濕法提取小球藻油脂的方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種濕法提取小球藻油脂的方法及裝置，該方法包括：濃縮小球藻泥，同時加入易揮發(fā)性有機溶劑及添加劑，形成一混合物，所述添加劑為強氧化劑或者強氧化劑和碳酸鹽類劑的組合；對該混合物加壓至400-600MPa，持續(xù)一保壓時間，泄壓。取出壓力處理后的該混合物離心，取上清液，棄下層水層，上清液進行蒸發(fā)濃縮，得到濕法提取的小球藻油脂；該裝置包括容器，介質存儲罐及增壓器。本發(fā)明的濕法提取小球藻油脂的方法及裝置，可解決濕法提取小球藻油脂的過程中，有機溶劑提取率低、溶劑損耗大等問題。
【專利說明】濕法提取小球藻油脂的方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及提取小球藻油脂的方法及裝置，尤其涉及一種小球藻在高水分含量(75%-85%)的條件下的油脂萃取方法及其裝置。
【背景技術】
[0002]目前已有多種微藻油脂提取技術，其中有機溶劑提取還是較為普遍的方式。在提取之前，由于細胞壁的存在，需要對其進行破壁。普遍采用溶脹法、反復凍融、低濃度氯化鈣溶液、蒸汽高壓、酶、珠磨、微波、超聲波、抗氧化劑等方法進行破壁處理。提取的有機溶劑包括正己烷、異丙醇、乙醇、乙醚-石油醚、氯仿甲醇等，也利用二氧化碳超臨界提取。有人利用微藻粉一步法進行萃取和酯化產(chǎn)生生物柴油。Xu.L等人比較了微藻干燥和在濕基的條件下直接萃取酯化在能量的消耗上的比較。根據(jù)現(xiàn)有技術計算，經(jīng)過干燥后萃取生物柴油的能耗比(fossil energy ratio (FER))比濕基直接催化要高,但從長遠來看,濕基萃取的技術還有很大可提高的空間,是值得期待。[0003]從工藝實施和過程放大的角度，目前主要還是從干燥的藻粉中進行溶劑萃取。然而微藻細胞中水含量高達70%以上，僅干燥過程的能耗就會超過微藻產(chǎn)出的能源。Bradley
D.Wahlen等利用萃取和轉化生物柴油同時進行的方式，通過分別萃取干物質微藻和濕基進行萃取轉化反應，干物質取得的效果較理想，但濕基反應需大量的有機溶劑，濕法提取效果低于真空冷凍干燥方法，方法有待提高。
[0004]目前濕法提取的方式主要為先破碎后提取的方式。高壓破碎方式為連續(xù)高壓均質設備進行細胞的破碎，Ronald Halim等人研究發(fā)現(xiàn)連續(xù)高壓均質對濕基進行細胞破碎,能提高細胞的破碎率，降低了細胞成團率，提高油脂提取率。但連續(xù)高壓均質設備所能達到的壓力在100-200MPa，提高的效率和細胞的破碎率相對較低。
[0005]超高壓技術在食品技工領域應用較廣，由于食品的超高壓加工技術具有諸多優(yōu)越性，所以被人們稱之為當今世界十大類純科技之一。所謂超高壓技術，是指將物料放入液體介質中，加100-1OOOMPa壓力下作用一段時間后，使物料中的酶、蛋白質、淀粉等生物高分子物質分別失去活性、變性和糊化，破壞細胞結構，同時致死以微生物為主的生物的過程。壓力加工時，液體介質在高壓下體積一旦被壓縮，物系平衡向解除壓力升高的方向移動，于是浸于介質中的物料的蛋白質、淀粉等物質在靜水壓下呈體積減少的趨勢，形成生物高分子立體結構的氫鍵、離子鍵、疏水鍵等非共價鍵即發(fā)生變化，使蛋白質、淀粉等發(fā)生變化，生命停止活動，細菌等微生物被殺死。超高壓提取的過程是先對物料加壓，保持一定時間后，突然泄壓，造成細胞內外的壓差急劇上升，以使細胞中的內含物釋放出來。壓力大于400MPa，細胞的細胞壁和細胞膜才可充分被破壞，但壓力再提高，細胞已經(jīng)破壞，壓力對油脂提取率的影響較小。高壓提取的優(yōu)勢在于，高分子物質及色素、維生素、脂肪酸、香氣成分等低分子化合物的共價鍵卻未發(fā)生任何變化，從而高壓處理過的物料能保持原有的營養(yǎng)價值，提取的脂肪酸組成不發(fā)生改變。并且與其他提取技術相比較，超高壓提取技術可以降低能耗、縮短提取時間，提高有效成分的收率。解決了因高溫引起的有效成分結構變化、損失及生理活性降低的難題，有效地保持了其有效成份。
[0006]因此濕法提取油脂是未來發(fā)展的方向，如何提高溶劑的萃取率及降低能源消耗將是科研人員需克服的關鍵問題。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提出一種濕法提取小球藻油脂的方法及裝置，解決濕法提取小球藻油脂的過程中，有機溶劑提取率低、溶劑損耗大等問題。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種濕法提取小球藻油脂的方法，包括:
[0009]步驟(a):提供一小球藻原收集液，將其濃縮為一小球藻泥，隨后加入一易揮發(fā)性有機溶劑及一添加劑，形成一混合物，其中該添加劑為強氧化劑或者強氧化劑與碳酸鹽類劑的組合；
[0010]步驟(b):對步驟(a)中的該混合物增壓至400_600MPa，持續(xù)一保壓時間，然后泄壓；
[0011]步驟(C):將經(jīng)過步驟(b)壓力處理后的該混合物取出，離心后取上清液，棄下層水層，將該上清液進行蒸發(fā)濃縮，得到濕法提取的小球藻油脂。
[0012]其中，該小球藻泥含水量為75%_85%，密度為0.90-0.95kg/L。
[0013]其中，所 述的易揮發(fā)性有機溶劑為石油醚、氯仿、甲醇及其組合的其中之一，該小球藻泥與該易揮發(fā)性有機溶劑的添加體積比為l:l-l:3，g卩，小球藻泥體積:易揮發(fā)性有機溶劑體積=1:1-1:3。
[0014]其中，所述添加劑添加重量為小球藻泥重量的0.1%-0.5%。
[0015]其中，所述強氧化劑為濃硫酸、高氯酸及其組合的其中之一。
[0016]其中，所述碳酸鹽類劑為碳酸鈉、碳酸鉀及其組合的其中之一。
[0017]其中，所述保壓時間為400-1200S。
[0018]其中，步驟(c)中離心設置為3000-6000r/min，5-20min。
[0019]其中，步驟(C)中離心后先取上清液，加入易揮發(fā)性有機溶劑，搖勻，靜止一靜置時間后，再棄下層水層并對上清液進行蒸發(fā)濃縮。
[0020]其中，所述的易揮發(fā)性有機溶劑為石油醚、甲醇及其組合的其中之一。
[0021]其中，所述靜置時間為2_5h。
[0022]其中，所述蒸發(fā)濃縮為減壓旋轉蒸發(fā)，條件為真空度0.05-0.09條件下，蒸發(fā)20_50mino
[0023]本發(fā)明還提供一種濕法提取小球藻油脂的裝置，包括:
[0024]一容器，用以對一小球藻泥進行油脂提取，該容器具有一容腔，其頂部具有一容器頂蓋，其底部具有一進口及一出口，使該容腔與外界連通；
[0025]一介質存儲罐，用以儲存一介質油，介質存儲罐進口端與該容器出口通過耐高壓管路相連，介質存儲罐出口端與增壓器進口端通過耐高壓管路相連；以及
[0026]一增壓器，其出口端與該容器進口端通過耐高壓管路相連；
[0027]其中，該小球藻泥與一易揮發(fā)性有機溶劑及一添加劑混合后裝入一包裝袋中并排氣密封形成一包裝好的小球藻泥包裝袋，該添加劑為強氧化劑或者強氧化劑與碳酸鹽類劑的組合，進行小球藻泥油脂提取過程時，該容腔中容置該包裝好的小球藻泥包裝袋，并且該容腔內進行小球藻泥油脂提取的壓力為400-600MPa(通過打開該容器頂蓋將包裝好的小球藻泥包裝袋置入到該容腔中，封閉該容腔后通過增壓器將介質存儲罐內的介質油不斷泵入容腔以將該容腔內的壓力升至400-600MPa)，持續(xù)一保壓時間后泄壓，在對包裝袋內容物進行分離處理即可完成小球藻泥的油脂提取。
[0028]特別指出的是，本發(fā)明的超高壓技術的壓力范圍選取400MPa_600MPa，本發(fā)明濕法提取小球藻油脂的裝置的容器、耐高壓管路至少可耐受400MPa-600MPa這一范圍內壓力。
[0029]本發(fā)明利用超高壓技術，比較常壓萃取與高壓萃取的區(qū)別，比較破碎處理與非破碎處理在高壓下的區(qū)別，摸索出不經(jīng)細胞破碎的濕法油脂提取工藝，提出了利用靜態(tài)超高壓的方式對微藻進行細胞破碎并提取油脂，一步實現(xiàn)生物油的提取工藝，簡化提取工藝。
[0030]本發(fā)明根據(jù)在濕法提取小球藻油脂的過程中，有機溶劑提取率低、溶劑損耗大等缺點，研發(fā)出以超高壓技術為基礎濕法提取小球藻中的油脂，此方法能有效提高細胞的破碎率、油脂提取率，降低溶劑損耗，從而為微藻生產(chǎn)生物柴油降低成本，逐步達到工業(yè)化的目的。
[0031]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下特點:
[0032]1.無需對小球藻進行干燥，節(jié)省了大量的熱量。
[0033]2.微藻細胞普遍具有細胞壁厚，胞內油脂很難萃取的問題，因此普遍的方法先對細胞進行破壁處理，接著對其進行提取工藝，本發(fā)明將破壁提取一步完成，省去了破壁工序。
[0034]3.在超高壓條件下(400_600MPa)，細胞壁被破碎，且在有機溶劑存在的條件下，細胞的破碎率明顯提高。
[0035]4.在超高壓的條件下，有機溶劑能更好地滲透入組織，提取率明顯提高，減少有機溶劑的加入量，降低了小球藻油脂提取成本，為實現(xiàn)微藻生物能源工業(yè)化又邁進一步。
[0036]以下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述，但不作為對本發(fā)明的限定。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0037]圖1為本發(fā)明濕法提取小球藻油脂的裝置示意圖。
[0038]圖2為本發(fā)明小球藻油脂提取工藝路線圖。
[0039]圖3為本發(fā)明與現(xiàn)有技術的技術效果比較圖。
[0040]其中，附圖標記:
[0041]1:小球藻泥
[0042]2:容腔
[0043]3:容器
[0044]4:介質存儲罐
[0045]5:增壓器
[0046]6:容器頂蓋
【具體實施方式】
[0047]為使本領域技術人員更加了解本發(fā)明，下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述，但以下所述僅 為舉例說明，并非用于對本發(fā)明的限定。[0048]請參考圖1所示，圖1為本發(fā)明濕法提取小球藻油脂的裝置提取小球藻油脂示意圖。本發(fā)明提供一種濕法提取小球藻油脂的裝置，包括:
[0049]一容器3，用以對一小球藻泥I進行油脂提取，該容器3具有一容腔2，其頂部具有一容器頂蓋6，其底部具有一進口及一出口，使該容腔與外界連通；
[0050]一介質存儲罐4，用以儲存一介質油，介質存儲罐4進口端與容器3出口通過耐高壓管路相連，介質存儲罐4出口端與增壓器5進口端通過耐高壓管路相連；以及
[0051]一增壓器5，其出口端與容器3進口端通過耐高壓管路相連；
[0052]其中，該小球藻泥與一易揮發(fā)性有機溶劑及一添加劑混合后裝入一包裝袋中并排氣密封，該添加劑為強氧化劑或者強氧化劑與碳酸鹽類劑的組合，進行小球藻泥油脂提取過程時，該容腔2中容置該包裝好的小球藻泥包裝袋，并且該容腔2內的壓力為400-600MPa(通過打開該容器頂蓋6將包裝好的小球藻泥包裝袋置入到該容腔2中，封閉該容腔2后通過增壓器5將介質存儲罐4內的介質油不斷泵入容腔2以將該容腔2內的壓力升至400-600MPa)，持續(xù)一保壓時間后泄壓，在對包裝袋內容物進行分離處理即可完成小球藻泥的油脂提取。
[0053]具體而言，本發(fā)明的濕法提取小球藻油脂的裝置在運行時，首先如上所述將包裝好的小球藻泥包裝袋放入容腔2內，關閉容器頂蓋6，增壓器5將存儲在介質存儲罐4中的介質油通過容器3進口泵入容器3，使容器3容腔2內充滿介質油，通過不斷泵入介質油可持續(xù)增壓，達到設定的壓力后即可停止泵入并使容器3內保持壓力，需要泄壓時打開容器3出口排出介質油即可，排出的介質油回到介質存儲罐4回收，可重復使用。
[0054]對本領域技術人員而言，超高壓技術的壓力范圍為100MPa-1000MPa。本發(fā)明為有效的實現(xiàn)技術效果，在其中選取了 400MPa-600MPa的超高壓壓力范圍，使之既可以有效的實現(xiàn)本發(fā)明技術效果，又不會造成能源浪費。本發(fā)明濕法提取小球藻油脂的裝置的容器、耐高壓管路至少可耐受400MPa-600MPa這一范圍內壓力，為了保證安全，較佳為可耐受100MPa-1000MPa范圍內的壓力。本發(fā)明一實施例中的小球藻泥包裝袋選用PE真空包裝袋，介質油為癸二酸二辛酯(C26H5tlO4),耐高壓管路以不銹鋼材料制成，但此處的小球藻泥包裝袋材料、介質油材料及耐高壓管路材料僅為舉例，本發(fā)明并不以此為限。
[0055]請再參考圖2所示，圖2為小球藻油脂提取工藝路線圖。本發(fā)明的濕法提取小球藻油脂的方法，包括以下步驟:(a)提供一小球藻原收集液，將其濃縮為一含水量75%-85%的小球藻泥1，裝入一圓筒包裝袋，同時在該圓筒包裝袋內加入一易揮發(fā)性有機溶劑及一添加劑，形成一混合物，排除空氣封袋，其中該添加劑為強氧化劑或者強氧化劑與碳酸鹽類劑的組合；(b)將裝有該混合物的圓筒包裝袋放入一容器3中，增壓至400-600MPa，持續(xù)一保壓時間，然后泄壓；(c)取出該圓筒包裝袋，將經(jīng)過壓力處理后的該混合物取出，離心后取上清液，棄下層水層，將該上清液進行減壓旋轉蒸發(fā)，濃縮完成即得到濕法提取的小球藻油脂。
[0056] 使用本發(fā)明的裝置進行步驟(b)，則具體操作方式如下:打開容器頂蓋6，將包裝好的小球藻泥I放入容器3中，旋緊容器頂蓋6。在增壓器5的作用下，將存儲在介質存儲罐4中的介質油通過密封耐高壓管路泵入容器3中，使小球藻泥周圍充滿介質油(小球藻泥與易揮發(fā)性有機溶劑、添加劑等混合在一起置于包裝袋中，當介質油充滿容器3容腔2時，就會使該包裝袋懸浮在介質油中，被介質油所包圍)。繼續(xù)泵入介質油，增壓至400-600MPa，持續(xù)一保壓時間，然后泄壓；
[0057]步驟(a)中所述的易揮發(fā)性有機溶劑為石油醚、氯仿、甲醇及其組合的其中之一，該小球藻泥與該有機溶劑的添加體積比為1:1-1: 3。所述強氧化劑為濃硫酸、高氯酸及其組合的其中之一，所述碳酸鹽類劑為碳酸鈉、碳酸鉀及其組合的其中之一，所述添加劑添加重量為小球藻泥重量的0.1%~0.5%。
[0058]步驟(b)中所述保壓時間為400-1200S。
[0059]步驟(c)中離心設置為3000-6000r/min, 5-20min。所述減壓旋轉蒸發(fā)為真空度
0.05-0.09 條件下，蒸發(fā) 20-50min。
[0060]又，本發(fā)明的濕法提取小球藻油脂的方法的步驟(C)也可以按照以下方法實施:(C)取出該圓筒包裝袋，將經(jīng)過壓力處理后的該混合物取出，離心后先取上清液，加入易揮發(fā)性有機溶劑，搖勻，靜置2-5h后，再棄下層水層并對上清液進行減壓旋轉蒸發(fā)。所述的易揮發(fā)性有機溶劑為石油醚、氯仿、甲醇及其組合的其中之一。
[0061]本發(fā)明在進行小球藻的油脂提取步驟(a)前，還包括對小球藻進行培養(yǎng)、收集。
[0062]下面結合實施例對本發(fā)明進行詳細描述，但不作為本發(fā)明的限定。
[0063]實施例1
[0064]將絮凝濃縮得到100g(約IOOmL)含水量80%的小球藻泥I放入包裝袋，加入0.2mL濃硫酸、0.05g碳酸鈉，加入50mL氯仿、IOOmL甲醇，排氣，密封。將包裝袋放入容器3中，升壓至600MPa,保壓600S。取出后放入離心管,在4500r/min的條件下離心18min。將上清液倒入分液漏斗中，加入50mL氯仿，搖勻，靜置3h。棄下層水層，取上清液進行減壓旋轉蒸發(fā)，濃縮完成即得到濕法提取的小球藻油脂。
[0065]實施例2
[0066]將絮凝濃縮得到100g(約IOOmL)含水量75%的小球藻泥I放入包裝袋，加入0.1mL濃硫酸、0.1mL高氯酸,0.05g碳酸鈉,加入160mL石油醚，甲醇IOOmL,排氣,密封。將包裝袋放入容器3中，升壓至400MPa，保壓200S，升壓至500MPa，保壓200S，泄壓。取出后放入離心管，在3000r/min的條件下離心5min。將上清液倒入分液漏斗中，棄下層水層,取上清液進行減壓旋轉蒸發(fā)，濃縮完成即得到濕法提取的小球藻油脂。
[0067]實施例3
[0068]將絮凝濃縮得到含水量80%的小球藻泥100g (約IOOmL)放入包裝袋，加入0.1mL濃硫酸，加入50mL氯仿、IOOmL甲醇，排氣，密封。將包裝袋放入容器3中，升壓至400MPa，保壓1200S。取出后放入離心管，在4500r/min的條件下離心18min。將上清液倒入分液漏斗中，加入50mL氯仿，搖勻，靜置3h。棄下層水層，取上清液進行減壓旋轉蒸發(fā)，濃縮完成即得到濕法提取的小球藻油脂。
[0069]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下特點:
[0070]1.無需對小球藻進行干燥，節(jié)省了大量的熱量。
[0071]2.微藻細胞普遍具有細胞壁厚，胞內油脂很難萃取的問題，因此普遍的方法先對細胞進行破壁處理，接著對其進行提取工藝，本發(fā)明將破壁提取一步完成，省去了破壁工序。
[0072]3.在超高壓條件下(400_600MPa)，細胞壁被破碎，且在有機溶劑存在的條件下，細胞的破碎率明顯提高。[0073]4.在超高壓的條件下，有機溶劑能更好地滲透入組織，提取率明顯提高，減少有機溶劑的加入量，降低了小球藻油脂提取成本，為實現(xiàn)微藻生物能源工業(yè)化又邁進一步。
[0074]請再參考圖3，圖3為100_200MPa連續(xù)高壓均質設備(現(xiàn)有技術)、僅靜態(tài)超高壓400Mpa與靜態(tài)超高壓400Mpa并添加有機溶劑(本發(fā)明)三種不同破壁提取方式在細胞破碎率、油脂提取率方面的數(shù)據(jù)比較圖。
[0075]通過不同方式的比較可以看出，小球藻細胞破壁率由連續(xù)高壓破壁的78%左右，上升到由靜態(tài)超高壓加有機溶劑提取方式的87%以上；油脂提取率也從86%上升到了 96%。由此可見，本發(fā)明所提出的技術方案確有顯著的技術效果。[0076]當然，本發(fā)明還可有其它多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本發(fā)明權利要求的保護范圍。
【權利要求】
1.一種濕法提取小球藻油脂的方法，其特征在于，包括: 步驟(a):提供一小球藻原收集液，將其濃縮為一小球藻泥，隨后加入一易揮發(fā)性有機溶劑及一添加劑，形成一混合物，其中該添加劑為強氧化劑或者強氧化劑與碳酸鹽類劑的組合； 步驟(b):對步驟(a)中的該混合物加壓至400_600MPa，持續(xù)一保壓時間；以及 步驟(C):將經(jīng)過步驟(b)處理的該混合物離心后取上清液，對上清液進行一蒸發(fā)濃縮，得到小球藻油脂。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種濕法提取小球藻油脂的方法，其特征在于，所述易揮發(fā)性有機溶劑為石油醚、氯仿、甲醇及其組合的其中之一。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種濕法提取小球藻油脂的方法，其特征在于，所述強氧化劑為濃硫酸、高氯酸及其組合的其中之一。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種濕法提取小球藻油脂的方法，其特征在于，所述碳酸鹽類劑為碳酸鈉、碳酸鉀及其組合的其中之一。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種濕法提取小球藻油脂的方法，其特征在于，該小球藻泥與該易揮發(fā)性有機溶劑的添加體積比為1:1-1: 3。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種濕法提取小球藻油脂的方法，其特征在于，所述添加劑的添加重量為該小球藻泥重量的0.1%~0.5%。
7.根據(jù)權利要求1所述的濕法提取小球藻油脂的方法，其特征在于，所述保壓時間為400-1200S。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種濕法提取小球藻油脂的方法，其特征在于，步驟(c)中離心后先取上清液，加入易揮發(fā)性有機溶劑，搖勻，靜止一靜置時間后，再棄下層水層并對上清液進行蒸發(fā)濃縮。
9.根據(jù)權利要求8所述的一種濕法提取小球藻油脂的方法，其特征在于，所述靜置時間為2-5h。
10.根據(jù)權利要求1所述的一種濕法提取小球藻油脂的方法，其特征在于，所述蒸發(fā)濃縮為真空度0.05-0.09條件下,蒸發(fā)20-50min。
11.根據(jù)權利要求1所述的一種濕法提取小球藻油脂的方法，其特征在于，該小球藻泥的含水量為75%-85%。
12.—種濕法提取小球藻油脂的裝置，其特征在于，包括: 一容器，用以對一小球藻泥進行油脂提取，該容器具有一容腔，其底部具有一進口及一出口 ； 一介質存儲罐，用以儲存一介質油，介質存儲罐進口端與該容器出口相連，介質存儲罐出口端與增壓器進口端相連；以及 一增壓器，其出口端與該容器進口端相連； 其中，該小球藻泥與一易揮發(fā)性有機溶劑及一添加劑混合后裝入一包裝袋中并排氣密封形成一包裝好的小球藻泥包裝袋，該添加劑為強氧化劑或者強氧化劑與碳酸鹽類劑的組合，進行小球藻泥油脂提取過程時，該容腔中容置該包裝好的小球藻泥包裝袋，并且該容腔內進行小球藻泥油脂提取的壓力為400-600MPa。
【文檔編號】C11B1/10GK103897801SQ201410100741
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月18日 優(yōu)先權日:2014年3月18日
【發(fā)明者】李樹君, 徐嘉杰, 趙鳳敏, 楊炳南, 曹有福, 劉威, 蘇丹, 王梅, 興麗, 丁進鋒 申請人:中國農(nóng)業(yè)機械化科學研究院