一種微藻葉綠素的脫除方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
:
[0001]本發(fā)明屬于去除葉綠素技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種微藻葉綠素的脫除方法。
【背景技術(shù)】
:
[0002]葉綠素是微藻進(jìn)行光合作用、維持細(xì)胞正常生命活動(dòng)所必不可缺的重要組分，通常情況下微藻葉綠素含量可占細(xì)胞干重的0.2-2.0%。葉綠素是一種色價(jià)較高的鎂卟啉化合物(大于500)，微量即可呈現(xiàn)明顯的綠色，葉綠素的存在嚴(yán)重影響微藻終端產(chǎn)品的品質(zhì)(如油脂、蛋白質(zhì)、多糖與類胡蘿卜素)。本專利提供一種高效、簡(jiǎn)易、低成本、安全的微藻葉綠素脫除工藝，有效解決了微藻產(chǎn)品的葉綠素污染問(wèn)題?，F(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)及本發(fā)明的目的詳述如下:
[0003]1、“利用葉綠素水解酶分解葉綠素”，首先需要對(duì)微藻葉綠素進(jìn)行提取，然后加入酶分解葉綠素。該方法成本相對(duì)較高且脫色效率較低；2、“利用有機(jī)溶劑脫除微藻中的葉綠素”，通常選用丙酮等有機(jī)溶劑反復(fù)抽提藻粉或濕藻泥，上述溶劑具有一定的毒性，如后續(xù)處理不徹底將對(duì)藻粉或濕藻泥的安全性產(chǎn)生一定影響，同時(shí)有機(jī)溶劑抽提葉綠素的過(guò)程中，會(huì)損失大部分高值化學(xué)成分，如類胡蘿卜素、微藻油等，提取液中的葉綠素不穩(wěn)定、易分解；3、未經(jīng)精煉處理的微藻油中通常含有高濃度的葉綠素，這些葉綠素的存在對(duì)微藻油的綜合利用存在非常不利的影響，如利用微藻油制備生物柴油、微藻油加工保健品和食品等。研宄表明:利用傳統(tǒng)的油脂脫色工藝(如雙氧水、活性炭、硅藻土等氧化吸附)對(duì)含葉綠素的微藻油無(wú)明顯脫色效果；4、目前制備葉綠素銅鈉的主要原料是蠶沙，蠶沙不易獲??；5、藻粉或藻泥含有一定的葉綠素，當(dāng)制作咀嚼片時(shí)，往往會(huì)使食用者口腔染上色澤難看的綠色，在一定程度上影響產(chǎn)品的品質(zhì)。
[0004]葉綠素(chlorophyll)是一類與光合作用有關(guān)的色素，廣泛存在于所有營(yíng)光合自養(yǎng)生長(zhǎng)的生物中(如原核藻類、綠色植物、真核藻類等)，其與細(xì)胞捕光色素蛋白復(fù)合物結(jié)合存在于光合膜上，負(fù)責(zé)光能的吸收和傳遞。葉綠素為鎂卟啉化合物，其分子中含有一個(gè)卟啉環(huán)的“頭部”和一個(gè)葉綠醇的“尾巴”，鎂原子居于卟啉環(huán)的中央(如圖1所示)。葉綠素可吸收大部分的紅光和紫光而反射綠光，故其呈現(xiàn)綠色。葉綠素不溶于水，溶于多種有機(jī)溶劑，如乙醇、丙酮、乙醚、氯仿等，葉綠素是葉綠酸的酯，能發(fā)生皂化反應(yīng)。葉綠素有多種類型，包括葉綠素a、b、c、d、f和細(xì)菌葉綠素等，其中，葉綠素a(C55H72O5N4Mg)和葉綠素b (C55H70O6N4Mg)最為常見(jiàn)，葉綠素a呈綠色，葉綠素b呈黃綠色。葉綠素不穩(wěn)定，光、酸、堿、氧、氧化劑都會(huì)使其分解，酸性條件下，葉綠素很容易失去鎂原子成為去鎂葉綠素，去鎂葉綠素為深褐色。葉綠素a和b分子中的鎂離子易被銅、鐵、鈷等離子取代而成為葉綠素衍生物，葉綠素衍生物可用來(lái)制造催化劑、光敏劑、食用色素、涂料等，其中最重要的是水溶性葉綠素銅鈉鹽(圖2)，其可治療傳染性肝炎、胃、胰腺炎、十二指腸潰瘍、慢性腎炎和白血病等疾病，葉綠素銅鈉鹽已被廣泛應(yīng)用，目前制備葉綠素銅鈉鹽的主要原料為蠶沙。
[0005]葉綠素雖然具有重要的生物學(xué)活性，可以單獨(dú)作為食品添加劑、藥品、保健品使用，但當(dāng)其存在于其他微藻產(chǎn)品中時(shí)(微藻油、蛋白質(zhì)、多糖與類胡蘿卜素)，將嚴(yán)重降低微藻產(chǎn)品的品質(zhì)(色澤、純度等)。例如:1)、含長(zhǎng)鏈多不飽和脂肪酸的微藻油是一種高級(jí)保健品和化妝品原料，將此類微藻油進(jìn)行提取后發(fā)現(xiàn)，其顏色通常為深綠色、褐色或黑色，經(jīng)研宄證明上述顏色主要來(lái)源于葉綠素，且利用傳統(tǒng)脫色工藝(如雙氧水、活性炭、硅藻土等氧化吸附)根本無(wú)法將顏色有效脫除；2)、目前“藻片”作為保健品已經(jīng)被人們廣泛接受，但當(dāng)人們食用藻片時(shí)(特別是咀嚼片)，葉綠素的存在會(huì)嚴(yán)重影響使用者的口感，葉綠素存在口腔中，產(chǎn)生難看的顏色，這也是微藻咀嚼片難以廣泛推廣的原因之一 ；3)、利用微藻油制備生物柴油，葉綠素作為脂溶性物質(zhì)通常會(huì)同微藻油一并被提取，微藻油轉(zhuǎn)酯化生成脂肪酸甲酯的過(guò)程中，葉綠素同樣也會(huì)發(fā)生甲酯化反應(yīng)，生成顏色更為難看的葉綠素酸甲酯，它混在生物柴油中影響生物柴油的性能(十六烷值、皂化值、碘值、凝點(diǎn)和長(zhǎng)鏈飽和因子等)，導(dǎo)致微藻生物柴油無(wú)法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。
[0006]如何有效脫除微藻細(xì)胞中的葉綠素，使微藻生物質(zhì)或微藻精細(xì)加工產(chǎn)品更容易被大眾接受，目前國(guó)內(nèi)外已公布了若干相關(guān)技術(shù)發(fā)明，但這些技術(shù)并不能很好的進(jìn)行推廣和使用，現(xiàn)舉例對(duì)已公開(kāi)的代表性技術(shù)發(fā)明進(jìn)行描述:
[0007](I)、植物油中葉綠素的脫除方法及其專用裝置(專利申請(qǐng)?zhí)?CN201410049242.X)，通過(guò)研宄證明利用該發(fā)明技術(shù)處理含葉綠素的微藻油，無(wú)明顯脫色效果；(2)、使用經(jīng)酸處理的硅石吸附劑從甘油酯油中除去葉綠素、色體以及磷脂的方法(專利申請(qǐng)?zhí)?CN91109410.5)，通過(guò)研宄證明該專利中用硅石吸附劑對(duì)微藻油進(jìn)行處理，無(wú)明顯脫色效果；(3)、對(duì)葉綠素進(jìn)行酶促脫色的組合物和方法(專利申請(qǐng)?zhí)?CN201310031421.6)，該技術(shù)成本相對(duì)較高、且目前仍處于實(shí)驗(yàn)室探索階段，同時(shí)處理的原料為葉綠素的提取物，并不能直接對(duì)藻粉或藻泥進(jìn)行脫色處理；(4)、一種適度加工的ARA微藻油脂的制備方法(專利申請(qǐng)?zhí)?CN201310254172.7)，該技術(shù)處理葉綠素含量較高的藻粉或濕藻泥時(shí)，并不能有效使其脫色；(5)、一種脫色柱及利用其進(jìn)行DHA油脂的常溫脫色方法(專利申請(qǐng)?zhí)?CN201010227935.5)，但該技術(shù)放大成本較高，難以進(jìn)行規(guī)?；瘧?yīng)用，同時(shí)，該技術(shù)處理無(wú)法處理葉綠素含量較高的藻粉或濕藻泥；(6)、一種小球藻功能成分連續(xù)提取的方法(專利申請(qǐng)?zhí)?CN200910220586.1)，該發(fā)明利用有機(jī)溶劑對(duì)葉綠素進(jìn)行提取，如后續(xù)處理不徹底將對(duì)藻粉的安全性產(chǎn)生一定影響，同時(shí)有機(jī)溶劑抽提葉綠素的過(guò)程中，會(huì)損失一部分有價(jià)值的化學(xué)成分；(7)、微藻一步法制備生物能源(專利申請(qǐng)?zhí)?CN200910148494.7)，該技術(shù)需要精確控制反應(yīng)條件避免葉綠素發(fā)生轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)，因此該發(fā)明難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模放大。
[0008]通過(guò)對(duì)現(xiàn)有發(fā)明的分析發(fā)現(xiàn):已經(jīng)公開(kāi)的脫色技術(shù)多數(shù)存在不足，一方面缺乏專門(mén)針對(duì)微藻藻粉或濕藻泥中葉綠素的脫除工藝，另一方面多數(shù)專利并不能很好地進(jìn)行推廣和使用。
[0009]目前用于葉綠素脫除的方法主要包括:高溫磷酸法(以油脂為原料)、有機(jī)溶劑提取法(以藻粉或藻泥為原料)、酶促脫色法(以葉綠素提取液為原料)、硅石吸附法(以油脂為原料)等，現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)詳述如下:
[0010](I)、高溫磷酸法和硅石吸附法:均是在油脂的基礎(chǔ)對(duì)混雜其中的色素進(jìn)行脫除，雖然上述兩種方法對(duì)植物油脂、動(dòng)物油脂、地溝油均具有較好的脫色效果，但微藻細(xì)胞中通常含有較多的葉綠素，利用上述兩種方法很難達(dá)到有效的脫色效果；(2)、酶促脫色法:葉綠素水解酶可以高效、溫和的分解葉綠素，以實(shí)現(xiàn)微藻脫綠，酶促脫綠法存在三個(gè)問(wèn)題:一葉綠素水解酶不能進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部發(fā)揮作用，因此該技術(shù)不能用于處理藻粉或濕藻泥；二該技術(shù)首先需要將葉綠素抽提出來(lái)，隨后加入葉綠素水解酶，但葉綠素水解酶置于有機(jī)溶劑中時(shí)，其將部分或完全失活，如把有機(jī)溶劑揮發(fā)后，再加水解酶處理，將耗費(fèi)大量的成本，三該技術(shù)仍處于實(shí)驗(yàn)室階段，放大后葉綠素的分解效率是否可以滿足脫綠要求；(3)、有機(jī)溶劑提取法:丙酮等有機(jī)溶劑對(duì)葉綠素進(jìn)行反復(fù)提取，該工藝耗能、耗時(shí)、低效，且有機(jī)溶劑后續(xù)處理不徹底將對(duì)藻粉的安全性產(chǎn)生一定影響；(4)、葉綠素是一種具有較高開(kāi)發(fā)價(jià)值的生物活性物質(zhì)，上述所有工藝中僅考慮將葉綠素脫除，并未考慮對(duì)葉綠素進(jìn)行回收，因此，存在高值生物活性成分的浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

:
[0011]本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種以皂化反應(yīng)為基礎(chǔ)的微藻葉綠素脫除方法。本發(fā)明的方法可高效、簡(jiǎn)易、安全、低成本的脫除微藻中高含量的葉綠素，有效解決了微藻產(chǎn)品的葉綠素污染問(wèn)題，而且脫色廢液可用于葉綠素銅鈉的制備，脫綠微藻藻粉或濕藻泥可用于微藻油、蛋白質(zhì)、多糖和類胡蘿卜素的提取制備，也可用于保健品、化妝品、生物能源、飼料、餌料等的開(kāi)發(fā)。
[0012]本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供權(quán)利要求1所述的微藻葉綠素脫除方法得到的脫色廢液在制備葉綠素銅鈉方面的應(yīng)用。
[0013]本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供權(quán)利要求1所述的微藻葉綠素脫除方法得到的脫綠微藻藻粉或濕藻泥在提取制備微藻油、蛋白質(zhì)、多糖和類胡蘿卜素方面的應(yīng)用。
[0014]本發(fā)明的微藻葉綠素的脫除方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0015]將微藻藻粉或濕藻泥按照物料濃度(質(zhì)量體積比)為0.5?5.0%與脫色液混合，在40?70°C下反應(yīng)0.5小時(shí)?3.0小時(shí)，即可脫除葉綠素；所述的脫色液的制備方法為將低碳醇與濃度0.5?2.5%的堿溶液按照一定的體積比混合而成。
[0016]所述的低碳醇，優(yōu)選為濃度100%的甲醇或乙醇。通常情況下選用安全性的乙醇作為脫色液成分，乙醇已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在食品、藥品等領(lǐng)域，具有比較高的安全性，而甲醇存在毒性，如果處理不徹底將影響脫綠藻粉的品質(zhì)，本發(fā)明中的脫綠微藻藻粉或濕藻泥如用于非食用的領(lǐng)域(如生物柴油油脂制備)，則可以采用甲醇作為脫色液成分，否則采用乙醇做脫色液成分。
[0017]所述的堿溶液，優(yōu)選為氫氧化鈉(NaOH)或氫氧化鉀(KOH)溶液。兩者可以取得同樣的脫色效果，但結(jié)合后續(xù)“葉綠素銅鈉”的制備工藝，氫氧化鈉更為合適，因?yàn)殁涬x子的引入將增加后續(xù)鉀離子脫除成本。過(guò)高的堿濃度會(huì)提高脫色效率，但會(huì)明顯降低油脂、蛋白質(zhì)、多糖的保留率，過(guò)高的醇濃度可將微藻中其他成分浸出(如微藻油、蛋白質(zhì)或碳水化合物)，降低藻粉的價(jià)值。
[0018]優(yōu)選，低碳醇