一種微藻油脂的提取方法
2023-09-22 01:22:25
專利名稱：一種微藻油脂的提取方法
技術領域：
本發明涉及一種微藻油脂的提取方法。
背景技術：
微藻指微型藻類，屬於水生植物，它們具有分布廣泛、生物量大、光合作用效率高、環境適應能力強、生長周期短、生物量收率高等特點。微藻可以利用光合作用反應系統，通過CO2的固定，將光能轉化為化學能，以油脂或澱粉等有機物的形式儲存在體細胞內，其太陽能轉化效率可達到3. 5%。微藻是用於生產藥品、精細化工品以及新型燃料的潛在資源，隨著人類社會資源短缺和環境問題日益嚴峻，利用微藻進行生物柴油及部分化石能源替代產品的開發，既可以克服石油資源不可再生的缺點，又可以減少CO2的排放，淨化廢氣和汙水，已成為目前研究的熱點。
通過微藻進行生物柴油生產是一個複雜的系統工程，涵蓋多個技術環節，包括微藻藻種的篩選和培育、微藻的規模培養和誘導產油脂、油脂的收集和加工等幾個方面。微藻作為生物柴油原料的研究始於20世紀60年代，近年來，隨著生物技術的發展，微藻已經實現了規模化培養，並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。微藻作為一種新型生物質能源，其優勢是顯而易見的，但是在其利用上，從目前的研究進展來看，還處於起步階段。目前的研究主要集中在篩選優勢藻種、提高油藻生長強度、增加油脂含量等方面，而對提高油脂收率、適合工業化的提取方法方面的研究還很少，但是，對油藻的研究，其最終目的是要面向石油化工領域，解決替代能源的問題，所以探索高效的、適於大規模生產應用的油脂提取方法的研究應該成為今後一個時期研究的方向。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，一些易於規模化培養的藻種，其油脂含量一般佔細胞乾重的20% 50%，遠遠低於常規的油料作物，因此一些經典的油脂提取方法不適用於微藻油脂的提取。CN03109314. O公開了一種利用微藻快速熱解製備生物柴油的方法，其通過微藻在快速熱解裝置中快速熱解，經氣、固分離後，氣體被冷凝成液體，即為生物柴油。CN200910223330. 6公開了一種微藻催化裂解製取低碳烯烴的方法，其利用催化劑將微藻進行催化裂解製取低碳烯烴。雖然這些方法過程簡單，但無論是熱解方法還是催化裂化方法，其能耗較大，對設備要求較高，並且由於微藻成分複雜，以至於副產物很多，產品收率較低。微藻油脂的利用方向是進行生物柴油的製備，因此油脂提取工藝的水平高低成為提高微藻生物柴油製備的關鍵。CN200810240949. 3公開了一種從微藻中同時提取油脂和蛋白質的方法，該方法以溼藻泥為原料，調節PH值至鹼性或弱鹼性，通過蒸汽進行微藻細胞的破壁、油脂和蛋白質的溶出，所得微藻溶漿經過濾去除細胞殘渣後得到油脂和蛋白混合物，然後利用旋液分離器進行油水分離，獲得微藻油脂。因為微藻細胞的比表面積很大，而細胞膜上的磷脂成分含量很高，因此該方法雖然製備工藝簡單，但是由於採用了過濾的預處理方式，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，其主要是利用微波輻射降低培養物含水量，以及在鹼性催化劑的作用下部分醇解微生物體內油脂，同時萃取油脂，並經蒸發回收短鏈醇後得到微生物油脂與短鏈醇脂肪酸酯的混合物。該方法描述的並不是進行油脂提取，而是化學催化法製備生物柴油的過程，反應中由於存在大量細胞溶解物，其成分複雜，副反應較多。
發明內容
針對現有技術的不足，本發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、提取時間短、能耗低、所用原料適應性強、微藻油脂收率高等優點。一種微藻油脂的提取方法，包括如下內容以藻泥或乾粉形態的微藻為原料，在採用微波輻射破碎預處理後的微藻的同時利用有機溶劑進行萃取，萃取結束後分離各物質得到微藻油脂。本發明方法中，根據萃取體系內的物質組成，利用微波發生器對反應體系進行微波輻射，其輻射過程中，可以選擇持續低功率輻射及間歇高功率輻射兩種模式。微波頻率可選擇2450MHz、915MHz、896MHz中的一種，設置微波功率為lkW/L 50kW/L。輻射時間為Ih 3h。本發明方法中，利用有機溶劑對微藻油脂進行萃取，所選擇的有機溶劑為正己烷、石油醚等有機溶劑的一種或幾種混合。有機溶劑的添加量與微藻乾重比為10:1 100:1(v:w,單位為ml: g),萃取溫度控制在60V 90°C。本發明方法中，微藻可以來自於任何具有積累油脂、脂肪酸能力的藻類，如綠藻、
硅藻、葡萄藻。
本發明方法中所述的微藻原料預處理，對於藻泥形態的微藻原料，可以通過離心的方式進一步降低其含水量，以適於後期油脂的提取，離心過程的參數設計為離心轉數5000rpm IOOOOrpm,離心時間3min 15min。對於乾粉形態的微藻原料,需要加入一定量的水或極性短鏈醇有機溶劑，以增強後期油脂提取過程中微波熱效應，其添加量與微藻乾粉比為10:1 50:1 (v:w，單位為ml:g)。優選加入極性短鏈醇有機溶劑，所述的極性短鏈醇有機溶劑包括甲醇、乙醇、丙醇等。本發明方法中萃取反應結束後，冷卻至室溫，靜置IOmin 30min，分別提取有機溶劑層(油相)和水層(水相)。通過蒸餾的方式可以將油相中的有機溶劑回收同時得到微藻油脂。與現有技術相比，本發明一種微藻油脂的提取方法具有如下優點
(1)本發明方法在進行油脂成分萃取的過程中，利用微波輻射作用，一方面對反應體系加熱，通過有機分子在氣-液兩相的不斷轉化，提高與細胞內油脂成分的接觸頻率，能夠提高萃取的效率，另一方面微波輻射可以使極性分子迅速極化，從而能夠破壞細胞結構的完整性，利於油脂成分擴散，因此利用微波輻射和有機溶劑萃取協同作用方式進行油脂提取能夠縮短萃取反應時間，極大提高藻泥形態的微藻油脂的提取效率；
(2)本發明方法對微藻原料的適應性強，不僅可以幹藻粉為原料也可以含有一定水分的藻泥形態的微藻原料，從而減少了微藻乾燥的工藝環節，節省了能量消耗，非常適合與工業放大生產；(3)對於乾粉形態的微藻原料，可以添加極性有機溶劑，以適用於微波處理，由於極性有機溶劑可以作為介質，能夠快速傳播微波輻射能量，縮短萃取反應時間，因此其油脂提取的效果要優於傳統的以幹藻粉為原料單純萃取方法。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明發法的具體過程及效果進行說明，但不局限於以下實施例。
實施例1選取一種小球藻(chlorella vulgaris),經IOL罐,培養15天,在微藻培養的後期,根據建立的OD與細胞乾重的關係，計算出微藻濃度為1.02g/L (乾重計)。(1)微藻原料預處理取IL微藻培養液，用NaOH調節微藻培養液pH至12，靜置30min。 取培養罐底層藻液進行離心，控制離心轉數5000rpm,離心時間5min。(2)油脂的提取向藻泥中加入60ml正己烷，震蕩混勻後，放入微波發生器內，開啟微波發生器，採用間歇式微波處理，微波頻率為2450MHz，設置微波功率為1000W，溫度設置為 65°C，時間為2h。(3)溶劑的回收萃取結束後，冷卻至室溫，反應液分層為油相和水相。分離水相和油相，隨後將油相反應體系升溫至70°C，將正己烷回收後得到微藻油脂混合物，經計算油脂產π, on/ 初始微藻細胞乾重-萃取後殘渣乾重、1ΛΛ0出率為24. 2%，油脂廣出率=-初始微藻細胞乾重--xlW 。，以下相問。
實施例2利用本發明方法對葡萄藻油脂的提取選取一種葡萄藻(Botryococcus braunii),經IOL罐,培養20天,在微藻培養的後期， 根據建立的OD與細胞乾重的關係，計算出微藻濃度為1.41g/L (乾重計)。(O微藻細胞的收集取1. 5L微藻培養液，用NaOH調節微藻培養液pH至12，靜置 30min。取培養罐底層藻液進行離心,離心轉數為IOOOOrpm,離心時間lOmin。(2)油脂的提取向微泥中加入120ml石油醚，震蕩混勻後，開啟微波發生器，採用間歇式微波處理，微波頻率為915MHz，設置微波功率為2000W，溫度設置為70°C，時間為2h。(3) 溶劑的回收反應結束後，冷卻至室溫，反應液分層為油相和水相。隨後將反應體系升溫至 80°C，將石油醚回收，最終到油脂混合物，經計算油脂產出率為21. 3%。
實施例3 利用本發明對藻粉油脂的提取(1)微藻乾粉的預處理稱取經70°C烘箱處理24h的硅藻藻粉2.5g，冷卻後加入甲醇 30ml ο(2)油脂的提取向藻粉及甲醇混合液中加入60ml正己烷，震蕩混勻後，開啟微波發生器，採用間歇式微波處理，微波頻率為915MHz，設置微波功率為2000W，溫度設置為60°C，時間為2h。(3)溶劑的回收反應結束後，分別將甲醇、正己烷回收，最終到油脂混合物，經計算油脂產出率為24. 8%。
比較例I 利用常規萃取方法對小球藻油脂的提取藻細胞的收集方法及藻泥用量與實施例1完全相同，首先利用微波對藻泥進行細胞破碎預處理，微波處理條件同實施例1，處理時間為2h，然後加入60ml正己烷進行萃取，萃取溫度為65°C，萃取反應時間為2h。最終測得油脂產出率為12. 6%。
比較例2 利用索氏提取方法對硅藻乾粉油脂的提取取實施例3中所使用硅藻幹藻粉2. 5g，按照索氏提取方法，取30ml甲醇、60ml正己燒， 混合均勻後作為萃取相放入索氏提取器中，設置溫度70°C， 反應時間為2h。最終測得油脂產出率為12. 8%ο
權利要求
1.一種微藻油脂的提取方法，其特徵在於包括如下內容以藻泥或乾粉形態的微藻為原料，在採用微波輻射破碎預處理後的微藻的同時利用有機溶劑進行萃取，萃取結束後分離各物質得到微藻油脂。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的微波輻射採用持續的低功率輻射或間歇高功率輻射。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的微波頻率為2450MHz、915MHz、896MHz中的一種，微波功率為lkW/L 50kW/L。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的微波輻射時間為Ih 3h。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的有機溶劑為正己烷、石油醚。
6.根據權利要求1或5所述的方法，其特徵在於所述的有機溶劑的添加量與微藻乾重比為10:1 100:1 (v:w，單位為ml: g),萃取溫度控制在60V 90。。。
7.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的微藻為綠藻、硅藻、葡萄藻。
8.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的微藻原料預處理，對於藻泥形態的微藻原料，通過離心的方式降低其含水量，離心轉數5000rpm IOOOOrpm,離心時間3min 15min。
9.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的微藻原料預處理，對於乾粉形態的微藻原料，加入與微藻乾粉比為10:1 50:1 (v:w，單位為ml :g)的水或極性短鏈醇有機溶劑。
10.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的萃取反應結束後，冷卻至室溫，靜置IOmin 30min，分別提取有機溶劑層和水層。
全文摘要
本發明公開一種微藻油脂的提取方法，包括如下內容以藻泥或乾粉形態的微藻為原料，在採用微波輻射破碎預處理後的微藻的同時利用有機溶劑進行萃取，萃取結束後分離各物質得到微藻油脂。所述的微波頻率可選擇2450MHz、915MHz、896MHz中的一種，設置微波功率為1kW/L～50kW/L。本發明方法具有操作過程簡單、提取時間短、能耗低、所用原料適應性強、微藻油脂收率高等優點。
文檔編號C11B1/10GK103045353SQ201110313829
公開日2013年4月17日 申請日期2011年10月17日 優先權日2011年10月17日
發明者張霖, 師文靜, 李曉姝, 王領民 申請人: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