化学合成虾青素化学合成法要经过多步化学和生物催化反应才能完成，其化学合成的前体物质为（S-3-乙酸基-4-氧代-β-紫罗酮，它是不同的微生物对（R）萜烯醇醋酸盐不对称水解，经过萃取，反流分布及重结晶等技术处理而得到产物。

人工合成的虾青素大多为顺式结构，而生物体合成的虾青素大多为反式结构。

动物体对人工合成的虾青素吸收能力较弱，而且人工合成的虾青素的着色能力和生物效价远比天然虾青素低。

《培养条件对雨生红球藻积累虾青素的调控研究》一、引言雨生红球藻是一种广泛存在于淡水环境中的微藻，具有较高的生物活性物质，特别是其积累的虾青素。

虾青素是一种重要的天然色素，具有极强的抗氧化性能，在食品、医药、化妆品等领域具有广泛的应用价值。

因此，对雨生红球藻中虾青素积累的调控研究具有重要意义。

本文将重点探讨不同培养条件对雨生红球藻积累虾青素的影响，为优化其生长和虾青素积累提供理论依据。

二、材料与方法1. 材料本研究所用雨生红球藻采自淡水湖泊，经过纯化培养后用于实验。

实验所用的试剂均为分析纯。

2. 方法（1）培养条件设置实验设置不同光照强度、温度、pH值、营养盐浓度等条件，以探究各因素对雨生红球藻生长及虾青素积累的影响。

（2）虾青素含量测定采用分光光度法测定雨生红球藻中虾青素的含量。

（3）数据处理与分析实验数据采用SPSS软件进行统计分析，用图表直观展示结果。

三、结果与讨论1. 光照强度对虾青素积累的影响实验结果显示，在一定范围内，随着光照强度的增加，雨生红球藻的虾青素含量也相应增加。

但当光照强度超过一定阈值时，虾青素含量反而下降。

这可能是由于过强的光照导致藻细胞受到光抑制，影响其正常生长和代谢。

因此，适宜的光照强度是促进雨生红球藻积累虾青素的关键因素。

2. 温度对虾青素积累的影响温度对雨生红球藻的生长和虾青素积累具有显著影响。

在适宜的温度范围内，提高温度可以促进虾青素的合成和积累。

然而，当温度超过一定限度时，藻细胞的生长和代谢活动将受到抑制，导致虾青素含量下降。

因此，适宜的温度条件对于优化雨生红球藻的虾青素积累至关重要。

3. pH值和营养盐浓度对虾青素积累的影响pH值和营养盐浓度也是影响雨生红球藻虾青素积累的重要因素。

适宜的pH值和营养盐浓度可以促进藻细胞的生长和代谢，从而提高虾青素的积累。

然而，过高或过低的pH值以及过量的营养盐都会对藻细胞的生长和虾青素的合成产生不利影响。

因此，需要控制适宜的pH值和营养盐浓度以优化雨生红球藻的虾青素积累。

《培养条件对雨生红球藻积累虾青素的调控研究》一、引言雨生红球藻（Haematococcus pluvialis）是一种单细胞绿藻，因其能够在特定条件下积累高浓度的虾青素（astaxanthin）而备受关注。

虾青素是一种强效的抗氧化剂，具有广泛的应用价值，包括在食品、化妆品和医药等领域。

因此，研究培养条件对雨生红球藻积累虾青素的调控具有重要的理论和实践意义。

本文旨在探讨不同培养条件对雨生红球藻生长及虾青素积累的影响，为优化其培养过程提供理论依据。

二、材料与方法1. 材料本研究所用雨生红球藻购自某生物试剂公司，其他试剂均为分析纯。

2. 方法（1）培养条件设置本实验设置了不同光照强度、温度、pH值、营养盐浓度等条件，以探究各因素对雨生红球藻生长及虾青素积累的影响。

（2）样品处理与测定在各个实验条件下，定期收集藻样，通过显微镜观察其生长情况，并采用分光光度法测定虾青素的含量。

同时，记录各实验组的生长曲线和虾青素含量变化。

（3）数据分析采用SPSS软件对实验数据进行统计分析，包括单因素方差分析（ANOVA）和t检验等。

三、结果与分析1. 光照强度对雨生红球藻生长及虾青素积累的影响实验结果表明，在适宜的光照强度下，雨生红球藻的生长速度和虾青素积累量达到最佳。

过强或过弱的光照均会抑制其生长和虾青素的积累。

在光照强度为XX lx的条件下，雨生红球藻的生长速度最快，虾青素积累量最高。

2. 温度对雨生红球藻生长及虾青素积累的影响温度是影响雨生红球藻生长及虾青素积累的重要因素。

实验结果显示，在XX℃至XX℃的温度范围内，雨生红球藻的生长速度和虾青素积累量随着温度的升高而增加，但当温度超过XX℃时，其生长受到抑制。

这表明存在一个最适温度范围，使得雨生红球藻能够最大限度地生长和积累虾青素。

3. pH值对雨生红球藻生长及虾青素积累的影响pH值对雨生红球藻的生长和虾青素积累也有显著影响。

在pH值为XX至XX的范围内，雨生红球藻的生长速度和虾青素积累量达到最佳。