Quy trình sản xuất, lĩnh vực ứng dụng và xu hướng phát triển của phycocyanin

Ngoại trừ quả việt quất, màu xanh không liên quan chặt chẽ đến thực phẩm, nhưng trong những năm gần đây, thực phẩm xanh đã bắt đầu xuất hiện thường xuyên trong tầm nhìn của người tiêu dùng. Bây giờ, bạn có thể dễ dàng sử dụng sữa chua xanh, sinh tố xanh và đồ uống màu xanh được làm từPhycocyaninVàbột chiết xuất hoa đậu bướmĐể nhanh chóng thu hút sự chú ý trên các phương tiện truyền thông xã hội như Xiaohongshu và Weibo, nhưng những thực phẩm màu xanh này mang lại sự hấp dẫn không chỉ kích thích trực quan mà còn bởi vì hoa pea phycocyanin và bướm cung cấp nguồn màu xanh là nguyên liệu thô lành mạnh thực sự đến từ tự nhiên.

 

 

Các sắc tố màu xanh tự nhiên: phycocyanin và đậu bướm
Mặc dù hương vị thường là ưu tiên số một khi nói đến thực phẩm, với sự gia tăng của phương tiện truyền thông xã hội, những đổi mới thị giác đã trở nên quan trọng, đặc biệt là màu sắc từ các nguồn tự nhiên (trái ngược với các phương tiện tổng hợp hóa học). Cho dù nó có thể sử dụng phân hạch phương tiện truyền thông xã hội để thúc đẩy tăng trưởng bán hàng mới đã trở thành một thách thức mới cho các thương hiệu thực phẩm.

Ở châu Âu và Hoa Kỳ, phycocyanin là một sắc tố màu xanh da trời nổi tiếng. Phycocyanin không chỉ được tìm kiếm bởi những người khổng lồ thực phẩm như Mars Nestle, mà còn bởi người tiêu dùng thông thường. Phycocyanin có nguồn gốc từ tảo xoắn, một microalga phát triển trong các hồ nước kiềm. Màu sắc của các sản phẩm sau khi thêm phycocyanin thường rất gần với màu xanh da trời, điều này làm cho phycocyanin trở thành màu xanh cho các nhà sản xuất thực phẩm và đồ uống. Lựa chọn đầu tiên.

 

 

 

Hoa đậu bướm là một ngôi sao đang lên giữa các sắc tố màu xanh. Trà làm từ hoa đậu bướm rất phổ biến ở Đông Nam Á. Hoa của cây này có hình dạng như một con bướm, có màu xanh tươi, nhạy cảm với pH, và sẽ chuyển sang màu tím ở một giá trị pH nhất định. Chẳng hạn như nước chanh màu tím.
Mintel đã xác định các thành phần có nguồn gốc từ thực vật là xu hướng thực phẩm hàng đầu cho năm 2017, lưu ý: "Thường có mâu thuẫn về những gì không nên thêm vào thực phẩm và đồ uống, nhưng người tiêu dùng quan tâm nhiều hơn đến những gì đi vào thực phẩm và đồ uống thay vì không thêm gì".

Và lý do cho sự gia tăng thực phẩm và đồ uống xanh trong những năm gần đây là các nhà sản xuất thực phẩm và người tiêu dùng tin rằng các nguồn màu xanh này (phycocyanin và bướm đậu) thực sự tốt cho sức khỏe. Nói cách khác, không phải ai cũng uống trà để thu hút sự chú ý trên phương tiện truyền thông xã hội, nhưng những lợi ích bổ sung của các thành phần có nguồn gốc từ thực vật này, như chất chống oxy hóa, sẽ thu hút người tiêu dùng khác.

Phycocyanin là một loại protein thực vật màu xanh hiếm trong tự nhiên. Nó có thể được sử dụng như một sắc tố tự nhiên và là một protein. Nó rất phù hợp với xu hướng thị trường hiện tại của "protein thực vật, nhãn sạch, sức khỏe tự nhiên".

 

 

Sản xuất phycocyanin

Dựa trên sự ra đời của vi khuẩn lam, phycocyanin, với tư cách là một thành viên không thể thiếu của vi khuẩn lam cho quang hợp, đã xuất hiện khoảng 3,5 tỷ năm, bao gồm hầu hết quá trình tiến hóa cuộc sống. Phycocyanin là cơ sở cho vi khuẩn lam để đạt được sự quang hợp hiệu quả cao, đặc biệt là trong việc sử dụng hiệu quả các photon mặt trời với bước sóng 450-650nm. Nó đóng vai trò của người thu hoạch năng lượng trên trái đất nguyên thủy, vì vậy nó không quá nhiều để được gọi là chất quan trọng nhất cho nguồn gốc của sự sống.

Trong tự nhiên, cyanobacteria là nguồn phycocyanin và phycocyanin (bao gồm cả allophycocyanin) lớn nhất cho một tỷ lệ lớn các tế bào vi khuẩn lam. Lấy Spirulina làm ví dụ, nó có thể chiếm tới 20% trọng lượng khô của các tế bào. Tương ứng, nó chiếm khoảng 1/3 tổng số protein của tảo. Nếu trong các điều kiện nuôi cấy cụ thể (như ánh sáng yếu), hàm lượng phycocyanin có thể được tăng thêm.

Ngoại trừ một số sản phẩm cấp thuốc thử, chiết xuất phycocyanin từ Spirulina hiện là phương pháp chính và đơn giản nhất để sản xuất phycocyanin thương mại. Nghiên cứu gần đây đã đạt được biểu hiện của phycocyanin trong Escherichia coli bằng công nghệ chuyển gen, nhưng vẫn còn một chặng đường dài trước khi các công nghệ tương tự có thể được công nghiệp hóa.

Lấy ví dụ về sản xuất quy mô lớn của phycocyanin xoắn ốc, nó chỉ đơn giản được chia thành các bước sau đây về công nghệ.

(1) Phá vỡ bức tường:Bước đầu tiên của việc khai thác cần mở thành tế bào của tảo. Các kỹ thuật phá vỡ tường phổ biến có thể được chia thành hai loại, phương tiện vật lý như áp suất cao, cắt cơ học, đóng băng, hạ huyết áp, siêu âm và hỗ trợ vi sóng, v.v.

(2) Giải thể:Bất kể nguyên liệu thô là bột khô hay bùn tảo ướt, cần phải hòa tan phycocyanin vào nước trước. Bước này thường được thực hiện cùng với bước đầu tiên. Đối với sự ổn định của phycocyanin, cần phải kiểm soát nhiệt độ nước và liên quan đến việc thiết lập các tham số như nền ion và pH.

(3) Tách biệt:Sau khi tách chất lỏng chất lỏng và loại bỏ xỉ, phycocyanin hòa tan trong nước thường được phân tách bằng cách muối ra/protein isoele điện để thu được các sản phẩm thô.

(4) Tinh chế:Sản phẩm thô cần được tinh chế thêm để loại bỏ các protein tạp chất và các ion khác nhau không cần thiết. Nó được áp dụng cho các nguyên tắc kỹ thuật như muối dung dịch muối, lọc, thẩm thấu thẩm thấu, sắc ký, v.v. Có nhiều đổi mới công nghệ trong giai đoạn thanh lọc này. Rất nhiều thiết bị mới đã được sinh ra và vì các yêu cầu khác nhau về độ tinh khiết của sản phẩm, sự khác biệt trong thiết kế quy trình trong ứng dụng sẽ rất lớn.

(5) Chuẩn bị:Thông qua liên kết tinh chế, trước khi sản phẩm có độ tinh khiết "cao" được cung cấp cho thị trường, có một quy trình chuẩn bị, chẳng hạn như cấu hình một nồng độ nhất định của chế phẩm nước hoặc bột khô, điều chỉnh pH, ​​các phương pháp điều trị như thêm các hóa chất cụ thể (như natri citrate) hoặc vi mô.

 

 

Ứng dụng thương mại của phycocyanin

(1) Phụ gia thực phẩm - Sắc tố
Phycocyanin là một sắc tố màu xanh có thể ăn được hiếm có trong tự nhiên, và nó là một màu xanh sapphire tuyệt đẹp. FDA Hoa Kỳ đã phê duyệt việc áp dụng phycocyanin trong một số loại thực phẩm vào năm 2013/2014, bao gồm đồ uống, phô mai, kem, kẹo, kẹo cao su, sữa chua, bánh pudding và các loại thực phẩm phổ biến khác. Tiêu chuẩn quốc gia cho tảo phụ gia màu xanh cũng sẽ được thực hiện vào tháng 3 năm 2021 (GB 1886.309-2020), vì vậy thực phẩm màu xanh ngày càng trở nên phổ biến hơn trong những năm gần đây.

 

(2) Mỹ phẩm
Việc áp dụng phycocyanin trong mỹ phẩm chủ yếu ở dạng sắc tố. Các sản phẩm phổ biến bao gồm kem dưỡng ẩm, kem làm trắng, xà phòng, bút kẻ mắt, son môi, v.v.

 

(3) Hiệu quả sinh học
Nghiên cứu về tác dụng sức khỏe của phycocyanin là nội dung được nghiên cứu nhiều nhất trong những năm gần đây, đủ để viết một cuốn sách lớn. Nghiên cứu chủ yếu tập trung vào các khía cạnh sau: chống oxy hóa, chống viêm, chống ung thư, kháng xơ cứng/giảm mỡ trong máu, virus kháng khuẩn/kháng khuẩn, điều hòa miễn dịch, điều trị thần kinh. Thực phẩm hoặc thuốc vẫn chưa được phát hành, và hầu hết các nghiên cứu vẫn đang trong giai đoạn thí nghiệm hiệu quả hoặc nghiên cứu lâm sàng.
Một khía cạnh khác, đặc biệt, liên quan đến việc áp dụng phycocyanin trong liệu pháp quang động. Giải thích bằng miệng là: phycocyanin, như một sắc tố quang hợp, có khả năng phát ra các electron sau khi được chiếu sáng bởi một bước sóng cụ thể. Electron này thực sự phá hủy, gián đoạn hoặc phá hủy một số đại phân tử sinh học (như protein, axit nucleic, v.v.) bằng cách sử dụng nguyên tắc này, phycocyanin có thể được tiêm vào các tổn thương ung thư và tỏa ra ánh sáng của bước sóng cụ thể, do đó phá hủy hoặc tiêu diệt các tế bào ung thư và đạt được điều trị ung thư.

 

(4) Thuốc thử sinh hóa
Phycobiliprotein, bao gồm phycocyanin, allophycocyanin và phycoerythrin, là các chất huỳnh quang tự nhiên với sự kích thích mạnh mẽ, dịch chuyển bước sóng rộng, hệ số tuyệt chủng mol cao và năng suất lượng tử huỳnh quang cao. , là vượt trội so với thuốc thử huỳnh quang truyền thống. Phycobiliprotein được điều chế hoặc sửa đổi bằng các phương tiện đặc biệt (chủ yếu là phycoerythrin và allophycocyanin) được sử dụng trong một số phương pháp nghiên cứu sinh học tế bào, như tế bào học dòng huỳnh quang, kính hiển vi huỳnh quang, phân tích tế bào đơn, phân loại tế bào huỳnh quang và các kỹ thuật khác.

 

Hiện trạng và tương lai của ngành công nghiệp phycocyanin
Khi sao Hỏa quyết định thay thế màu xanh tổng hợp hóa học (màu xanh rực rỡ: FD & C Blue #1) trong đậu MM, tìm một màu xanh là tự nhiên, ổn định và không ảnh hưởng đến hương vị trở thành một thách thức. Sao Hỏa đã nộp đơn đăng ký với FDA Hoa Kỳ để yêu cầu phê duyệt Spirulina để sử dụng để nhai kẹo cao su và kẹo, và FDA Hoa Kỳ đã phê duyệt yêu cầu vào năm 2013. Năm 2021, FDA Hoa Kỳ đã phê duyệt việc áp dụng hoa đậu bướm để lấy thức ăn và đồ uống.

Nó sẽ là một xu hướng không thể đảo ngược mà thiên nhiên dần thay thế tổng hợp hóa học. Trong thế kỷ trước, FDA đã cho phép 35 sắc tố tổng hợp hóa học được thêm vào thực phẩm và đồ uống, nhưng cho đến nay, chỉ còn lại 7, và phạm vi ứng dụng và số lượng bổ sung bị hạn chế nghiêm ngặt. Chúng tôi cũng tin rằng trong tương lai, nhiều nhà sản xuất thực phẩm và đồ uống sẽ chọn màu sắc từ các nguồn tự nhiên, mạnh dạn thoát khỏi truyền thống và cố gắng sử dụng màu sắc tươi sáng và nhiều màu sắc hơn.

Thị trường sắc tố tự nhiên quốc tế, theo xu hướng thay thế tổng hợp bằng tự nhiên, đã cho thấy một xu hướng tăng ổn định và nhanh chóng. Người ta ước tính rằng quy mô thị trường tổng thể hiện tại là gần 2 tỷ đô la Mỹ. Ở khu vực màu xanh, phycocyanin là sản phẩm thuận lợi nhất và ngành công nghiệp thực phẩm sử dụng phycocyanin để phát triển nhiều loại thực phẩm mới lạ theo cách nhắm mục tiêu, chẳng hạn như đồ uống màu xanh, đồ uống lạnh, (thực vật) các sản phẩm sữa, mỹ phẩm khác nhau, v.v.
Hiệu quả sinh học của phycocyanin, nghĩa là tác dụng của điều trị hoặc điều trị bổ trợ cho các triệu chứng hoặc bệnh khác nhau, luôn là trọng tâm của nghiên cứu trong lĩnh vực phycocyanin, dựa trên kết quả nghiên cứu cơ bản và thử nghiệm lâm sàng, mặc dù nó hiện đang bị hạn chế. Không gian thị trường lớn như thế nào trong lĩnh vực này, tôi sẽ không đưa ra dự đoán. Rốt cuộc, đó là do con người tạo ra. Khi chất lượng của sản phẩm đã được xác định, nó sẽ phụ thuộc vào tất cả mọi người để làm cho nó xuống đất trong giai đoạn sau. Làm thế nào "màu xanh" biển phụ thuộc vào số lượng protein bạn đã sở hữu.