Способ получения биомассы спирулины (Limnospira sp.) Российский патент 2024 года по МПК C12N1/12 A61K36/02 C12R1/89 

Изобретение относится к фотобиотехнологии, а именно к получению биомассы спирулины, и может быть использовано в пищевой и кормовой промышленности, медицине, фармакологии.

Как известно, спирулина - это сине-зеленая водоросль, полностью отличающаяся от других видов водорослей, так как более близка к бактериям, чем к растениям, она скорее занимает нишу между бактериями и растениями. Это уникальный вид цианобактерии, богатый витаминами А1, В1, В2, В6, В12, С и Е, содержащий бета каротины, целый ряд минералов и основных аминокислот, жирные кислоты, антиоксиданты. Спирулина ценна для получения пищевых добавок, обладающих биологической активностью. Объем импорта БАДов на основе спирулины растет, что предопределяется внутренним спросом, при этом условия выращивания и производства продукции на основе спирулины, а также происхождение штаммов, остаются неизвестными. В импортируемых добавках, даже лучших из проанализированных образцов, часто заявленные производителем свойства спирулины, в том числе содержание белка, С-фикоцианина, хлорофилла-α и каротиноидов, не полностью соответствуют требованиям, предъявляемым для высококачественной биомассы спирулины, поскольку вероятны нарушения либо в технологическом процессе выращивания микроводорослей, либо на этапе высушивания и хранения [1]. Наибольшей биологической ценностью обладает спирулина, употребляемая в пищу в живом состоянии, т.к. при сушке биомасса теряет часть полезных свойств. В настоящее время, на территории России отсутствуют предприятия, которые выращивают в промышленных масштабах и реализуют живую спирулину, при этом ее востребованность в рыночном пространстве постоянно повышается благодаря содержанию целого ряда биологически активных веществ, обладающих антиоксидантными, противовоспалительными, радиопротекторными и иммуномодулирующими свойствами.

Известен способ получения спирулины, обогащенной ванадием, включающий культивирование штамма спирулины (Spirulina platensis (Nordst) Geitl) на среде Зарукка, в накопительном режиме при обычных условиях в течение 3-5 суток, в присутствии соли ванадия, дальнейшее отделение биомассы спирулины, фильтрование суспензии, промывание физиологическим раствором, лиофильную сушку и измельчение до получения порошка [2].

Известен способ получения сине-зеленой микроводоросли спирулина, обогащенной микроэлементами, представляющий собой выращивание штамма спирулины (Spirulina platensis (Nordst) Geitl) в течение 3-5 суток на питательной среде Зарукка, в накопительном режиме, при освещенности 12-15 тысяч эрг/см², температуре 28-30°С и рН среды 8,0-8,5, при постоянном барботаже углекислотой, с внесением в культивируемый объем CrCl₃⋅6H₂O в виде водного раствора, дальнейшее отделение биомассы спирулины, фильтрование суспензии, промывание физиологическим раствором, лиофильную сушку и измельчение до получения порошка [3].

Известен способ получения спирулины (Spirulina platensis), включающий выращивание штамма спирулины на питательной среде Зарукка, в квазинепрерывном режиме, при искусственном освещении лампой ДРЛ700 со средней облученностью рабочей поверхности 40 Вт/м2, при температуре 32-34°С, дальнейшее отделение части биомассы спирулины, фильтрование суспензии через газ с ячеей 45 мкм, промывание дистиллированной водой, высушивание в сушильном шкафу при температуре 38°С и измельчение до получения порошка [4].

Недостатками этих способов является использование сублимационной (лиофильной) сушки, при которой биомасса спирулины теряет часть полезных свойств, например, снижается содержание С-фикоцианина. Кроме того, высушивание биомассы требует четкого соблюдения температурных режимов, так как при несоблюдении данных параметров потери пигментов могут составлять до 50%.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению и достигаемому результату является способ получения спирулины, включающий культивирование штамма спирулины на питательной среде, дальнейшее отделение части биомассы спирулины, промывание обычной пресной водой, сушку теплым воздухом при температуре не выше 60°С в течении 3-4 ч, не допуская попадание прямых солнечных лучей, предварительно нанеся биомассу тонким слоем на полиэтилен. Высушенную биомассу, готовую к употреблению, помещают в герметичную тару, например, полиэтиленовые мешки, и хранят в темном месте при комнатной температуре [5].

Недостатком прототипа является снижение содержания хлорофилла а и каротиноидов в биомассе спирулины, что напрямую связанно с параметрами сушки, а также сроками и условиями хранения готовой биомассы.

Задачей заявляемого изобретения является разработка нового способа получения биомассы спирулины (Limnospira sp.) для употребления ее в живом состоянии.

Технический результат заявляемого способа заключается в исключении из технологии получения спирулины этапа сушки биомассы до сухого состояния, и использование процесса дегидрирования в течение минимально короткого времени, при оптимальной мощности оборудования, что позволяет получить гелеобразный готовый продукт и сохранить его первоначальную биологическую ценность к моменту употребления.

Поставленная задача достигается тем, что в заявляемом способе получения биомассы спирулины (Limnospira sp.), включающем выращивание культуры спирулины на питательной среде Заррука, последующее отделение биомассы микроводорослей от питательной среды с получением биомассы микроводорослей, промывание, получение готового к употреблению продукта, согласно изобретению, отделенную биомассу помещают в тканевую емкость из микробиологической сети с размером ячеи 23 мкм, промывают дистиллированной водой и подвергают дегидрированию на центрифуге при 1000 - 1350 об/мин в течение 5 минут. После дегидрирования получают гелеобразную биомассу спирулины с содержанием влаги от 89 до 92%, готовую к употреблению.

Спирулина - многоклеточная нитчатая сине-зеленая водоросль. Нити представлены трихомами, сформированными простыми циклическими клетками от 1 до 12 мкм в диаметре и закрученными спирально. Нити подвижные, скользящие вокруг своей оси и не имеющие гетероцист. Длина их 300-500 мкм, ширина 5-10 мкм.

Опытным путем было установлено, что использование тканевой емкости из микробиологической сети с диаметром ячеи 23 мкм позволяет удалять лишнюю жидкость и удерживать клетки спирулины в границах емкости. При использовании микробиологической сети с диаметром ячеи 25 мкм потеря клеточной биомассы спирулины составляет от 5 до 10% и содержание влаги варьируется от 92 до 95%. При использовании микробиологической сети с диаметром ячеи более 25 мкм потеря клеточной биомассы спирулины составляет от 20% до 30%, а содержание влаги - от 93 до 96%.

Скорость центрифуги 1000 - 1350 об/мин в течение 5 минут позволяет при оптимальной мощности оборудования и за короткий промежуток времени достичь остаточной влажности биомассы от 89 до 92%, при этом не повреждая клетки спирулины. В аналогичных опытах при снижении скорости вращения центрифуги до 800 об/мин в течение 5 минут, остаточная влажность биомассы увеличивалась до 95%. При увеличении остаточной влажности биомассы срок ее хранения уменьшается. Увеличение времени дегидрирования снижает продукционные характеристики биомассы, так как приводит к частичному или полному повреждению клеток спирулины.

При стартовом выращивании используется 5 литров питательной среды и 500 мл культуры спирулины. Выращиваемую биомассу можно начинать собирать уже через 5-7 дней после посадки в культиватор. Оставшаяся в культиваторе биомасса выращивается дальше с регулярной подкормкой культуры питательной средой Заррука в количестве эквивалентном изымаемому из культиватора, а также 2 раза в месяц производится смена биомассы на половину объема культиватора. Процесс культивирования непрерывный [5].

Полученную после дегидрирования биомассу спирулины рекомендовано употреблять в пишу в суточной дозировке от 2 до 10 мл (0,4-2 ч.л.) в сутки. Возможно также применение спирулины наружно, например, в косметологии. Хранят полученную спирулину в вакуумной упаковке в холодильной камере при температуре от 2 до 5°С в течение 6 месяцев, в замороженном виде в морозильной камере при температуре от -24°С до -18°С в течение 24 месяцев. Для достижения максимального срока хранения спирулины - в течение 48 месяцев, рекомендуется использовать шоковую заморозку при температуре от -30 до -40°С. Содержимое пакета после разморозки необходимо употребить в течении не более чем 2-3 часов, после вскрытия пакета- в течение 20-30 минут.

Способ осуществляется следующим образом:

Начальный инокулят штамма спирулины (Limnospira sp.) в количестве 500 мл добавляют в культиватор с 5 л питательной среды Зарукка, выращивание осуществляют в течение 5-7 суток в накопительном режиме, с использованием люминесцентных ламп Philips LTD белого спектра свечения мощностью 18 Вт, при температуре 25-27°С и постоянным барботированием среды атмосферным воздухом. К 5-7 дню получают в среднем 0,3-0,51 г/л биомассы (1,5-2,55 г с 5 литров в пересчете на сухое вещество). Из микробиологической сети с размером ячеи 23 мкм изготавливают тканевую емкость размером 15×20 см и фиксируют пищевым клеем по периметру культиватора. Культуру спирулины собирают с поверхности культиватора в тканевую емкость, затем промывают тканевую емкость дистиллированной водой и устанавливают в центрифугу, где при 1000 - 1350 об/мин в течение 5 минут дегидрируют биомассу, отделяя клетки спирулины от культуральной жидкости. Получают от 2,42-3,44 мл биомассы с содержанием влаги от 89 до 92%. Биомасса спирулины, извлеченная из тканевой емкости, имеет гелеобразную консистенцию и готова к употреблению.

Изобретение подтверждается конкретными примерами.

Пример 1.

Начальный инокулят штамма спирулины (Limnospira sp.) в количестве 500 мл добавляют в культиватор с 5 л питательной среды Зарукка, выращивают культуру в течение 5-7 суток в накопительном режиме, с использованием люминесцентных ламп Philips LTD белого спектра свечения мощностью 18 Вт, при температуре 25°С и постоянным барботированием среды атмосферным воздухом. К 7 дню получают в среднем 0,4 г/л (2 г в 5 л) биомассы, которую собирают с поверхности культиватора в тканевую емкость из микробиологической сети с размером ячеи 23 мкм, затем промывают тканевую емкость дистиллированной водой и помещают в бытовую центрифугу, где при 1000 об/мин в течение 5 минут дегидрируют биомассу. Получают 2,92 мл биомассы гелеобразной консистенции зеленого цвета с содержанием влаги 92%. Биомасса готова к употреблению.

Пример 2.

Выращивание культуры спирулины (Limnospira sp.) осуществляют как в примере 1. К 7 дню получают 0,51 г/л (2,55 г в 5 л) биомассы, которую собирают с поверхности культиватора в тканевую емкость из микробиологической сети с размером ячеи 23 мкм, затем промывают дистиллированной водой и помещают в бытовую центрифугу, где при 1350 об/мин в течение 5 минут дегидрируют биомассу. Получают 3,44 мл биомассы гелеобразной консистенции зеленого цвета с содержанием влаги 89%. Биомасса готова к употреблению.

Список литературы:

1. Гудвилович И.Н., Боровков А.Б. Биологическая ценность БАД на основе спирулины. Бюллетень Государственного Никитского ботанического сада. 2012. Вып. 105, с. 130-133.

2. Патент на изобретение РФ № 2198215, МПК C12N1/12, опубл. 10.02.2003, Бюл. № 4.

3. Патент на изобретение РФ № 2144078, МПК C12N1/12, А61К35/80, опубл. 10.01.2000, Бюл. № 1.

4. Геворгиз Р.Г., Береговая Н.М. Влияние температуры экстрагента на извлечение с-фикоцианина из спирулины. Актуальные проблемы аквакультуры в современный период: Материалы Международной научной конференции, 28 сентября - 2 октября 2015 г. Изд-во: ФГБНУ «АзНИИРХ», 2015, с. 40-43.

5. Тренкеншу Р.П., Геворгиз Р.Г. Технология промышленного культивирования спирулины (Spirulina platensis). Национальная академия наук Украины. Институт биологии Южных морей им. А.О. Ковалевского, г. Севастаполь, 2004, с. 6-8.

Изобретение относится к биотехнологии. Предложен способ получения биомассы спирулины (Limnospira sp.), включающий выращивание культуры спирулины на питательной среде, отделение биомассы микроводорослей от питательной среды, затем отделенную биомассу микроводорослей помещают в тканевую емкость с размером ячеи 23 мкм, промывают дистиллированной водой и подвергают дегидрированию на центрифуге при 1000-1350 об/мин в течение 5 мин. Изобретение обеспечивает сохранение биологической ценности биомассы спирулины к моменту употребления. 2 пр.

Способ получения биомассы спирулины (Limnospira sp.), включающий выращивание культуры спирулины на питательной среде, отделение биомассы микроводорослей от питательной среды, промывание, получение готовой к употреблению биомассы, отличающийся тем, что отделенную биомассу микроводорослей помещают в тканевую емкость с размером ячеи 23 мкм, промывают дистиллированной водой и подвергают дегидрированию на центрифуге при 1000-1350 об/мин в течение 5 мин.