制備β-胡蘿卜素的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制備β-胡蘿卜素的方法，特別是涉及一種利用微生物菌種發(fā)酵；來(lái)制備β-胡蘿卜素的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]類胡蘿卜素是一種廣泛存在于植物、動(dòng)物、微生物中，與人體的健康密切相關(guān)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，它主要包括胡蘿卜素、番茄紅素、葉黃素等。類胡羅卜素不僅具有抗癌、抗氧化等很高的藥用價(jià)值，而且還是人體維生素A的重要來(lái)源。類胡蘿卜素作為食品添加劑和營(yíng)養(yǎng)增強(qiáng)劑，已經(jīng)得到FDA、歐洲共同體、WHO等國(guó)際組織的認(rèn)可，近年來(lái)更是被廣泛地應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、保健品及化妝品等領(lǐng)域。
[0003]天然的β-胡蘿卜素主要來(lái)自于植物。但是，植物性原料存在供應(yīng)不足，含量低等缺點(diǎn)，無(wú)法在工業(yè)上進(jìn)行大規(guī)模利用。微生物具有生長(zhǎng)繁殖快、含量高、不受季節(jié)性影響等優(yōu)點(diǎn)，因此，利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)胡蘿卜素是一種理想的方法。
[0004]目前，提取三孢布拉霉菌中的胡蘿卜素的主要工藝包括:菌體干燥、細(xì)胞破碎、有機(jī)溶劑提取及濃縮回收等。得到粗提物后，冷卻析晶、分離純化等步驟得到高含量的晶體。中國(guó)專利申請(qǐng)第200910135676.0號(hào)公開(kāi)了一種利用三孢布拉霉菌中制備β-胡蘿卜素的方法，使用真空干燥使菌絲體脫水，然后用二氯甲烷提取。但真空干燥能耗大，且二氯甲烷有劇毒，會(huì)影響食品的安全。中國(guó)專利申請(qǐng)第200910158159.5號(hào)公開(kāi)了一種用一元醇脫水，然后再用有機(jī)溶劑提取胡蘿卜素的方法。但是，使用一元醇溶液脫水，回收能耗大，成本高，且提取時(shí)間長(zhǎng)。中國(guó)專利申請(qǐng)第201210180281.4號(hào)公開(kāi)了一種采用高壓蒸汽破壁提取胡蘿卜素的方法。但是，此方法使用的溫度和壓力都較高，容易使胡蘿卜素氧化，影響產(chǎn)品的品質(zhì)。中國(guó)專利申請(qǐng)第201310003309.1號(hào)公開(kāi)了一種用三孢布拉霉菌干菌絲進(jìn)行磨碎提取的方法，此方法需要將菌絲體烘干，容易造成胡蘿卜素氧化損失。
[0005]整體來(lái)看，現(xiàn)有的以微生物發(fā)酵的方式制備胡蘿卜素晶體存在以下缺點(diǎn):工藝復(fù)雜，成本高，產(chǎn)品質(zhì)量難以保證。因此，提供一種新的制備胡蘿卜素的方法實(shí)為必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡(jiǎn)單，低成本的提取β -胡蘿卜素的方法。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的制備胡蘿卜素的方法，包括如下步驟:將微生物菌種接種發(fā)酵；在發(fā)酵結(jié)束前l(fā)_24h，加入生物酶進(jìn)行破壁；將發(fā)酵液進(jìn)行固液分離，得到濕菌體；將濕菌體和有機(jī)溶劑混合后進(jìn)行循環(huán)剪切破碎；將混合液經(jīng)固液分離，得到萃取液；用大孔吸附樹(shù)脂吸附萃取液中的胡蘿卜素，吸附完成后，用有機(jī)溶劑解析大孔吸附樹(shù)月旨，得到含有β -胡蘿卜素的解析液；脫除解析液中的溶劑，真空干燥，得到β -胡蘿卜素晶體。
[0008]進(jìn)一步的，上述步驟(I)中，微生物為三孢布拉霉、杜氏鹽藻或紅酵母。
[0009]進(jìn)一步的，上述步驟(2)中，生物酶為蝸牛酶、堿性蛋白酶、幾丁質(zhì)酶或纖維素酶。
[0010]進(jìn)一步的，上述步驟(4)中，濕菌體和有機(jī)溶劑的重量比為1:10-1:20。
[0011]進(jìn)一步的，上述步驟(4)中，破碎后菌體的平均粒徑不高于300um。
[0012]進(jìn)一步的，上述步驟(4)中，有機(jī)溶劑為己烷、丁烷、石油醚、乙酸乙酯或丙酮。
[0013]本發(fā)明的制備β -胡蘿卜素的方法具有以下有益效果:濕菌體采用生物酶破壁與機(jī)械破壁相結(jié)合的方式，破壁率高，因此胡蘿卜素的提取率高；提取過(guò)程無(wú)需烘干菌體，避免了胡蘿卜素的氧化。另一方面，本發(fā)明使用大孔吸附樹(shù)脂分離純化胡蘿卜素，工藝簡(jiǎn)單，提取完胡蘿卜素的混合油可以作為萃取溶劑循環(huán)使用，因此能夠節(jié)約成本，降低能耗，且有利于環(huán)保。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合具體實(shí)例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0015]實(shí)施例1
以三孢布拉霉菌種作為發(fā)酵菌種，依次按下列步驟操作:
1)將三孢布拉霉接種發(fā)酵；發(fā)酵結(jié)束前I小時(shí)，加入發(fā)酵液體積0.3%的蝸牛酶；
2)將發(fā)酵結(jié)束后得到的發(fā)酵液經(jīng)板框壓濾得到濕菌體；
3)取300g濕菌體，加入3000ml丁烷，用高速珠磨機(jī)循環(huán)剪切破碎至菌絲體平均粒徑為 300umo
[0016]4)將菌體混合液離心得到萃取液。
[0017]5)在20°C的條件下，用大孔吸附樹(shù)脂吸附上述萃取液0.5h。在30°C的條件下，用乙酸乙酯解析大孔吸附樹(shù)脂0.5h，得到含有β -胡蘿卜素的解析液。
[0018]6)脫除解析液中的溶劑后，真空干燥得到純度為99.1%的β-胡蘿卜素粉末晶體。
[0019]實(shí)施例2
以三孢布拉霉菌種作為發(fā)酵菌種，依次按下列步驟操作:
1)將三孢布拉霉接種發(fā)酵；發(fā)酵結(jié)束前4小時(shí)，加入發(fā)酵液體積0.15%的堿性蛋白酶；
2)將發(fā)酵結(jié)束后得到的發(fā)酵液經(jīng)板框壓濾得到濕菌體；
3)取500g濕菌體，加入10000ml乙酸乙酯，用剪切機(jī)循環(huán)剪切破碎至菌絲體平均粒徑為 180um。
[0020]4)將菌體混合液離心得到萃取液.5)在30°C的條件下，用大孔吸附樹(shù)脂吸附上述萃取液1.5h。在40°C的條件下，用丁烷解析大孔吸附樹(shù)脂1.5h，得到含有β -胡蘿卜素的解析液。
[0021]6)脫除解析液中的溶劑后，真空干燥得到純度為99.7%的胡蘿卜素粉末晶體。
[0022]實(shí)施例3
以三孢布拉霉菌種作為發(fā)酵菌種，依次按下列步驟操作:
1)將三孢布拉霉接種發(fā)酵；發(fā)酵結(jié)束前24小時(shí)，加入發(fā)酵液體積0.1%的幾丁質(zhì)酶；
2)將發(fā)酵結(jié)束后得到的發(fā)酵液經(jīng)板框壓濾得到濕菌體； 3)取5kg濕菌體，加入75L乙酸乙酯，用剪切機(jī)循環(huán)剪切破碎菌絲體平均粒徑為150umo
[0023]4)將菌體混合液離心得到萃取液。
[0024]5)在25°C的條件下，用大孔吸附樹(shù)脂吸附上述萃取液lh。在35°C的條件下，用石油醚解析大孔吸附樹(shù)脂lh，得到含有β-胡蘿卜素的解析液。
[0025]6)脫除解析液中的溶劑后，真空干燥得到純度為99.3%的胡蘿卜素粉末晶體。
[0026]實(shí)施例4
以三孢布拉霉菌種作為發(fā)酵菌種，依次按下列步驟操作:
1)將三孢布拉霉接種發(fā)酵；發(fā)酵結(jié)束前18小時(shí)，加入發(fā)酵液體積0.1%的纖維素酶；
2)將發(fā)酵結(jié)束后得到的發(fā)酵液經(jīng)板框壓濾得到濕菌體；
3)取30kg濕菌體，加入450L正己烷，用剪切機(jī)循環(huán)剪切破碎菌絲體平均粒徑為230umo
[0027]4)將菌體混合液離心得到萃取液。
[0028]5)在35°C的條件下，用大孔吸附樹(shù)脂吸附上述萃取液lh。在40°C的條件下，用丙酮解析大孔吸附樹(shù)脂lh，得到含有β-胡蘿卜素的解析液。
[0029]6)脫除解析液中的溶劑后，真空干燥得到純度為97.9%的胡蘿卜素粉末晶體。
[0030]實(shí)施例5
以杜氏鹽藻菌種作為發(fā)酵菌種，依次按下列步驟操作:
1)將杜氏鹽藻接種發(fā)酵；發(fā)酵結(jié)束前12小時(shí)，加入發(fā)酵液體積0.15%的堿性蛋白酶；
2)將發(fā)酵結(jié)束后得到的發(fā)酵液經(jīng)離心得到濕菌體；
3)取1kg濕菌體，加入150L石油醚，用剪切機(jī)循環(huán)剪切破碎菌絲體平均粒徑為200umo
[0031]4)將菌體混合液離心得到萃取液。
[0032]5)在38°C的條件下，用大孔吸附樹(shù)脂吸附上述萃取液lh。在42°C的條件下，用己烷解析大孔吸附樹(shù)脂lh，得到含有β-胡蘿卜素的解析液。
[0033]6)脫除解析液中的溶劑后，真空干燥得到純度為97.3%的胡蘿卜素粉末晶體。
[0034]實(shí)施例6
以紅酵母菌種作為發(fā)酵菌種，依次按下列步驟操作:
1)將紅酵母菌接種發(fā)酵；發(fā)酵結(jié)束前6小時(shí)，加入發(fā)酵液體積0.15%的蝸牛酶；
2)將發(fā)酵結(jié)束后得到的發(fā)酵液經(jīng)離心得到濕菌體；
3)取Ikg濕菌體，加入15L乙酸乙酯，用剪切機(jī)循環(huán)剪切破碎菌絲體平均粒徑為250umo
[0035]4)將菌體混合液離心得到萃取液。
[0036]5)在40°C的條件下，用大孔吸附樹(shù)脂吸附上述萃取液lh。在45°C的條件下，用丙酮解析大孔吸附樹(shù)脂lh，得到含有β-胡蘿卜素的解析液。
[0037]6)脫除解析液中的溶劑后，真空干燥得到純度為98.1%的β-胡蘿卜素粉末晶體。
[0038]實(shí)施例7
以紅酵母菌種作為發(fā)酵菌種，依次按下列步驟操作:
1)將紅酵母菌接種發(fā)酵；發(fā)酵結(jié)束前24小時(shí)，加入發(fā)酵液體積0.15%的纖維素酶和
0.15%的蛋白酶；
2)將發(fā)酵結(jié)束后得到的發(fā)酵液經(jīng)離心得到濕菌體；
3)取20kg濕菌體，加入30L石油醚，用剪切機(jī)循環(huán)剪切破碎菌絲體平均粒徑為120um。
[0039]4)將菌體混合液離心得到萃取液。
[0040]5)在45°C的條件下，用大孔吸附樹(shù)脂吸附上述萃取液lh。在48°C的條件下，用丁烷解析大孔吸附樹(shù)脂lh，得到含有β-胡蘿卜素的解析液。
[0041]6)脫除解析液中的溶劑后，真空干燥得到純度為99.7%的胡蘿卜素粉末晶體。
[0042]以上實(shí)施例中，有機(jī)溶劑不限于正己烷、丁烷、乙酸乙酯、石油醚、丙酮，使用6號(hào)溶劑、二氯甲烷、等其他有機(jī)溶劑同樣能達(dá)到較好的萃取效果。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，能耗低、提取得率高、效率高、有利于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模化生產(chǎn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.制備β-胡蘿卜素的方法，包括如下步驟: 將微生物菌種接種發(fā)酵； 在發(fā)酵結(jié)束前l(fā)-24h，加入生物酶進(jìn)行破壁； 將發(fā)酵液進(jìn)行固液分離，得到濕菌體； 將濕菌體和有機(jī)溶劑混合后進(jìn)行循環(huán)剪切破碎； 將混合液經(jīng)固液分離，得到萃取液； 用大孔吸附樹(shù)脂吸附萃取液中的胡蘿卜素，吸附完成后，用有機(jī)溶劑解析大孔吸附樹(shù)脂，得到含有β-胡蘿卜素的解析液； 脫除解析液中的溶劑，真空干燥，得到胡蘿卜素晶體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備β-胡蘿卜素的方法，其特征在于:步驟(I)中，微生物為三孢布拉霉、杜氏鹽藻或紅酵母。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備β-胡蘿卜素的方法，其特征在于:步驟(2)中，生物酶為蝸牛酶、堿性蛋白酶、幾丁質(zhì)酶或纖維素酶。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備β-胡蘿卜素的方法，其特征在于:步驟(4)中，濕菌體和有機(jī)溶劑的質(zhì)量體積比為1:10-1:20。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備β-胡蘿卜素的方法，其特征在于:步驟(4)中，破碎后菌體的平均粒徑不高于300um。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備β-胡蘿卜素的方法，其特征在于:步驟(4)中，有機(jī)溶劑為己烷、丁烷、石油醚、乙酸乙酯或丙酮。
【專利摘要】制備β-胡蘿卜素的方法，包括如下步驟：將微生物菌種接種發(fā)酵；在發(fā)酵結(jié)束前1-24h，加入生物酶進(jìn)行破壁；將發(fā)酵液進(jìn)行固液分離，得到濕菌體；將濕菌體和有機(jī)溶劑混合后進(jìn)行循環(huán)剪切破碎；將混合液經(jīng)固液分離，得到萃取液;用大孔吸附樹(shù)脂吸附萃取液中的β-胡蘿卜素，吸附完成后，用有機(jī)溶劑解析大孔吸附樹(shù)脂，得到含有β-胡蘿卜素的解析液；脫除解析液中的溶劑，真空干燥，得到β-胡蘿卜素晶體。本發(fā)明中，濕菌體采用生物酶破壁與機(jī)械破壁相結(jié)合的方式，破壁率高，因此β-胡蘿卜素的提取率高；提取過(guò)程無(wú)需烘干菌體，避免了β-胡蘿卜素的氧化。另一方面，本發(fā)明使用大孔吸附樹(shù)脂分離純化β-胡蘿卜素，工藝簡(jiǎn)單，提取完β-胡蘿卜素的混合油可以作為萃取溶劑循環(huán)使用，因此能夠節(jié)約成本，降低能耗，且有利于環(huán)保。
【IPC分類】C12R1-89, C12R1-645, C12P23-00, C07C403-24
【公開(kāi)號(hào)】CN104557648
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410803521
【發(fā)明人】李翔宇, 田勇, 汪志明, 陸姝歡, 周強(qiáng), 易德偉
【申請(qǐng)人】嘉必優(yōu)生物工程（武漢）有限公司
【公開(kāi)日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2014年12月23日