CN104557648A - 制备β-胡萝卜素的方法 - Google Patents

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田勇
汪志明
陆姝欢
周强
易德伟
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Abstract

制备β-胡萝卜素的方法,包括如下步骤:将微生物菌种接种发酵;在发酵结束前1-24h,加入生物酶进行破壁;将发酵液进行固液分离,得到湿菌体;将湿菌体和有机溶剂混合后进行循环剪切破碎;将混合液经固液分离,得到萃取液;用大孔吸附树脂吸附萃取液中的β-胡萝卜素,吸附完成后,用有机溶剂解析大孔吸附树脂,得到含有β-胡萝卜素的解析液;脱除解析液中的溶剂,真空干燥,得到β-胡萝卜素晶体。本发明中,湿菌体采用生物酶破壁与机械破壁相结合的方式,破壁率高,因此β-胡萝卜素的提取率高;提取过程无需烘干菌体,避免了β-胡萝卜素的氧化。另一方面,本发明使用大孔吸附树脂分离纯化β-胡萝卜素,工艺简单,提取完β-胡萝卜素的混合油可以作为萃取溶剂循环使用,因此能够节约成本,降低能耗,且有利于环保。

Description

制备β-胡萝卜素的方法
技术领域
本发明涉及一种制备β-胡萝卜素的方法,特别是涉及一种利用微生物菌种发酵;来制备β-胡萝卜素的方法。
背景技术
类胡萝卜素是一种广泛存在于植物、动物、微生物中,与人体的健康密切相关的营养物质,它主要包括β-胡萝卜素、番茄红素、叶黄素等。类胡罗卜素不仅具有抗癌、抗氧化等很高的药用价值,而且还是人体维生素A的重要来源。类胡萝卜素作为食品添加剂和营养增强剂,已经得到FDA、欧洲共同体、WHO等国际组织的认可,近年来更是被广泛地应用于医药、食品、保健品及化妆品等领域。
天然的β-胡萝卜素主要来自于植物。但是,植物性原料存在供应不足,含量低等缺点,无法在工业上进行大规模利用。微生物具有生长繁殖快、含量高、不受季节性影响等优点,因此,利用微生物发酵生产β-胡萝卜素是一种理想的方法。
目前,提取三孢布拉霉菌中的β-胡萝卜素的主要工艺包括:菌体干燥、细胞破碎、有机溶剂提取及浓缩回收等。得到粗提物后,冷却析晶、分离纯化等步骤得到高含量的晶体。中国专利申请第200910135676.0号公开了一种利用三孢布拉霉菌中制备β-胡萝卜素的方法,使用真空干燥使菌丝体脱水,然后用二氯甲烷提取。但真空干燥能耗大,且二氯甲烷有剧毒,会影响食品的安全。中国专利申请第200910158159.5号公开了一种用一元醇脱水,然后再用有机溶剂提取β-胡萝卜素的方法。但是,使用一元醇溶液脱水,回收能耗大,成本高,且提取时间长。中国专利申请第201210180281.4号公开了一种采用高压蒸汽破壁提取β-胡萝卜素的方法。但是,此方法使用的温度和压力都较高,容易使β-胡萝卜素氧化,影响产品的品质。中国专利申请第201310003309.1号公开了一种用三孢布拉霉菌干菌丝进行磨碎提取的方法,此方法需要将菌丝体烘干,容易造成β-胡萝卜素氧化损失。
整体来看,现有的以微生物发酵的方式制备β-胡萝卜素晶体存在以下缺点:工艺复杂,成本高,产品质量难以保证。因此,提供一种新的制备β-胡萝卜素的方法实为必要。
发明内容
本发明的目的是提供一种工艺简单,低成本的提取β-胡萝卜素的方法。
为实现上述目的,本发明的制备β-胡萝卜素的方法,包括如下步骤:将微生物菌种接种发酵;在发酵结束前1-24h,加入生物酶进行破壁;将发酵液进行固液分离,得到湿菌体;将湿菌体和有机溶剂混合后进行循环剪切破碎;将混合液经固液分离,得到萃取液;用大孔吸附树脂吸附萃取液中的β-胡萝卜素,吸附完成后,用有机溶剂解析大孔吸附树脂,得到含有β-胡萝卜素的解析液;脱除解析液中的溶剂,真空干燥,得到β-胡萝卜素晶体。
进一步的,上述步骤(1)中,微生物为三孢布拉霉、杜氏盐藻或红酵母。
进一步的,上述步骤(2)中,生物酶为蜗牛酶、碱性蛋白酶、几丁质酶或纤维素酶。
进一步的,上述步骤(4)中,湿菌体和有机溶剂的重量比为1:10-1:20。
进一步的,上述步骤(4)中,破碎后菌体的平均粒径不高于300um。
进一步的,上述步骤(4)中,有机溶剂为己烷、丁烷、石油醚、乙酸乙酯或丙酮。
本发明的制备β-胡萝卜素的方法具有以下有益效果:湿菌体采用生物酶破壁与机械破壁相结合的方式,破壁率高,因此β-胡萝卜素的提取率高;提取过程无需烘干菌体,避免了β-胡萝卜素的氧化。另一方面,本发明使用大孔吸附树脂分离纯化β-胡萝卜素,工艺简单,提取完β-胡萝卜素的混合油可以作为萃取溶剂循环使用,因此能够节约成本,降低能耗,且有利于环保。
具体实施方式
下面结合具体实例,对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
以三孢布拉霉菌种作为发酵菌种,依次按下列步骤操作:
1) 将三孢布拉霉接种发酵;发酵结束前1小时,加入发酵液体积0.3%的蜗牛酶;
2) 将发酵结束后得到的发酵液经板框压滤得到湿菌体;
3) 取300g湿菌体,加入3000ml丁烷,用高速珠磨机循环剪切破碎至菌丝体平均粒径为300um。
4) 将菌体混合液离心得到萃取液。
5) 在20℃的条件下,用大孔吸附树脂吸附上述萃取液0.5h。在30℃的条件下,用乙酸乙酯解析大孔吸附树脂0.5h,得到含有β-胡萝卜素的解析液。
6) 脱除解析液中的溶剂后,真空干燥得到纯度为99.1%的β-胡萝卜素粉末晶体。
实施例2
以三孢布拉霉菌种作为发酵菌种,依次按下列步骤操作:
1) 将三孢布拉霉接种发酵;发酵结束前4小时,加入发酵液体积0.15%的碱性蛋白酶;
2) 将发酵结束后得到的发酵液经板框压滤得到湿菌体;
3) 取500g湿菌体,加入10000ml乙酸乙酯,用剪切机循环剪切破碎至菌丝体平均粒径为180um。
4) 将菌体混合液离心得到萃取液.
5) 在30℃的条件下,用大孔吸附树脂吸附上述萃取液1.5h。在40℃的条件下,用丁烷解析大孔吸附树脂1.5h,得到含有β-胡萝卜素的解析液。
6) 脱除解析液中的溶剂后,真空干燥得到纯度为99.7%的β-胡萝卜素粉末晶体。
实施例3
以三孢布拉霉菌种作为发酵菌种,依次按下列步骤操作:
1) 将三孢布拉霉接种发酵;发酵结束前24小时,加入发酵液体积0.1%的几丁质酶;
2) 将发酵结束后得到的发酵液经板框压滤得到湿菌体;
3) 取5kg湿菌体,加入75L乙酸乙酯,用剪切机循环剪切破碎菌丝体平均粒径为150um。
4) 将菌体混合液离心得到萃取液。
5) 在25℃的条件下,用大孔吸附树脂吸附上述萃取液1h。在35℃的条件下,用石油醚解析大孔吸附树脂1h,得到含有β-胡萝卜素的解析液。
6) 脱除解析液中的溶剂后,真空干燥得到纯度为99.3%的β-胡萝卜素粉末晶体。
实施例4
以三孢布拉霉菌种作为发酵菌种,依次按下列步骤操作:
1) 将三孢布拉霉接种发酵;发酵结束前18小时,加入发酵液体积0.1%的纤维素酶;
2) 将发酵结束后得到的发酵液经板框压滤得到湿菌体;
3) 取30kg湿菌体,加入450L正己烷,用剪切机循环剪切破碎菌丝体平均粒径为230um。
4) 将菌体混合液离心得到萃取液。
5) 在35℃的条件下,用大孔吸附树脂吸附上述萃取液1h。在40℃的条件下,用丙酮解析大孔吸附树脂1h,得到含有β-胡萝卜素的解析液。
6) 脱除解析液中的溶剂后,真空干燥得到纯度为97.9%的β-胡萝卜素粉末晶体。
实施例5
以杜氏盐藻菌种作为发酵菌种,依次按下列步骤操作:
1) 将杜氏盐藻接种发酵;发酵结束前12小时,加入发酵液体积0.15%的碱性蛋白酶;
2) 将发酵结束后得到的发酵液经离心得到湿菌体;
3) 取10kg湿菌体,加入150L石油醚,用剪切机循环剪切破碎菌丝体平均粒径为200um。
4) 将菌体混合液离心得到萃取液。
5) 在38℃的条件下,用大孔吸附树脂吸附上述萃取液1h。在42℃的条件下,用己烷解析大孔吸附树脂1h,得到含有β-胡萝卜素的解析液。
6) 脱除解析液中的溶剂后,真空干燥得到纯度为97.3%的β-胡萝卜素粉末晶体。
实施例6
以红酵母菌种作为发酵菌种,依次按下列步骤操作:
1) 将红酵母菌接种发酵;发酵结束前6小时,加入发酵液体积0.15%的蜗牛酶;
2) 将发酵结束后得到的发酵液经离心得到湿菌体;
3) 取1kg湿菌体,加入15L乙酸乙酯,用剪切机循环剪切破碎菌丝体平均粒径为250um。
4) 将菌体混合液离心得到萃取液。
5) 在40℃的条件下,用大孔吸附树脂吸附上述萃取液1h。在45℃的条件下,用丙酮解析大孔吸附树脂1h,得到含有β-胡萝卜素的解析液。
6) 脱除解析液中的溶剂后,真空干燥得到纯度为98.1%的β-胡萝卜素粉末晶体。
实施例7
以红酵母菌种作为发酵菌种,依次按下列步骤操作:
1) 将红酵母菌接种发酵;发酵结束前24小时,加入发酵液体积0.15%的纤维素酶和0.15%的蛋白酶;
2) 将发酵结束后得到的发酵液经离心得到湿菌体;
3) 取20kg湿菌体,加入30L石油醚,用剪切机循环剪切破碎菌丝体平均粒径为120um。
4) 将菌体混合液离心得到萃取液。
5) 在45℃的条件下,用大孔吸附树脂吸附上述萃取液1h。在48℃的条件下,用丁烷解析大孔吸附树脂1h,得到含有β-胡萝卜素的解析液。
6) 脱除解析液中的溶剂后,真空干燥得到纯度为99.7%的β-胡萝卜素粉末晶体。
以上实施例中,有机溶剂不限于正己烷、丁烷、乙酸乙酯、石油醚、丙酮,使用6号溶剂、二氯甲烷、等其他有机溶剂同样能达到较好的萃取效果。本发明工艺简单,能耗低、提取得率高、效率高、有利于实现大规模化生产。

Claims (6)

1.制备β-胡萝卜素的方法,包括如下步骤:
将微生物菌种接种发酵;
在发酵结束前1-24h,加入生物酶进行破壁;
将发酵液进行固液分离,得到湿菌体;
将湿菌体和有机溶剂混合后进行循环剪切破碎;
将混合液经固液分离,得到萃取液;
用大孔吸附树脂吸附萃取液中的β-胡萝卜素,吸附完成后,用有机溶剂解析大孔吸附树脂,得到含有β-胡萝卜素的解析液;
脱除解析液中的溶剂,真空干燥,得到β-胡萝卜素晶体。
2.根据权利要求1所述的制备β-胡萝卜素的方法,其特征在于:步骤(1)中,微生物为三孢布拉霉、杜氏盐藻或红酵母。
3.根据权利要求1所述的制备β-胡萝卜素的方法,其特征在于:步骤(2)中,生物酶为蜗牛酶、碱性蛋白酶、几丁质酶或纤维素酶。
4.根据权利要求1所述的制备β-胡萝卜素的方法,其特征在于:步骤(4)中,湿菌体和有机溶剂的质量体积比为1:10-1:20。
5.根据权利要求1所述的制备β-胡萝卜素的方法,其特征在于:步骤(4)中,破碎后菌体的平均粒径不高于300um。
6.根据权利要求1所述的制备β-胡萝卜素的方法,其特征在于:步骤(4)中,有机溶剂为己烷、丁烷、石油醚、乙酸乙酯或丙酮。
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