一种利用离子液体微乳液提取虾青素的方法与流程

本发明涉及化学提取
技术领域：
，具体而言，涉及一种利用离子液体微乳液提取虾青素的方法。
背景技术：
：虾青素是一种价值最高的类胡萝卜素，目前，市场中90％以上的虾青素通过化学合成获得，已经被指出在食品安全、产品潜在毒性以及可持续性中存在严重风险。虾青素广泛存在于各类生物资源中，如藻类、酵母、甲壳类动物外壳及火烈鸟羽毛等。因此，从天然生物资源中提取虾青素的研究日益受到关注。在虾加工过程中，虾头、虾壳、虾尾占全虾总质量的40～60％。从虾加工废弃物中回收天然虾青素，不仅可以缓解直接排放废弃物对环境的污染，而且可以提高虾加工副产物的经济价值。技术实现要素：本发明提供一种利用离子液体微乳液提取虾青素的方法，本发明人发现将离子液体、乳化剂和水按一定质量比混合配制得到的离子液体微乳液体系的微观结构为双连续型，不仅具有很强的虾青素溶解特性，而且可以有效破坏虾壳致密的微观结构，使虾壳呈现破碎、凹凸不平、多孔的特点，从而利于虾壳内部虾青素向离子液体微乳液中迁移。本发明利用离子液体微乳液提取虾青素，不仅为虾加工副产物综合利用提供一种新的途径，而且有效提高对虾加工副产物虾壳中的虾青素的提取率。本发明提供技术方案如下：一种利用离子液体微乳液提取虾青素的方法，包括：将离子液体、乳化剂和水混合配制离子液体微乳液，使得到的离子液体微乳液中离子液体的质量分数为12～20％，乳化剂的质量分数为30～60％；将虾壳粉与所述离子液体微乳液混合后进行超声辅助萃取；将经所述萃取后的混合物进行固液分离，收集液体，即得到虾青素提取液；向所述虾青素提取液中加水，静置反沉淀虾青素，然后进行固液分离，收集虾青素沉淀物并冷冻干燥。进一步地，所述虾壳粉与所述离子液体微乳液的质量比为1：(40～80)。进一步地，所述虾壳粉通过将虾壳依次经冷冻干燥、研磨及过40～120目筛网得到。进一步地，所述离子液体包括四丁基三氟乙酸膦和四丁基四氟硼酸膦中的一种或两种。进一步地，所述萃取过程中采用超声辅助萃取。进一步地，所述超声辅助萃取时，超声功率为50～100w，超声时间为30～60min。进一步地，所述乳化剂包括表面活性剂和助剂，所述表面活性剂和所述助剂的质量比为(3～7)：1。进一步地，所述表面活性剂为聚乙二醇辛基苯基醚、失水山梨醇脂肪酸酯和聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯中的一种或几种；所述助剂为乙醇、丙醇、正丁醇和正戊醇中的一种或几种。进一步地，向所述虾青素提取液中加水的体积为所述虾青素提取液的体积的20～40倍；所述静置的时间为12～24h。进一步地，所述固液分离采用离心分离；所述离心转速为8000～12000rpm，所述离心时间为10～20min。与现有技术相比，本发明的一种利用离子液体微乳液提取虾青素的方法的有益效果是：本发明通过将离子液体、乳化剂和水按一定比例混合配制双连续型离子液体微乳液，具有很强的虾青素溶解性；该离子液体微乳液与虾壳粉混合，可以有效破坏虾壳致密的微观结构，利于虾壳内部虾青素向离子液体微乳液中迁移，提高虾青素的提取率；然后经固液分离后收集液体即得到虾青素提取液，再利用虾青素难溶于水的特性，向虾青素提取液中加水，反沉淀虾青素，最终固液分离，收集虾青素沉淀物并干燥即得虾青素粉末。一方面，采用本发明的提取方法操作简单安全，采用常规设备即可进行，可规模化提取虾青素，另一方面，采用该提取方法提取虾青素的条件温和，提取时间短，避免了虾青素的降解，保护了虾青素的生物活性，而且从虾壳中提取的虾青素的提取率高。为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，作详细说明如下。附图说明图1为一种离子液体微乳液体系在25℃的相图，该离子液体微乳液体系中离子液体为四丁基三氟乙酸膦，乳化剂为聚乙二醇辛基苯基醚和正丁醇按质量比为3：1的混合物，其中ⅰ为两相区，ⅱ为单相区(微乳液区)；图2为本发明实施例2的虾壳原料的微观形貌扫描电镜图(放大20000倍)；图3为本发明实施例2经提取虾青素后得到的虾壳残渣的微观形貌扫描电镜图(放大20000倍)；图4为虾青素标准品的高效液相色谱图；图5为本发明实施例2得到的虾青素提取液的高效液相色谱图。具体实施方式为了便于理解本发明，下面结合实施例的方式对本发明的技术方案做详细说明，在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。本发明提供了一种利用离子液体微乳液提取虾青素的方法，包括以下步骤：(1)将离子液体、乳化剂和水混合配制离子液体微乳液，使得到的离子液体微乳液中离子液体的质量分数为12～20％，乳化剂的质量分数为30～60％。上述离子液体微乳液中离子液体的质量分数具体可列举为12％、15％、18％或20％等；乳化剂的质量分数具体可列举为30％、40％、50％或60％等；其余为水。优选地，所述离子液体为四丁基三氟乙酸膦和四丁基四氟硼酸膦中的任意一种或两者按任意比例的混合物。需要说明的是，四丁基三氟乙酸膦和四丁基四氟硼酸膦均为季鏻盐离子液体，由其种一种或两者的混合物与乳化剂和水混合配制的离子液体微乳液不仅热化学稳定性高，对环境污染小，而且具有良好的非极性，对亲脂性虾青素具有强大的溶解能力。优选地，所述乳化剂包括表面活性剂和助剂，所述表面活性剂和所述助剂的质量比为3～7：1如3：1、4：1、5：1、6：1或7：1等。优选地，所述表面活性剂为聚乙二醇辛基苯基醚、失水山梨醇脂肪酸酯和聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯(吐温80)中的任意一种，也可以为聚乙二醇辛基苯基醚、失水山梨醇脂肪酸酯和聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯(吐温80)中任意两种或三种按任意比例的混合物。优选地，所述助剂为乙醇、丙醇、正丁醇和正戊醇中的一种或几种，即该助剂可以为乙醇、丙醇、正丁醇和正戊醇中的任意一种，也可以为乙醇、丙醇、正丁醇和正戊醇中的至少两种按任意比例的混合物。(2)将虾壳粉与所述离子液体微乳液混合后进行萃取。优选地，上述虾壳粉通过将新鲜虾壳在冷冻温度为-60～-50℃条件下冷冻干燥24～48h后，再研磨成粉过40～120目筛网得到。虾壳可以为南美对虾、南极磷虾或阿根廷红虾等的虾壳。优选地，上述虾壳粉与离子液体微乳液按质量比为1：(40～80)如1：40、1：60或1：80进行混合，然后置于超声清洗器中进行超声辅助萃取。优选地，所述萃取过程中采用超声辅助萃取。需要说明的是，提取过程采用超声波辅助，可以强化虾壳粉与离子液体微乳液的接触，从而利于虾青素的溶解。该超声辅助萃取过程在常温下进行，优选地，超声辅助萃取过程中，设置超声清洗器的超声功率为50～100w；超声时间为30～60min。(3)将经所述萃取后的萃取混合物进行固液分离，收集液体，该液体即为虾青素提取液。需要说明的是，上述固液分离是将被萃取了虾青素的虾壳粉残余物与萃取了虾青素的离子液体微乳液进行分离。优选地，上述固液分离优选采用离心机进行离心分离，离心转速为8000～12000rpm，离心时间为5～10min。当然，上述固液分离还可采取抽滤方式进行固液分离。(4)向所述虾青素提取液中加水，静置反沉淀虾青素，再将得到的固液混合物进行固液分离，收集虾青素沉淀物并干燥。需要说明的是，虾青素提取液为离子液体微乳液和虾青素的混合物，当向虾青素提取液中加水时，会降低虾青素在离子液体微乳液中的溶解性，使虾青素沉淀；优选地，加水体积为虾青素提取液体积的25～40倍如25倍、28倍、30倍、35倍或40倍等。加水后在室温下静置12～24h如12h、15h、18h、20h或24h，再进行固液分离。该固液分离也优选采用离心机进行离心分离，离心转速为8000～12000rpm，离心时间为10～20min；经过离心得到的底部沉淀物即为虾青素沉淀物；最后在冷冻温度为-60～-50℃，冷冻时间为24～48h的条件下进行冷冻干燥即得虾青素粉末。需要说明的是，上述水优选采用蒸馏水，当然也可以采用去离子水、纯水或超纯水。本发明通过将离子液体、乳化剂和水按一定比例混合配制双连续型离子液体微乳液，具有很强的虾青素溶解性；该离子液体微乳液与虾壳粉混合，可以有效破坏虾壳致密的微观结构，利于虾壳内部虾青素向离子液体微乳液中迁移，提高虾青素的提取率；然后经固液分离后收集液体即得到虾青素提取液，再利用虾青素难溶于水的特性，向虾青素提取液中加水，反沉淀虾青素，最终固液分离，收集虾青素沉淀物并干燥即得虾青素粉末。一方面，采用本发明的提取方法操作简单安全，采用常规设备即可进行，可规模化提取虾青素，另一方面，采用该提取方法提取虾青素的条件温和，提取时间短，避免了虾青素的降解，保护了虾青素的生物活性，而且从虾壳中提取的虾青素的提取率高。为了便于理解本发明，下面结合实施例来进一步说明本发明的技术方案。实施例1(1)将新鲜虾壳洗净后先在-60℃冷冻温度条件下冷冻干燥24h，然后置于研磨机中研磨成粉末，再过40目网筛得到虾壳粉备用。(2)将离子液体、乳化剂和蒸馏水混合均匀配制离子液体微乳液，使得到的离子液体微乳液中离子液体的质量分数为12％，乳化剂的质量分数为30％，其余为蒸馏水；其中，离子液体为四丁基三氟乙酸膦，乳化剂通过将聚乙二醇辛基苯基醚和正丁醇按质量比为3：1进行混合均匀配制得到。(3)取1g步骤(1)得到的虾壳粉和40g步骤(2)得到的离子液体微乳液置于离心管中，搅拌混合，然后将该离心管置于超声清洗器中，设定超声功率为50w，常温超声60min，在超声辅助作用下，促使离子液体微乳液将虾壳粉中的虾青素萃取出来。(4)将经步骤(3)得到的萃取混合物置于离心机中，在8000rpm的离心转速下离心20min，得到含虾青素的离子液体微乳液和虾壳粉残余物沉淀，收集液体即虾青素提取液。(5)向步骤(4)收集得到的虾青素提取液中加入40倍虾青素提取液体积的蒸馏水，搅拌混合后，室温下静置12h，使虾青素沉淀，然后将得到的固液混合物采用离心机进行固液分离，离心机的转速设定为8000rpm，离心时间为20min，再收集经过离心得到的底部虾青素沉淀物，最后在-50℃冷冻温度条件下冷冻干燥48h，即得到粉末状的虾青素。实施例2(1)将新鲜虾壳洗净后先在-55℃冷冻温度条件下冷冻干燥36h，然后置于研磨机中研磨成粉末，再过80目网筛得到虾壳粉备用。(2)将离子液体、乳化剂和蒸馏水混合均匀配制离子液体微乳液，使得到的离子液体微乳液中离子液体的质量分数为15％，乳化剂的质量分数为50％，其余为蒸馏水；其中，离子液体为四丁基四氟硼酸膦，乳化剂通过将吐温80和正戊醇按质量比为5：1进行混合均匀配制得到。(3)取1g步骤(1)得到的虾壳粉和60g步骤(2)得到的离子液体微乳液置于离心管中，搅拌混合，然后将该离心管置于超声清洗器中，设定超声功率为70w，常温超声40min，在超声辅助作用下，促使离子液体微乳液将虾壳粉中的虾青素萃取出来。(4)将经步骤(3)得到的萃取混合物置于离心机中，在12000rpm的离心转速下离心10min，得到含虾青素的离子液体微乳液的上清液和虾壳粉残余物沉淀，收集液体即虾青素提取液。(5)向步骤(4)收集得到的虾青素提取液中加入25倍虾青素提取液体积的蒸馏水，搅拌混合后，室温下静置16h，使虾青素沉淀，然后将得到的固液混合物采用离心机进行固液分离，离心机的转速设定为12000rpm，离心时间为10min，再收集经过离心得到的底部虾青素沉淀物，最后在-50℃冷冻温度条件下冷冻干燥36h，即得到粉末状的虾青素。实施例3(1)将新鲜虾壳洗净后先在-50℃冷冻温度条件下冷冻干燥48h，然后置于研磨机中研磨成粉末，再过120目网筛得到虾壳粉备用。(2)将离子液体、乳化剂和蒸馏水混合均匀配制离子液体微乳液，使得到的离子液体微乳液中离子液体的质量分数为20％，乳化剂的质量分数为40％，其余为蒸馏水；其中，离子液体为四丁基四氟硼酸膦，乳化剂通过将失水山梨醇单月桂酸酯和乙醇按质量比为7：1进行混合均匀配制得到。(3)取1g步骤(1)得到的虾壳粉和80g步骤(2)得到的离子液体微乳液置于离心管中，搅拌混合，然后将该离心管置于超声清洗器中，设定超声功率为100w，常温超声30min，在超声辅助作用下，促使离子液体微乳液将虾壳粉中的虾青素萃取出来。(4)将经步骤(3)得到的萃取混合物置于离心机中，在10000rpm的离心转速下离心15min，得到含虾青素的离子液体微乳液的上清液和虾壳粉残余物沉淀，收集液体即虾青素提取液。(5)向步骤(4)收集得到的虾青素提取液中加入30倍虾青素提取液体积的水，搅拌混合后，室温下静置18h，使虾青素沉淀，然后将得到的固液混合物采用离心机进行固液分离，离心机的转速设定为8000rpm，离心时间为10min，再收集经过离心得到的底部虾青素沉淀物，最后在-50℃冷冻温度条件下冷冻干燥48h，即得到粉末状的虾青素。实施例4(1)将新鲜虾壳洗净后先在-60℃冷冻温度条件下冷冻干燥32h，然后置于研磨机中研磨成粉末，再过60目网筛得到虾壳粉备用。(2)将离子液体、乳化剂和蒸馏水混合均匀配制离子液体微乳液，使得到的离子液体微乳液中离子液体的质量分数为15％，乳化剂的质量分数为40％，其余为蒸馏水；其中，离子液体为四丁基三氟乙酸膦和四丁基四氟硼酸膦按质量比为1：1的混合物，乳化剂通过将聚乙二醇辛基苯基醚和正丁醇按质量比为3：1进行混合均匀配制得到。(3)取1g步骤(1)得到的虾壳粉和50g步骤(2)得到的离子液体微乳液置于离心管中，搅拌混合，然后将该离心管置于超声清洗器中，设定超声功率为80w，常温超声40min，在超声辅助作用下，促使离子液体微乳液将虾壳粉中的虾青素萃取出来。(4)将经步骤(3)得到的萃取混合物置于离心机中，在9000rpm的离心转速下离心18min，得到含虾青素的离子液体微乳液的上清液和虾壳粉残余物沉淀，收集上清液，即为虾青素提取液。(5)向步骤(4)收集得到的虾青素提取液中加入40倍虾青素提取液体积的水，搅拌混合后，室温下静置12h，使虾青素沉淀，然后将得到的固液混合物采用离心机进行固液分离，离心机的转速设定为8000rpm，离心时间为20min，再收集经过离心得到的底部虾青素沉淀物，最后在-50℃冷冻温度条件下冷冻干燥48h，即得到粉末状的虾青素。实施例5(1)将新鲜虾壳洗净后先在-50℃冷冻温度条件下冷冻干燥48h，然后置于研磨机中研磨成粉末，再过100目网筛得到虾壳粉备用。(2)将离子液体、乳化剂和蒸馏水混合均匀配制离子液体微乳液，使得到的离子液体微乳液中离子液体的质量分数为18％，乳化剂的质量分数为60％，其余为蒸馏水；其中，离子液体为四丁基三氟乙酸膦和四丁基四氟硼酸膦按质量比为2：1的混合物，乳化剂通过将聚乙二醇辛基苯基醚和正丁醇按质量比为6：1进行混合均匀配制得到。(3)取1g步骤(1)得到的虾壳粉和40g步骤(2)得到的离子液体微乳液置于离心管中，搅拌混合，然后将该离心管置于超声清洗器中，设定超声功率为90w，常温超声40min，在超声辅助作用下，促使离子液体微乳液将虾壳粉中的虾青素萃取出来。(4)将经步骤(3)得到的萃取混合物置于离心机中，在11000rpm的离心转速下离心18min，得到虾壳粉残余物和含虾青素的离子液体微乳液的上清液，收集该液体即虾青素提取液。(5)向步骤(4)收集得到的虾青素提取液中加入20倍虾青素提取液体积的水，搅拌混合后，室温下静置24h，使虾青素沉淀，然后将得到的固液混合物采用离心机进行固液分离，离心机的转速设定为10000rpm，离心时间为15min，再收集经过离心得到的底部虾青素沉淀物，最后在-50℃冷冻温度条件下冷冻干燥36h，即得到粉末状的虾青素。对比例1与实施例2的区别在于：采用离子液体和蒸馏水按质量比为1：9混合配制的离子液体水溶液替换离子液体微乳液，其它同实施例2。对比例2与实施例2的区别在于：采用有机溶剂乙醇替换离子液体微乳液，其它同实施例2。对比例3与实施例2的区别在于：采用有机溶剂丙酮替换离子液体微乳液，其它同实施例2。对比例4与实施例2的区别在于：采用有机溶剂二氯甲烷替换离子液体微乳液，其它同实施例2。对比例5与实施例2的区别在于：采用单独的离子液体四丁基四氟硼酸膦替换离子液体微乳液，其它同实施例2。对比例6与实施例2的区别在于：采用离子液体1-乙基-3甲基咪唑醋酸盐替换离子液体四丁基四氟硼酸膦，其它同实施例2。对比例7与实施例2的区别在于：步骤(2)中，使配制得到的离子液体微乳液中离子液体的质量分数为30％，其它同实施例2。对比例8与实施例2的区别在于：步骤(2)中，使配制得到的离子液体微乳液中离子液体的质量分数为2％，其它同实施例2。如图1为一种离子液体微乳液体系在25℃的相图，该离子液体微乳液体系中离子液体为四丁基三氟乙酸膦([p4444]cf3coo)，乳化剂为聚乙二醇辛基苯基醚(tx-100)和正丁醇(n-butanol)按质量比为3：1的混合物，其中ⅰ为两相区，ⅱ为单相区(微乳液区)；由该图1可知，采用本发明的离子液体、乳化剂及水的配比范围进行配制的离子液体微乳液才会得到稳定均匀的离子液体微乳液，才能够较好地对虾壳中的虾青素进行萃取。如图2为本发明实施例2的虾壳原料的微观形貌扫描电镜图(放大20000倍)，图3为本发明实施例2经提取虾青素后得到的虾壳残渣的微观形貌扫描电镜图(放大20000倍)，需要说明的是，本发明实施例1及3-5采用相同的虾壳原料，且得到的经提取虾青素后得到的虾壳残渣的微观形貌扫描电镜图与本发明实施例2经提取虾青素后得到的虾壳残渣的微观形貌扫描电镜图基本相同；由图2和图3可知经过离子液体微乳液处理的虾壳结构被破坏，呈现凹凸和多孔结构。图4为虾青素标准品的高效液相色谱图，图5为本发明实施例2得到的虾青素提取液的高效液相色谱图。由图4和图5可以看出，两者的出峰保留时间完全一致，且图5中无其他杂峰，由此可以证明，本发明实施例2得到的提取物为虾青素。需要说明的是，本发明实施例1及3～5得到的虾青素的高效液相色谱图与实施例1得到的虾青素的高效液相色谱图基本相同，同样，本发明实施例1及3～5得到的提取物均为虾青素。计算上述实施例1～5及对比例1～8中虾青素的提取量，结果如下表1所示。虾青素的提取量的计算公式如下：提取量(μg/g)＝提取的虾青素总量(μg)/虾壳干基质量(g)。表1项目提取量(μg/g)实施例134.2±0.3实施例238.6±0.5实施例339.8±0.4实施例432.7±0.1实施例536.8±0.3对比例120.2±0.1对比例227.4±0.4对比例328.2±0.1对比例426.1±0.2对比例50对比例66.3±0.1对比例715.2±0.1对比例820.9±0.2由上表1结果可知：1、本发明采用离子液体微乳液从虾壳中提取得到虾青素的提取量相比采用离子液体水溶液从虾壳中提取的虾青素的提取量更高。2、本发明采用离子液体微乳液从虾壳中提取得到虾青素的提取量相比采用有机溶剂从虾壳中提取的虾青素的提取量更高。3、采用单独的离子液体四丁基四氟硼酸膦无法提取虾青素，因为近室温下其黏度很大，不利于传质。4、采用咪唑盐离子液体无法与本发明的乳化剂及水构成微乳液体系，其混合物对虾青素溶解性差，不利于虾青素的提取。5、采用本发明的离子液体、乳化剂及水的配比范围以外的配比进行配制的离子液体微乳液，不利于虾青素的溶解，因此从虾壳中提取得到的虾青素提取量较低。上述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明配方及制备工艺可以有各种更改和变化。所属
技术领域：
的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。当前第1页12