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藻蓝蛋白制备关键技术研究

2021-01-15张群

食品与生物技术学报 2021年6期
关键词:提液螺旋藻破壁

藻蓝蛋白是从螺旋藻中分离出的一种深蓝色水溶性蛋白质,是荧光色素与蛋白质的络合物。藻蓝蛋白作为纯天然的色素,其色泽鲜亮,可用于食品、化妆品和医药等工业。2020年,国家卫生健康委员会发布了藻蓝蛋白作为食品添加剂的食品安全标准(GB1886.309—2020)。藻蓝蛋白具有抗肿瘤、抗氧化、抗炎、增强免疫力等功能活性,作为一种功能性成分引起了业界的广泛关注。

藻蓝蛋白的规模化提取、纯化和稳态化研究等一直是螺旋藻精深加工的焦点。如Mari等(2019)用去离子水、磷酸盐缓冲溶液(pH 7.0)浸泡处理螺旋藻干粉(料液质量体积比为1 g:250 mL),测得螺旋藻粉中藻蓝蛋白平均质量分数151.80 mg/g。Kaewdam(2020)采用聚乙二醇和磷酸钾从螺旋藻中纯化藻蓝蛋白,发现在25℃时质量浓度和回收率最高(分别为13.932 g/L和91.18%)。江南大学的俞建峰等(2016)为解决目前藻蓝蛋白提取工艺效率低下问题,采用超细剪切技术进行螺旋藻细胞破壁,研究螺旋藻料液比、硫酸铵饱和度、超细剪切时间3种工艺参数对藻蓝蛋白提取质量浓度的影响,得到藻蓝蛋白最佳提取工艺为:液料体积质量比为23 mL∶1 g,硫酸铵饱和度为51%,剪切时间为12 min,在此条件下得到的藻蓝蛋白质量浓度为0.436 mg/mL。俞建峰等(2017)将螺旋藻干粉加入pH 7.0的磷酸盐缓冲溶液中溶胀6 h,藻蓝蛋白得率是8.08%。中国科学院大学罗浩(2017)等以铜绿微囊藻为实验材料,探索一种全新的藻蓝蛋白免干燥提取方法:(1)柠檬酸或α-酮戊二酸裂解藻细胞;(2)离心去除细胞碎片;(3)活性炭吸附纯化;(4)双水相萃取纯化;(5)超滤。该方法可用于大规模藻蓝蛋白的制取。袁梦媛(2016)等以新鲜巢湖水华蓝藻为研究对象,通过冻融破壁方法提取藻蓝蛋白粗提液,以藻蓝蛋白的纯度和得率为指标,研究了不同盐析剂对藻蓝蛋白提纯效果的影响和双水相法提纯藻蓝蛋白的条件。中国专利CN201610240773.公开了一种甲氧基聚乙二醇/酒石酸钾钠双水相萃取分离藻蓝蛋白的方法,包括如下步骤:(1)制备藻蓝蛋白粗提取液:用蒸馏水清洗新鲜的螺旋藻2~4次,洗涤干净的螺旋藻经压力为200~400 kg/cm2的高压细胞匀浆机破碎5~7 min,超声波处理12~15 min,将破碎的螺旋藻悬浊液离心10 min,收集上清液,制得含藻蓝蛋白的粗提液于4~5℃下储存;(2)双水相萃取:向步骤(1)所得含藻蓝蛋白的粗提液中加入甲氧基聚乙二醇和酒石酸钾钠,匀速搅拌1~2 h,静置24 h使两相分开,收集上相;(3)成品制备:将步骤(2)所得藻蓝蛋白液过DE-AE-Sephadex阴离子交换层析柱,采用0~0.35 mol/L的氯化钠进行线性洗脱,收集氯化钠浓度为0.25~0.30 mol/L时的洗脱液,透析冻干制得藻蓝蛋白粉末。CN201610239712.8公开了一种油酸聚乙二醇酯/无机盐双水相萃取分离藻蓝蛋白的方法,包括如下步骤:(1)采用将螺旋藻反复冻融的方法破壁后收集上层清液得到藻蓝蛋白粗提液;(2)再向粗提液中加入油酸聚乙二醇酯和无机盐,经双水相萃取后分层;(3)取上相置于截留相对分子质量为5 000的透析膜中透析20~30 h后得藻蓝蛋白水溶液,再于-15~-10℃冷冻干燥8~15 h得藻蓝蛋白粉末,其中油酸聚乙二醇酯中的PEG平均相对分子质量为1 000或2 000。CN201510313669.0公开了一种提取螺旋藻藻蓝蛋白的方法,包括如下步骤:(1)将螺旋藻粉与水以1 kg∶20 L~1 kg∶30 L的比例加入减压提取装置中,控制减压提取装置中的温度在40℃以下,真空度低于0.1 MPa,提取时间1~2 h后过滤得过滤液;(2)将过滤液用截留相对分子质量为10 000的超滤膜包进行膜分离,浓缩得浓缩液;(3)将浓缩液喷雾干燥,即得藻蓝蛋白。CN201910957271.9涉及一种高藻蓝蛋白含量的螺旋藻粉灭菌方法,先经初步脱水控制水分质量分数为80%~90%,再经瞬时喷雾干燥除去螺旋藻藻泥中大部分的水分,水分含量控制在8%~12%,最后经过微波能的热效应和微波能高频电场的非热效应灭菌同时除去少量水分,所制得的灭菌螺旋藻粉中藻蓝蛋白的质量分数大于8 000 mg/hg。CN201811392827.6提供了一种从螺旋藻中同时分离纯化藻蓝蛋白和多糖的方法,先将螺旋藻破壁并固液分离得到藻蓝蛋白与多糖的粗提液与藻渣;再用超滤对粗提液进行部分多糖与藻蓝蛋白的分离;将藻渣用热碱液溶解搅拌取上清液得多糖粗提液;再将分离的藻蓝蛋白粗提液进行两步盐析,获得沉淀后用磷酸盐缓冲液溶解,通过Sephadex G-25脱盐,最后进行聚丙烯酸酯柱层析以及羟基磷灰石柱层析,以获得高纯度的藻蓝蛋白(>4.0%)和高得率的螺旋藻多糖(>4%)。

近年来,藻蓝蛋白的制备技术取得了一定进展,但仍存在提取效率偏低、能耗偏高等现象。螺旋藻的高效破壁技术、藻蓝蛋白特异性纯化技术以及功能活性稳态化仍需研究人员进一步研究和发掘。

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