Phycocyanin ist ein wichtiges funktionelles Protein in Spirulina und macht 20 % der Trockenmasse von Spirulina aus.
Phycocyanin kann als natürlicher Farbstoff und Rohstoff für Nahrungsergänzungsmittel in der Lebensmittelindustrie verwendet werden. Es kann als Zusatzstoff in der Kosmetikindustrie entwickelt werden und verfügt auch über großes Entwicklungspotenzial in der Pharmaindustrie. Allerdings hat Phycocyanin aufgrund seiner Licht- und Wärmeempfindlichkeit sowie seiner Unverträglichkeit gegenüber Säuren und Basen keine breite Anwendung in der Industrie gefunden.
In den letzten Jahren wurde jedoch mit dem Fortschritt von Wissenschaft und Technologie die Trenn- und Reinigungstechnologie von Phycocyanin kontinuierlich aktualisiert und weiterentwickelt, und die Produktqualität und Wirtschaftlichkeit haben sich rasch verbessert, sodass die Entwicklung und das Anwendungsfeld allmählich die Aufmerksamkeit verschiedener Branchen und Wissenschaftler auf sich ziehen.
Phycocyanin hat eine antioxidative Wirkung. Studien haben gezeigt, dass Phycocyanin Stoffwechselstörungen regulieren kann, die durch die Entfernung und Erzeugung freier Radikale verursacht werden, und freie Radikale stehen direkt oder indirekt mit dem Auftreten vieler Krankheiten in Zusammenhang.
Studie zur Extraktion von Phycocyanin
Der Phycocyanin-Gehalt hängt von den Anbaubedingungen und der Verarbeitungstechnologie von Spirulina ab.Der Phycocyaningehalt von Spirulina, die aus verschiedenen Stickstoffquellen-Kulturmedien gewonnen wird, ist unterschiedlich. Der Phycocyaningehalt von Spirulina, die mit rotem Licht bestrahlt wird, ist höher als der von Spirulina, die mit blauem Licht bestrahlt wird. Der Phycocyaningehalt von Spirulina, die im Frühjahr und Sommer angebaut wird, ist höher als der von Spirulina, die im Herbst angebaut wird. Zu den üblichen Trocknungsmethoden für Spirulina gehören Schattentrocknung, Sonnentrocknung, Ofentrocknung, Mikrowellentrocknung, Vakuumtrocknung, Gefriertrocknung, Sprühtrocknung usw. Gefriertrocknung, Schattentrocknung und Sprühtrocknung sind förderlich für die Stabilität von Phycocyanin.
Phycocyanin ist ein intrazelluläres Protein und der Extraktionseffekt hängt mit der Methode der Zellwandzerstörung und den Parametern des Extraktionsprozesses zusammen.Zu den üblichen mechanischen Methoden zum Aufbrechen von Zellwänden gehören Quellverfahren, wiederholte Gefrier-Auftau-Verfahren, ultraschallunterstützte Zellwandaufbrechverfahren, Hochdruckhomogenisierungsmethoden, Gewebemahlverfahren usw. sowie chemische Lösungsmittelmethoden, biologische Enzymmethoden usw. In den letzten Jahren wurden auch gepulste elektrische Felder und Widerstandsheizverfahren bei der Anwendung zum Aufbrechen von Zellwänden und zur Extraktion von Phycocyanin eingesetzt. Im tatsächlichen Betrieb werden jedoch normalerweise mehrere Zellwandaufbrechverfahren kombiniert und verwendet, um den idealen Zellwandaufbrecheffekt zu erzielen.
Bei der Quellmethode wird das Spirulinapulver in einer wässrigen Lösung eingeweicht. Aufgrund des unterschiedlichen osmotischen Drucks innerhalb und außerhalb der Zellen dringt Wasser in die Zellen ein, bricht die Zellwände auf und Phycocyanin wird aufgelöst. Die Quellmethode erfordert einfache Geräte und ist leicht durchzuführen, hat jedoch den Nachteil, dass sie lange dauert.
Bei der Methode des wiederholten Einfrierens und Auftauens wird die Spirulina-Suspension in einer Gefrierumgebung mit niedriger Temperatur eingefroren und bei Raumtemperatur wiederholt aufgetaut, um den Effekt des Zellaufbrechens, Zellzerbrechens und der Phycocyanin-Auflösung zu erzielen. Die Methode des wiederholten Einfrierens und Auftauens ist einfach durchzuführen, hat jedoch den Nachteil, dass die Produktionssteigerung lange dauert und schwierig umzusetzen ist.
Bei der ultraschallunterstützten Wandbrechmethode werden hauptsächlich die Scherkraft und die Stoßwelle verwendet, die durch den Kavitationseffekt während der Ultraschallübertragung erzeugt werden, um die Zellwand vollständig aufzubrechen und intrazelluläre Proteine freizusetzen. Die Ultraschall-Wandbrechmethode hat einen kurzen Versuchszyklus und eine hohe Zellbrechrate. Der Nachteil besteht darin, dass der Energieverbrauch der Fabrikproduktion hoch ist und die während des Ultraschall-Wandbrechprozesses erzeugte Wärme die Materialtemperatur ansteigen lässt, was leicht zu einer Denaturierung der Proteine führen kann.
Bei der Hochdruckhomogenisierungsmethode werden die Hochgeschwindigkeitsscher- und Aufprallphänomene genutzt, die während der Druckbeaufschlagung und des plötzlichen Dekompressionsprozesses entstehen, wenn das Material im Hochdruckhomogenisator durch das Hochdruckhomogenisierungsventil läuft, um die nicht miteinander mischbaren flüssig-flüssigen oder flüssig-festen Versuchsmaterialien in einen extrem feinen und gleichmäßig emulgierten Zustand zu bringen, in dem sich Phycocyanin auflösen kann.
Bei der Hochgeschwindigkeitsschermethode wird die starke Scherkraft der rotierenden Klinge ausgenutzt, um das zerbrochene Material und das Lösungsmittelmedium vollständig in den Hochgeschwindigkeitsstrom zu übertragen und so die Auflösung löslicher Substanzen zu fördern.
Chemische Reagenzien [2-(N-Morpholino)ethylsulfonsäure, Calciumchlorid usw. können die Organisationsstruktur der Zellwand direkt zerstören, die Durchlässigkeit verbessern und Proteine aus der Zelle fließen lassen. Die behandelte Probe enthält weniger Zellverunreinigungen, aber die Einführung chemischer Reagenzien ist der nachfolgenden Reinigung nicht förderlich und chemische Reagenzien neigen dazu, die Proteinstruktur zu beschädigen.
Darüber hinaus werden bei der Bioenzymmethode Bioenzyme zur Behandlung der Zellwand eingesetzt, um die Auflösung intrazellulärer Substanzen zu fördern.
Bei der Methode des gepulsten elektrischen Felds werden Zellen einem gepulsten elektrischen Feld ausgesetzt, wodurch innerhalb und außerhalb der Zelle eine transmembranäre Spannung entsteht, die Zellmembranschäden verursacht und dadurch intrazelluläre Substanzen auflöst. Generell gilt: Je vollständiger die Zellzerstörung, desto höher ist die Auflösungsrate von Phycocyanin, aber die Auflösung der Spirulina-Zellhüllenpolysaccharide erschwert die anschließende Trennung und Reinigung von Phycocyanin.
Im Allgemeinen ist pulverisiertes Phycocyanin stabiler als flüssiges Phycocyanin, und mikroverkapseltes Phycocyanin und chemisch modifiziertes Phycocyanin sind stabiler. Derzeit umfasst Phycocyanin im Allgemeinen zwei Arten von Darreichungsformen: flüssiges Phycocyanin und pulverisiertes Phycocyanin. Pulverisiertes Phycocyanin wird im Allgemeinen durch Sprühtrocknung oder Gefriertrocknung hergestellt. Die wichtigsten Hilfsstoffe im Produkt sind Trehalose, Glucose und Maltodextrin.
Als seltenes natürliches blaues Pigment hat Phycocyanin einen wichtigen Anwendungswert in Lebensmitteln, Medizin, Kosmetik und anderen Bereichen. Phycocyanin hat eine einzigartige Farbe, ist reich an Nährstoffen, hat antioxidative, entzündungshemmende und andere physiologische Funktionen und bietet breite Entwicklungs- und Anwendungsaussichten. Aus Sicht der aktuellen Entwicklung muss die Reinigungstechnologie von Phycocyanin jedoch verbessert werden. Obwohl bei der Trennung und Reinigung von Phycocyanin in den letzten Jahren gewisse Fortschritte erzielt wurden, muss die Schlüsseltechnologie, die für die großindustrielle Produktion geeignet ist, noch gelöst werden. Darüber hinaus ist sein Stabilitätsproblem nicht gut gelöst, was die breite Anwendung des Pigments ernsthaft einschränkt. Daher muss die Herstellungs- und Stabilisierungstechnologie von Phycocyanin noch gründlich erforscht und untersucht werden.
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