一種從含有產(chǎn)油微生物細(xì)胞的發(fā)酵液中提取油脂的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于油脂的提取方法，特別是指一種從含有產(chǎn)油微生物細(xì)胞的發(fā)酵液中提 取油脂的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 微生物油脂是繼動(dòng)植物油脂之后開發(fā)出來的又一油脂新資源。近年來，隨著生產(chǎn) 具有醫(yī)療和保健作用的功能油脂以及能源油脂的資源匱乏，微生物來源的細(xì)胞油脂受到廣 泛的關(guān)注和研究。因微生物細(xì)胞的培養(yǎng)具有占地面積小、生長(zhǎng)快速、周期短、不受氣候條件 影響的優(yōu)點(diǎn)，所以具有很大的開發(fā)潛力。產(chǎn)油微生物的種類繁多，主要有微藻、霉菌、細(xì)菌、 酵母菌等種類，常見的產(chǎn)油微藻有光合自養(yǎng)型的娃藻(Diatom)和螺旋藻(Spirulina)等，異 養(yǎng)型的裂壺藻（Schizochytrium)和隱甲藻(Crypthecodium cohnii)等;酵母菌包括斯達(dá)氏 油脂酵母（Lipomyces)、膠粘紅酵母（Rhodotorula giutinis)、產(chǎn)油油脂酵母（Lipomy slipofer)等；霉菌有高山被抱霉（Mortierella alpina)、深黃被抱霉（Mortierella isabellina)等，這些微生物均可通過人工培養(yǎng)獲得大量含油脂的生物質(zhì)。
[0003] 在微生物油脂生產(chǎn)過程中油脂提取是重要的環(huán)節(jié)，一般步驟是將濃縮及干燥后的 發(fā)酵物進(jìn)行一定處理，再用有機(jī)溶劑萃取得到油脂。由于微生物細(xì)胞具有細(xì)胞壁，僅用有機(jī) 溶劑浸泡很難穿過細(xì)胞壁將細(xì)胞內(nèi)的油脂提取出來，必須先將細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)破碎后再萃取油 月旨。然而，細(xì)胞壁是由很多高分子化合物構(gòu)成的堅(jiān)固結(jié)構(gòu)，包括肽聚糖、纖維聚糖等，這些聚 糖是由單糖通過β-l，4或β-l，6等糖苷鍵結(jié)合在一起形成，在細(xì)胞外層構(gòu)成一種纖維網(wǎng)狀結(jié) 構(gòu)，用以維持細(xì)胞形狀和保護(hù)細(xì)胞，堅(jiān)固的細(xì)胞壁很難被破壞，因此細(xì)胞的破壁處理成為微 生物油脂提取工藝中的難點(diǎn)。
[0004] 目前所研究報(bào)道的破壁的方法主要包括機(jī)械研磨、熱裂解、超聲/微波輔助、高壓 勻質(zhì)、化學(xué)水解、生物酶水解等。例如，CN102051330B采用液氮冷凍-機(jī)械研磨方法提取裂殖 壺菌油脂，但在工業(yè)中藻液含有大量的水分，冷凍時(shí)需要消耗大量的液氮，液氮是一次消耗 品不能重復(fù)利用，成本較高。CN102051331A和CN102533879B均采用生物酶的方法進(jìn)行破壁， 該方法雖然省去了生物質(zhì)濃縮和干燥的步驟，但是發(fā)酵液的生物質(zhì)濃度較低，體積龐大，需 要加入大量的生物酶進(jìn)行細(xì)胞壁水解反應(yīng)，并加入大量有機(jī)溶劑進(jìn)行萃取，操作體積過大 反而造成耗能增加，所以直接以不經(jīng)濃縮的發(fā)酵液為物料在工業(yè)上不適用，此外，生物酶制 劑的價(jià)格非常昂貴，處理時(shí)間也較長(zhǎng)，油脂提取率并不高。CN103173273A的方法是先向藻液 加入酸，調(diào)節(jié)pH至1.5-3，在100-150°C并加壓條件下處理，由于單獨(dú)的稀酸和加熱處理不能 徹底裂解細(xì)胞壁，所以降溫后再加入生物酶制劑進(jìn)一步水解細(xì)胞壁，該發(fā)明通過化學(xué)-生物 結(jié)合的方式來提取微藻的油脂，但該方法同樣存在生物酶制劑價(jià)格昂貴的問題，并且加入 酸熱處理步驟造成步驟繁瑣，生產(chǎn)成本進(jìn)一步提高。CN101638361A采用化學(xué)-物理結(jié)合的方 法提取裂殖壺菌的油脂，其將固液分離后收獲的菌體加入NaOH溶液處理，再送入膠體磨碾 磨成細(xì)胞碎片，再送入均質(zhì)破碎機(jī)中高壓破碎，所得細(xì)胞漿液再離心去除水分后用有機(jī)溶 劑萃取，該發(fā)明雖然采用多種方法組合的方式破碎細(xì)胞壁提高了油脂提取率，但是所使用 的NaOH價(jià)格昂貴，碾磨和均質(zhì)破碎的能耗高，工藝復(fù)雜，在工業(yè)中并不實(shí)用。CN102965182B 和CN104293473A將發(fā)酵液的pH調(diào)至酸性，在稀酸并加熱條件下裂解微藻細(xì)胞壁，再加入有 機(jī)溶劑進(jìn)行油脂提取，但CN102965182B的處理?xiàng)l件對(duì)細(xì)胞壁的裂解效率低，大量油脂仍然 存在于細(xì)胞中不能被提取出來，導(dǎo)致總油脂的回收率很低；而CN104293473A為了提高稀酸 條件下細(xì)胞壁的破壁效率，將反應(yīng)溫度提高至260°C，然而在如此高的溫度下極易導(dǎo)致一些 功能油脂的氧化，損害所提取油脂的質(zhì)量。此外，稀酸處理后的廢酸液由于酸濃度較低，不 能被重新利用，只能排放造成浪費(fèi)和環(huán)境污染。孔凡敏等在2010年第5期《中國(guó)釀造》的文獻(xiàn) 中采用了 4mol/L的鹽酸于沸水浴中處理8min的條件提取酵母油脂得到了最高油脂相對(duì)得 率，但沒有實(shí)現(xiàn)廢酸液的循環(huán)利用，使得廢酸液只能廢棄造成浪費(fèi)和增加處理成本。
[0005] 總之，目前所用的微生物油脂提取方法存在破壁效果不佳、成本高、步驟繁多的問 題。因此需要開發(fā)一種提取效率更高，破壁速度更快、步驟簡(jiǎn)單、工業(yè)適用且無廢物排放的 綠色油脂提取方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種提取效率高，破壁速度快、廢物排放少的從含有產(chǎn)油 微生物細(xì)胞的發(fā)酵液中提取油脂的方法。
[0007] 本發(fā)明的整體技術(shù)構(gòu)思是：
[0008] -種從含有產(chǎn)油微生物細(xì)胞的發(fā)酵液中提取油脂的方法，包括如下工藝步驟：
[0009] A、裂解破壁
[0010]將含有產(chǎn)油微生物的發(fā)酵液經(jīng)固液分離后得到含水質(zhì)量百分含量為70-90%的濕 菌泥，向濕菌泥中加入裂解液，升溫裂解破壁后將反應(yīng)物冷卻，所述的裂解液選用濃鹽酸、 濃硫酸或濃磷酸中的一種；
[0011] B、萃取精煉
[0012] 向步驟A中冷卻后的反應(yīng)物中加入有機(jī)溶劑后得到有機(jī)相和廢酸水相，將有機(jī)相 經(jīng)過濾后減壓蒸餾獲得毛油和有機(jī)溶劑蒸汽，將毛油精煉得到精煉油；
[0013] C、廢酸的循環(huán)利用
[0014] 將步驟B中產(chǎn)生的廢酸液作為裂解液循環(huán)利用到步驟A中。
[0015] 本發(fā)明的具體技術(shù)構(gòu)思還有：
[0016] 所述的步驟A中濕菌泥:裂解液的質(zhì)量比=1:0.6-10。
[0017] 所述的步驟A中升溫裂解的條件為溫度40-120°C，時(shí)間10-100分鐘。
[0018]其中較為優(yōu)選的實(shí)施方式包括以下三種技術(shù)方案：
[0019](一）以濃鹽酸作為裂解液
[0020] 各工藝步驟的工藝條件如下：
[0021] A、裂解破壁
[0022]將經(jīng)過培養(yǎng)的產(chǎn)油微生物發(fā)酵液經(jīng)固液分離得到含水質(zhì)量百分含量為70-90%的 濕菌泥，按濕菌泥:裂解液的質(zhì)量比= 1:1-4.5的比例向濕菌泥中加入裂解液，在40-80°C下 反應(yīng)進(jìn)行10-90分鐘裂解破壁后將反應(yīng)物冷卻，裂解液選用質(zhì)量百分比濃度為37%的濃鹽 酸；
[0023] B、萃取精煉
[0024]向步驟A中冷卻后的反應(yīng)物中加入有機(jī)溶劑后得到有機(jī)相和廢酸水相，將有機(jī)相 經(jīng)過濾后減壓蒸餾獲得毛油和有機(jī)溶劑蒸汽，將毛油精煉得到精煉油；
[0025] C、廢酸的循環(huán)利用
[0026] C1、第一次循環(huán)利用:按濕菌泥:廢酸液質(zhì)量比= 1:1.3-3.3向濕菌泥中加入步驟B 剩余的廢酸液，在40_90°C下進(jìn)行裂解破壁反應(yīng)10-90分鐘后重復(fù)步驟B;
[0027] C2、第二次循環(huán)利用：按濕菌泥:廢酸液質(zhì)量比= 1:1-2.5向濕菌泥中加入步驟C1 剩余的廢酸液，在50_90°C下進(jìn)行裂解破壁反應(yīng)20-90分鐘后重復(fù)步驟B;
[0028] C3、第三次循環(huán)利用：按濕菌泥:廢酸液質(zhì)量比= 1:1.5-2向濕菌泥中加入步驟C2 剩余的廢酸液，在75-90°C下進(jìn)行裂解破壁反應(yīng)60-90分鐘后重復(fù)步驟B。
[0029](二）以濃硫酸作為裂解液 [0030]各工藝步驟的工藝條件如下：
[0031] A、裂解破壁
[0032]將經(jīng)過培養(yǎng)的產(chǎn)油微生物發(fā)酵液經(jīng)固液分離得到含水質(zhì)量百分含量為70-90%的 濕菌泥，按濕菌泥:裂解液的質(zhì)量比= 1:0.6-1的比例向濕菌泥中加入裂解液，在40-70°C下 反應(yīng)進(jìn)行10-90分鐘裂解破壁后將反應(yīng)物冷卻，裂解液選用質(zhì)量百分比濃度為98%的濃硫 酸；
[0033] B、萃取精煉
[0034]向步驟A中冷卻后的反應(yīng)物中加入有機(jī)溶劑后得到有機(jī)相和廢酸水相，將有機(jī)相 經(jīng)過濾后減壓蒸餾獲得毛油和有機(jī)溶劑蒸汽，將毛油精煉得到精煉油；
[0035] C、廢酸的循環(huán)利用
[0036] C1、第一次循環(huán)利用:按濕菌泥:廢酸液質(zhì)量比=1:2-3.5向濕菌泥中加入步驟B剩 余的廢酸液，在40_90°C下進(jìn)行裂解破壁反應(yīng)10-90分鐘后重復(fù)步驟B;
[0037] C2、第二次循環(huán)利用：按濕菌泥:廢酸液質(zhì)量比= 1:1.5-2.5向濕菌泥中加入步驟 C1剩余的廢酸液，在50-90°C下進(jìn)行裂解破壁反應(yīng)20-90分鐘后重復(fù)步驟B;
[0038] C3、第三次循環(huán)利用：按濕菌泥:廢酸液質(zhì)量比= 1:0.8-1.5向濕菌泥中加入步驟 C2剩余的廢酸液，在75-90°C下進(jìn)行裂解破壁反應(yīng)60-90分鐘后重復(fù)步驟B。
[0039](三）以濃磷酸作為裂解液 [0040]各工藝步驟的工藝條件如下：
[0041 ] A、裂解破壁
[0042]將經(jīng)過培養(yǎng)的產(chǎn)油微生物發(fā)酵液經(jīng)固液分離得到含水質(zhì)量百分含量為70-90%的 濕菌泥，按濕菌泥:裂解液的質(zhì)量比=1:4.5-10的比例向濕菌泥中加入裂解液，在70-120°C 下反應(yīng)進(jìn)行20-100分鐘裂解破壁后將反應(yīng)物冷卻，裂解液選用質(zhì)量百分比濃度為85%的濃 磷酸；
[0043] B、萃取精煉
[0044] 向步驟A中冷卻后的反應(yīng)物中加入有機(jī)溶劑后得到有機(jī)相和廢酸水相，將有機(jī)相 經(jīng)過濾后減壓蒸餾獲得毛油和有機(jī)溶劑蒸汽，將毛油精煉得到精煉油；
[0045] C、廢酸的循環(huán)利用
[0046] C1、第一次循環(huán)利用：按濕菌泥:廢酸液質(zhì)量比= 1:4-12向濕菌泥中加入步驟B剩 余的廢酸液，在90_120°C下進(jìn)行裂解破壁反應(yīng)50-100分鐘后重復(fù)步驟B;
[0047] C2、第二次循環(huán)利用：按濕菌泥:廢酸液質(zhì)量比= 1:2-4向濕菌泥中加入步驟Cl剩 余的廢酸液，在90_120°C下進(jìn)行裂解破壁反應(yīng)70-100分鐘后重復(fù)步驟B;
[0048] C3、第三次循環(huán)利用：按濕菌泥:廢酸液質(zhì)量比= 1:1-2.5向濕菌泥中加入步驟C2 剩余的廢酸液，在100_120°C下進(jìn)行裂解破壁反應(yīng)90-100分鐘后重復(fù)步驟B。
[0049] 本發(fā)明中步驟A中產(chǎn)油微生物選自微藻、酵母菌、霉菌。
[0050] 所述的步驟A中固液分離方法選用絮凝沉淀、過濾、離心、膜脫水的一種或其結(jié)合。
[0051] 為提高本發(fā)明中熱量的利用率，優(yōu)選的技術(shù)方案是，在步驟A后還包括一步驟A1， 該步驟是將步驟A中升溫用的熱量循環(huán)利用到步驟B的減壓蒸餾中。
[0052]所述步驟B中減壓蒸餾的溫度為35_75°C。
[0053]所述的步驟B中有機(jī)溶劑選用正己烷、石油醚、6號(hào)溶劑中的一種或其結(jié)合。
[0054]所述的步驟B所述有機(jī)相過濾時(shí)使用孔徑為0.5-30微米的有機(jī)系濾膜、陶瓷濾膜 或砂板濾器。
[0055] 為提高本發(fā)明中有機(jī)溶劑的利用率，優(yōu)選的技術(shù)方案是，在步驟B后還包括一步驟 B1，該步驟是將步驟B中的有機(jī)溶劑蒸汽經(jīng)加壓冷凝液化形成有機(jī)溶劑，循環(huán)利用到步驟B 的萃取中。
[0056] 為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明中裂解破壁反應(yīng)的效果，優(yōu)選的技術(shù)方案是，步驟C中廢酸液的質(zhì)量 百分比濃度不低于4%。
[0057] 為提高本發(fā)明中廢酸的利用效果，減少廢棄物的排放，優(yōu)選的技術(shù)方案是，步驟C 后還包括一步驟D，該步驟是將步驟C中的循環(huán)利用后剩余的廢酸液經(jīng)脫色后用于制取副產(chǎn) 物。
[0058]在步驟D中的廢酸液脫色采用吸附法，吸附劑選用活性炭、膨潤(rùn)土、活性白土、硅藻 土、硅膠中的一種或其結(jié)合。
[0059 ]所述的步驟B中毛油精煉依次包括脫色、堿煉、脫臭處理。
[0060]所述的步驟D中制取副產(chǎn)物為向脫色后的廢酸液中加入生石灰、石灰石或石灰乳 用于制備氯化鈣、硫酸鈣、磷酸鈣、磷酸二氫鈣。
[0061 ]本發(fā)明所取得的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的技術(shù)進(jìn)步在于：
[0062] 1、本發(fā)明采用濃酸水解細(xì)胞壁的方法進(jìn)行破壁處理，破壁效率高，經(jīng)申請(qǐng)人進(jìn)行 的對(duì)比試驗(yàn)證明，本發(fā)明的方法能有效提高油脂提取率。
[0063] 2、濃酸水解后的廢酸液被循環(huán)利用，避免酸浪費(fèi)，大大減少了酸用量，降低了原料 成本和廢酸處理成本。
[0064] 3、當(dāng)廢酸液被多次利用后導(dǎo)致濃度較低時(shí)，即被用于制備副產(chǎn)物，實(shí)現(xiàn)廢物利用， 避免直接排放造成的環(huán)境污染。
[0065] 4、工藝中的有機(jī)溶劑和廢熱均被循環(huán)利用，有利于降低能耗和生產(chǎn)成本。
【具體實(shí)施方式】
[0066] 以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述，但不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限定，本發(fā)明 的保護(hù)范圍以權(quán)利要求記載的內(nèi)容為準(zhǔn)，任何依據(jù)說明書所作出的等效技術(shù)手段替換，均 不脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0067] 實(shí)施例1
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