一種微藻油脂的提取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生物化工領(lǐng)域，具體地涉及一種微藻油脂的提取方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微藻指微型藻類，屬于水生植物，它們具有分布廣泛、生物量大、光合作用效率高、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、生長周期短、生物量收率高等特點(diǎn)。微藻可以利用光合作用反應(yīng)系統(tǒng)，通過CO2的固定，將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，以油脂或淀粉等有機(jī)物的形式儲(chǔ)存在體細(xì)胞內(nèi)，其太陽能轉(zhuǎn)化效率可達(dá)到3.5%。微藻是用于生產(chǎn)藥品、精細(xì)化工品以及新型燃料的潛在資源，隨著人類社會(huì)資源短缺和環(huán)境問題日益嚴(yán)峻，利用微藻進(jìn)行生物柴油及部分化石能源替代產(chǎn)品的開發(fā)，既可以克服石油資源不可再生的缺點(diǎn)，又可以減少CO2的排放，凈化廢氣和污水，已成為目前研究的熱點(diǎn)。
[0003]通過微藻進(jìn)行生物柴油生產(chǎn)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涵蓋多個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)，包括微藻藻種的篩選和培育、微藻的規(guī)模培養(yǎng)和誘導(dǎo)產(chǎn)油脂、油脂的收集和加工等幾個(gè)方面。微藻作為生物柴油原料的研究始于20世紀(jì)60年代，近年來，隨著生物技術(shù)的發(fā)展，微藻已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化培養(yǎng)，并能夠獲取高附加值脂肪酸，如二十碳五烯酸(EPA)、花生四烯酸(ARA)、二十二碳六烯酸(DHA)等的重要原料。
[0004]微藻作為一種新型生物質(zhì)能源，其優(yōu)勢是顯而易見的，但是在微藻的利用上，從目前的研究進(jìn)展來看，還處于起步階段。目前的研究主要集中在篩選優(yōu)勢藻種、提高油藻生長強(qiáng)度、增加油脂含量等方面，而對(duì)提高油脂收率、適合工業(yè)化的提取方法方面的研究還很少，但是，對(duì)油藻的研究，其最終目的是要面向石油化工領(lǐng)域，解決替代能源的問題，所以探索高效的、適于大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用的油脂提取方法的研究應(yīng)該成為今后一個(gè)時(shí)期研究的方向。
[0005]微藻的油脂含量差別很大，在不同種類，甚至同一種類的不同品系之間也存在較大差別，一些易于規(guī)模化培養(yǎng)的藻種，其油脂含量一般占細(xì)胞干重的20%?50%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于常規(guī)的油料作物，因此一些經(jīng)典的油脂提取方法不適用于微藻油脂的提取。
[0006]CN201310063435.6公開了一種利用雙溶劑體系提取微藻獲得提取物的方法，包括如下步驟:將微藻進(jìn)行離心、收集和噴霧干燥后，加入非極性有機(jī)溶劑，如石油醚，并倒入攪拌釜里進(jìn)行攪拌，再向其中加入極性有機(jī)溶劑，如乙醇，進(jìn)行物質(zhì)提取。CN200810240949.3公開了一種從微藻中同時(shí)提取油脂和蛋白質(zhì)的方法，該方法以濕藻泥為原料，調(diào)節(jié)pH值至堿性或弱堿性，通過蒸汽進(jìn)行微藻細(xì)胞的破壁、油脂和蛋白質(zhì)的溶出，所得微藻溶漿經(jīng)過濾去除細(xì)胞殘?jiān)蟮玫接椭偷鞍谆旌衔?，然后利用旋液分離器進(jìn)行油水分離，獲得微藻油脂。因?yàn)槲⒃寮?xì)胞的比表面積很大，而細(xì)胞膜上的磷脂成分含量很高，因此該方法雖然制備工藝簡單，但是由于采用了過濾的預(yù)處理方式，增加了油脂成分的損失率。CN200910060589.3公開了一種微生物油脂及其短鏈醇脂肪酸酯的提取方法，主要是利用微波輻射降低培養(yǎng)物含水量，以及在堿性催化劑的作用下部分醇解微生物體內(nèi)油脂，同時(shí)萃取油脂，并經(jīng)蒸發(fā)回收短鏈醇后得到微生物油脂與短鏈醇脂肪酸酯的混合物。該方法描述的并不是進(jìn)行油脂提取，而是化學(xué)催化法制備生物柴油的過程，反應(yīng)中由于存在大量細(xì)胞溶解物，成分復(fù)雜，副反應(yīng)較多。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種微藻油脂的提取方法。該方法具有操作過程簡單，提取時(shí)間短、能耗低，原料預(yù)處理簡單，微藻油脂收率高等優(yōu)點(diǎn)。
[0008]本發(fā)明的微藻油脂的提取方法，包括如下內(nèi)容:
(1)將微藻原料與低碳醇混合均勻，然后進(jìn)行微波處理，將微藻細(xì)胞破碎，得到處理后的混合物料；
(2)向步驟(I)得到的物料中加入多羥基聚糖類，混合反應(yīng)，固液分離，得到液相(低碳醇相和水相);
(3)對(duì)步驟(2)得到的液相進(jìn)行蒸餾提純，得到微藻油脂，低碳醇可回收循環(huán)使用。
[0009]本發(fā)明方法中，所述的微藻可以來自于任何具有積累油脂、脂肪酸能力的藻類，如綠藻、硅藻、葡萄藻。
[0010]本發(fā)明方法中，所述的微藻原料是通過離心或過濾的方式獲得含水率70%?80%的藻泥。
[0011]本發(fā)明方法中，所述的低碳醇為CfC6的醇類，如正丁醇、正戊醇或異戊醇的一種或幾種混合。低碳醇與微藻藻泥的體積比為1:2?1:10。
[0012]本發(fā)明方法中，所述的微波頻率為300?3000MHz，微波功率密度為200?1000W/L，微波處理時(shí)間為30?120分鐘，微波處理溫度為50?80°C。
[0013]本發(fā)明方法中，所述的多羥基聚糖選自瓜兒膠、黃原膠或羥甲基纖維素等中的一種或幾種，多羥基聚糖加入量與微藻藻泥的比例為1:1?1:20 Cm: V，單位為g: ml)。
[0014]本發(fā)明方法中，所述的固液分離采用離心的方式進(jìn)行，離心轉(zhuǎn)數(shù)1000?5000rpm，離心時(shí)間3?15分鐘。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法具有如下優(yōu)點(diǎn):
(I)本發(fā)明方法選擇C4-C6的醇類作為油脂萃取劑，由于其顯著的憎水性及親油性，從而能夠起到良好的油脂萃取效果。同時(shí)，外源加入的醇類能夠?qū)?xì)胞膜及細(xì)胞器內(nèi)脂類成分起到醇解作用，從而能夠提高微藻油脂的收率；同時(shí)，C4-C6的醇類沸點(diǎn)都大于100°C，油脂-醇混合物進(jìn)行精餾的過程中，對(duì)極少量的結(jié)合水能夠起到較好的去除效果，提高了油脂成分的純度。
[0016](2)本發(fā)明方法添加了多羥基聚糖類，其目的是增加了對(duì)水相的增稠、固化的效果，從而能夠使整個(gè)體系能夠通過離心的方式進(jìn)行油相的分離，方法更簡單。
[0017](3)本發(fā)明方法以藻泥形態(tài)的微藻為原料，從而減少了傳統(tǒng)方法中微藻干燥的工藝環(huán)節(jié)，節(jié)省了能量消耗，同時(shí)減少了石油醚、正己烷等有機(jī)相的添加，方法簡單，非常適合與工業(yè)放大生產(chǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明發(fā)法的具體過程及效果進(jìn)行說明，但不局限于以下實(shí)施例。
[0019]實(shí)施例1
選取一種小球藻(chlorella vulgaris),經(jīng)1L罐,培養(yǎng)15天,在微藻培養(yǎng)的后期,根據(jù)建立的OD與細(xì)胞干重的關(guān)系，計(jì)算出微藻濃度為1.02g/L (干重計(jì))。
[0020](I)微藻原料預(yù)處理:取IL微藻培養(yǎng)液，用NaOH調(diào)節(jié)微藻培養(yǎng)液pH至12，靜置30min。取培養(yǎng)罐底層藻液進(jìn)行離心,控制離心轉(zhuǎn)數(shù)5000rpm,離心時(shí)間3min。取藻泥50mL備用。
[0021](2)微藻油脂提取:加入正丁醇20mL，并采用間歇式微波處理，微波頻率為2450MHz，設(shè)置微波功率為20W，溫度設(shè)置為50°C，時(shí)間為30分鐘。
[0022](3)微藻油脂的收集:加入5g瓜兒膠，充分混合后，進(jìn)行離心，離心轉(zhuǎn)數(shù)lOOOrpm，尚心時(shí)間15min，提取上層有機(jī)相。
[0023](4)油脂提純:以精餾的方式蒸出正丁醇，從而獲得微藻油脂混合物，經(jīng)計(jì)算油脂產(chǎn)出率為22.5%。
[0024]實(shí)施例2
選取一種娃藻(Baci I Iar1phyceae ),經(jīng)20L罐,培養(yǎng)30天,在微藻培養(yǎng)的后期,根據(jù)建立的OD與細(xì)胞干重的關(guān)系，計(jì)算出微藻濃度為2.56g/L (干重計(jì))。
[0025](I)微藻原料預(yù)處理:取IL微藻培養(yǎng)液，用NaOH調(diào)節(jié)微藻培養(yǎng)液pH至12，靜置30min。取培養(yǎng)罐底層藻液進(jìn)行離心,離心轉(zhuǎn)數(shù)為3000rpm,離心時(shí)間15min。取藻泥90mL備用。
[0026](2)微藻油脂提取:加入正戊醇30mL，并采用間歇式微波處理，微波頻率為850MHz，設(shè)置微波功率為100W，溫度設(shè)置為60°C，時(shí)間為80分鐘。
[0027](3)微藻油脂的收集:加入12g羥甲基纖維素，充分混合后，進(jìn)行離心，離心轉(zhuǎn)數(shù)3000rpm,離心時(shí)間5min,提取上層有機(jī)相。
[0028](4)油脂提純:以精餾的方式蒸出正戊醇，從而獲得微藻油脂混合物，經(jīng)計(jì)算油脂產(chǎn)出率為24.2%。
[0029]實(shí)施例3
選取一種葡萄藻(Botryococcus braunii),經(jīng)10L罐,培養(yǎng)20天,在微藻培養(yǎng)的后期，根據(jù)建立的OD與細(xì)胞干重的關(guān)系，計(jì)算出微藻濃度為1.41g/L (干重計(jì))。
[0030](I)微藻原料預(yù)處理:取1.5L微藻培養(yǎng)液，用NaOH調(diào)節(jié)微藻培養(yǎng)液pH至12，靜置30min。取培養(yǎng)罐底層藻液進(jìn)行離心,離心轉(zhuǎn)數(shù)為100rpm,離心時(shí)間lOmin。取藻泥80mL備用。
[0031](2)微藻油脂提取:加入正戊醇40mL，并采用間歇式微波處理，微波頻率為915MHz，設(shè)置微波功率為60W，溫度設(shè)置為80°C，時(shí)間為60分鐘。
[0032](3)微藻油脂的收集:加入15g黃原膠,充分混合后,進(jìn)行離心,離心轉(zhuǎn)數(shù)5000rpm,尚心時(shí)間3min，提取上層有機(jī)相。
[0033](4)油脂提純:以精餾的方式蒸出正戊醇，從而獲得微藻油脂混合物，經(jīng)計(jì)算油脂產(chǎn)出率為21.3%ο
[0034]比較例I
藻細(xì)胞的收集方法及藻泥用量與實(shí)施例1完全相同，首先利用微波對(duì)藻泥進(jìn)行細(xì)胞破碎預(yù)處理，微波處理?xiàng)l件同實(shí)施例1，處理時(shí)間為2h，然后加入60ml正己烷進(jìn)行萃取，萃取溫度為65°C，萃取反應(yīng)時(shí)間為2h。最終測得油脂產(chǎn)出率為12.6%
比較例2
取實(shí)施例2所使用硅藻干藻粉2.5g，按照索氏提取方法，取30ml甲醇、60ml正己烷，混合均勻后作為萃取相放入索氏提取器中，設(shè)置溫度60°C，反應(yīng)時(shí)間為2h。最終測得油脂產(chǎn)出率為12.8%ο
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種微藻油脂的提取方法，包括如下內(nèi)容:(1)將微藻原料與低碳醇混合均勻，然后進(jìn)行微波處理，將微藻細(xì)胞破碎，得到處理后的混合物料；向步驟(I)得到的物料中加入多羥基聚糖類，混合反應(yīng)，固液分離，得到液相；對(duì)步驟(2)得到的液相進(jìn)行蒸餾提純，得到微藻油脂。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述的微藻為具有積累油脂、脂肪酸能力的藻類，選自綠藻、硅藻或葡萄藻中的一種或幾種。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述的微藻原料是通過離心或過濾的方式獲得含水率70%?80%的藻泥。
4.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述的低碳醇為C4I6的醇類。
5.按照權(quán)利要求1或4所述的方法，其特征在于:所述的低碳醇為正丁醇、正戊醇或異戊醇的一種或幾種混合。
6.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:低碳醇與微藻藻泥的體積比為1:2?1:10。
7.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述的微波頻率為300?3000MHz，微波功率密度為200?1000W/L。
8.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:微波處理時(shí)間為30?120分鐘，微波處理溫度為50?80°C。
9.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述的多羥基聚糖選自瓜兒膠、黃原膠或羥甲基纖維素等中的一種或幾種。
10.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:多羥基聚糖加入量與微藻藻泥的比例為1:1 ?I:20 Cm: V,單位為 g: ml)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種微藻油脂的提取方法，包括如下內(nèi)容：（1）將微藻原料與低碳醇混合均勻，然后進(jìn)行微波處理，將微藻細(xì)胞破碎，得到處理后的混合物料；（2）向步驟（1）得到的物料中加入多羥基聚糖類，混合反應(yīng)，固液分離，得到液相（低碳醇相和水相）；（3）對(duì)步驟（2）得到的液相進(jìn)行蒸餾提純，得到微藻油脂，低碳醇可回收循環(huán)使用。本發(fā)明方法具有操作過程簡單，提取時(shí)間短、能耗低，原料預(yù)處理簡單，微藻油脂收率高等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】C11B1-10
【公開號(hào)】CN104560375
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310495737
【發(fā)明人】張霖, 廖莎, 姚新武, 樊亞超, 王領(lǐng)民
【申請(qǐng)人】中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院
【公開日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2013年10月22日