雨生红球藻中虾青素成分的提取的专利研究进展

邹雯，周磊(国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，江苏 苏州 215000)

1 虾青素概述

游离的虾青素很不稳定，易被各种因素氧化，所以虾青素在藻类等生物体中大部分以酯的形式存在，虾青素结构式如图1所示。

图1 虾青素结构式

虾青素具有强的抗氧化活性，极强清除自由基、猝灭活性氧能力，抗氧化功能是β-胡萝卜素的10 倍，是VE的500倍，被誉为“超级抗氧化剂”，其在食品、医药、化妆品等行业有着广泛应用。雨生红球藻是目前发现的游离虾青素及其酯类含量最高的天然来源，因此实际生产中将雨生红球藻中虾青素类物质的作为提取来源的相关提取工艺研究很多[1-2]。

目前天然虾青素的提取方法，主要包括有机溶剂浸提法、微波辅助萃取法、酶解法、碱提法、超临界CO2萃取法。藻类中制备虾青素存在成本高、杂质多、提取困难等问题；对于从雨生红球藻中提取虾青素该工艺，主要存在以下三方面问题：(1)雨生红球藻细胞壁较厚，而虾青素的提取率与破壁率密切相关，因此其加大了虾青素的提取难度；(2)由于雨生红球藻在破壁过程和破壁后天然虾青素就暴露于空气中，使之极易被氧化而变质，从而导致提取率低；(3)有机溶剂残留，不环保，也不利于后续产品的应用；围绕上述问题，本文列举了部分主要专利进行阐述该提取工艺的专利技术发展历程。

2 专利技术概述

2.1 破壁问题

陈锦猜(专利CN101381337A)[3]提出现有技术对于藻粉先破壁再干燥，会导致虾青素的损失，因此，对于破壁工序进行改进，即先干燥再进行破壁；该专利中运用了气流粉碎法，不仅破壁率高，且破壁时间短，破壁过程中温度为20～30 ℃，避免虾青素因高温氧化损失，虾青素的损耗率≤10%，破壁率≥90%。

为了提高雨生红球藻的破壁率，大连医诺生物有限公司(专利CN103232375A)[4]提出了一种采用酸性水溶液对雨生红球藻进行破壁的方法。通过选择对酸的选择，结合适宜的破壁温度及时间，使酸对细胞壁中的某些成分(主要是糖和蛋白质)产生作用，改变这些物质的空间结构，使原来结构紧密的细胞壁变得疏松，胞壁结构得以破坏，胞内物质溶出，并且有机试剂也可渗透到胞内进行提取，从而大幅提高雨生红球藻的提取效率，破壁率高达 95%以上。

为更好地开发利用雨生红球藻资源，特别是实现细胞内功能成分的大规模工业化生产，董正轩(专利CN104513185A)[5]提出一种简便高效，机械化程度高的破壁技术：采用现有的超声速气流粉碎方法破壁。并且整个破壁过程在液氮保护环境下进行，采用了迅速升温和降温的方式使雨生红球藻脆化，从而缩短了粉碎时间，有效防止粉碎工作腔体温度升高，导致虾青素氧化问题的出现。

青岛科海生物有限公司(专利CN103787941A)[6]采用高压技术对雨生红球藻进行破壁，提高了虾青素的提取质量。因为采用均质机进行破壁，破壁压力高，容易带来安全隐患，并且所需的超高压力不适宜进行工业化生产，黄妍(专利CN104946534A)[7]提出通过胶体磨磨细胞，使湖生红球藻细胞壁变薄甚至细胞破碎，从而使得整个藻液粒径均匀，降低均质机破壁压力，安全隐患得到降低。

国家开发投资公司中国科学院水生生物研究所(CN107011225A)[8]中提采用酸-醇体系低温下破壁雨声红球藻：浓硫酸-醇体系中醇为小分子醇小分子醇选择为甲醇、乙醇、异丙醇中的一种或几种。

广州优锐生物科技有限公司(CN103044303A)[9]提出一种酶破壁方法：采用康氏木霉固体发酵制备富含纤维素酶的发酵物，通过调控光照 和温度培养富集虾青素雨生红球藻，发酵物可高效分解雨生红球藻细胞壁，经 均质进一步破坏细胞膜，使雨生红球藻体内富集的虾青素释放出来，离心取不 溶解相，冷冻干燥，最后利用玉米油萃取，即得虾青素。

国投生物科技投资有限公司和中国科学院水生生物研究所(CN107628978 A)[10]公开了一种雨生红球藻破壁方法，即采用处理，蒸汽爆破处理藻体，虾青素的提取；有效地破除了阻碍传质过程的细胞壁，促进了虾青素的释放，降低了溶剂浸提的传质阻力，缩短了提取的时间，提高了雨生红球藻虾青素的收率。

湖南农业大学(CN107868811A)[11]提出一种营养型定向调控雨生红球藻厚壁孢子增殖破壁提取虾青素的方法：利用雨生红球藻分裂增殖的特性通过营养定向调控，促进雨生红球藻进行胞内有丝分裂增殖，缩短增殖时间，实现细胞破壁，同时，有机溶剂低温、低耗能、高效地提取虾青素。

云南绿A生物产业园有限公司(CN111214846A)[12]提出一种利用亚临界丁烷萃取技术来提取雨生红球藻提取物及后续脱除残留溶剂的制备方法。

广东海洋大学(CN111389046A)[13]提出了一种新的提取方法：通过离子液体和低共熔溶剂配合，加上水降低萃取剂的黏度，使得萃取剂在使用过程中可以很容易的在常温条件下对雨生红球藻进行破壁，在不使用有机溶剂的情况下，提高虾青素的提取得率，而且利于保持虾青素的生物活性。

2.2 氧化问题

现有的提取工艺大多分为破壁-提取-提纯三个步骤来完成，整个工艺的时间长，导致天然虾青素的氧化严重，是抑制提取效率不能进一步提高的主要原因。虽然超临界提取可以避免高温但是其成本高。基于上述问题的存在，中国中医科学院中药研究所(CN105254551A)[14]提出虾青素的破壁和提取同时进行，并利用闪式提取器对于物料进行快速提取。

美生物科技有限公司(CN109053521A)[15]提出了采用通过强电场分次萃取与高压萃取相结合提取雨生红球藻中的虾青素，将得到的提取液经固液分离、减压浓缩、醇沉和干燥处理；获得提取物质虾青素；本发明通过强电场分次萃取与高压萃取相结合，通过电场萃取后的萃取液采用高压处理，使得酯化成分(虾青素)进一步溶出，极大提高了提取。

云南爱尔康生物技术有限公司(CN111217734A)[16]提出了将釜搅拌萃取与管道萃取工艺通过自动控制装置串联结合在一起，在釜搅拌萃取工艺的基础上，串联了高效混合剪切强度的管道混合萃取器，并且在加入抗氧化剂保护虾青素的活性。

2.3 溶剂残留问题

现有的传统提取方法中存在着提取物中有溶剂残留、污染环境、工艺复杂等缺点。而超临界流体萃取技术是20世纪70年代末兴起的一种新型生物分离精制技术，超临界萃取没有传统溶剂法的溶剂分离问题，从而使天然产物的提取工艺发生革命性的改进。

虽然超临界萃取技术可以避免有机溶剂残留问题，但是其由于成本比较，难以工业化缺陷，实际应用中比较少。因此，西北农林科技大学(专利CN102659652A)[17]提出一种有机溶剂消耗少，环境污染小、生产成本低且易工业放大的固相萃取方法。即以少量有机溶媒为中介，将雨生红球藻粉与硅胶进行混合均匀，搅拌萃取，将萃取混合物装入层析柱中，采用甲醇洗脱剂进行洗脱得到暗红色虾青素油。

南京工业大学(CN106748944 A)[18]指出超临界CO2萃取面临细胞不易破碎的问题，提出一种全新的高效破壁原位萃取偶联超临界CO2二次萃取的高纯度虾青素提取工艺。采用砂磨机在对红球藻细胞破壁的同时完成虾青素的萃取，料液经固液分离后取溶液进行减压蒸馏回收萃取剂。

华南农业大学(CN108047111A)[19]提出一种连续相变萃取雨生红球藻中虾青素的方法，连续相变萃取技术是指萃取剂在低于其临界压力和临界温度条件下压缩成液体，流经萃取釜对物料进行萃取后，在解析釜中相变为气体，其中萃取到的物质落放入解析釜，解析后的气体再经过压缩成液体，再次流经萃取釜，对物料进行反复萃取的过程，可连续多次对物料进行动态、高效萃取。

四川理工学院山东金晶生物技术有限公司(CN108558725A)[20]提出一种低温亚临界萃取雨生红球藻中虾青素的方法，即通过真空冷冻干燥成破壁藻体于亚临界设备中低温萃取。

云南爱尔康生物技术有限公司(CN111440106A)[21]提出了一种简单，高效的提取方法，采用雨生红球藻藻油作为雨生红球藻提取物吸附分离的介质，并使用固体吸附剂进行吸附处理，然后离心，解析，解析液进行减压脱溶得到虾青素，固体吸附剂和雨生红球藻油都可以循环利用。该方法避免大量有机溶剂的使用，健康安全风险小。

汕头大学(CN108484465A)[22]提出一种可循环利用的双水相从雨生红球藻中提取虾青素的方法，即通过采用绿色环保可循环使用的离子液体/表面活性剂双水相体系萃取和有机试剂反萃取制得虾青素。

李树森(CN106278971A)[23]指出现有技术中提取虾青素的食品级的酒精是属于化工合成，因此对于虾青素具有破坏性，并且得到的虾青素多少对人体有害。因此，提供一种天然虾青素的生产提取方法，其采用酒精度为52～68度纯粮酿造的白酒作为提取剂。

晨光生物科技集团股份有限公司(CN104961668 A)[24]提出破壁与萃取同时进行即：所用有机溶剂既是高压均质的稀释剂，同时又是虾青素的萃取溶剂。采用防爆型高压均质机可以实现破壁、萃取同时进行，藻粉细胞在高压均质机压力的作用下破壁，破壁的同时溶剂快速进入细胞，将虾青素萃取出来，该方法减少的了溶剂用量，同时避免了用水破壁后的干燥处理。

中国海洋大学(CN105418472A)[25]提出了一种利用溶剂分级结晶分离虾青素单双酯的方法：其选用饱和低级脂肪醇溶剂在适当加热的条件下对虾青素酯粗提物中各组分具有较好的溶解性，而随着温度的降低，对不同极性组分的溶解度变化差异较大，若在醇中加入适量的水，则可使溶剂的极性发生变化，更有利于虾青素酯的分离。

3 结语

为了解决雨生红球藻提取虾青素面临的破壁问题、氧化问题以及残留溶剂问题，现有专利技术经历了对提取方法的改进，如采用低温研磨、超临界萃取等包括最新的引入离子液体和低共熔溶剂作为萃取剂，但是依然存在各方面的问题，如超临界萃取成本比较高，萃取条件苛刻等问题。因此，在更环保的提取溶剂、更加高效的破壁方法以及温和的提取条件方面，有待于广大研究者进一步挖掘和探索。